DE1444341C - Verfahren zur Regelung der Flussig keitszufuhr m Mehrfachverdampfern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von mehrfach wirksamen Verdampfungsanlagen mit einer Mehrzahl von Nebenströmen oder Rückführungen, wie sie bei der Konzentrierung von Flüssigkeiten in Industrien wie der Chloralkaliindustrie und der Zuckerindustrie angewandt werden.

Es treten Fälle auf, in welchen die gewöhnlichen Verfahren zur Regulierung der Flüssigkeitszufuhr zu einer Verdampfungsanlage oder einer ähnlichen Apparatur bestimmte Schwierigkeiten bei der Erzielung eines stabilisierten Verfahrens mit sich bringen, und zwar wegen des zeitlichen Zwischenraums zwischen dem Beginn einer bestimmten Regulierwirkung und der Erzielung des gewünschten Ergebnisses. Falls beispielsweise die Temperatur oder die Konzentration einer Substanz in der zu verdampfenden Flüssigkeit zu niedrig ist, können bestimmte Ventileinrichtungen in Betrieb genommen werden, um die zu dem Verdampfer gehenden und von dem Verdampfer kommenden Flüssigkeitsströme mit der zu ao der zu verdampfenden Lösung zugeführten Wärmeenergie ins Gleichgewicht zu bringen. Die Auswirkung dieser Strömungsgleichgewichtseinstellung besteht in einer längeren Verweilzeit des Inhalts der Verdampfungsanlage gegenüber der. Zufuhr von Wärmeenergie. Diese Ausgleichseinstellung wird normalerweise fortgeführt, bis das gewünschte Ergebnis erzielt ist, d. h. bei dem vorliegenden Beispiel, bis eine vorbestimmte Konzentration der Substanz in der zu erhitzenden Lösung in der Verdampfungsanlage erreicht ist. Auf Grund der Kapazität und Verweileffekte, die in.der Masse in der Verdampfungsanlage und den Gefäßen, mit denen sie durch- Kreislaufnebenströme verbunden ist, vorliegen, ergibt sich eine Zeitverzögerung, d. h. eine verhältnismäßig lange Zeit zwischen dem Einsetzen bestimmter Regulierwirkungen und der Erreichung des gewünschten Ergebnisses, wobei sowohl Über- als auch Unterregulierungen vorkommen.

Bei einem bekannten Verfahren zur Regulierung der Flüssigkeitszufuhr in einem mehrstufigen Verdampfersystem zum Zweck der Konzentration von Flüssigkeiten steuert der Kontrollimpuls eines Wichtemeßgeräts ein Regelventil in der Dicksaftleitung, und die Regelung des Dünnsaftzuflusses erfolgt über eine komplizierte Folgesteuerung, bei der auch die Verdampferniveaureaktionen eingeschaltet sind, von Verdampfer zu Verdampfer fortschreitend bis zum Dünnsaftventil. Auf diese Weise erfolgt die Anpassung der Dünnsaftmenge verzögert. Zudem ist diese Regelung auch ziemlich kompliziert.

Zweck der Erfindung besteht in einem verbesserten Verfahren zu einer. Anordnung für die Regulierung derartiger Verdampfungsanlagen, wobei Über- und Unterregulierungen erheblich vermindert werden und trotzdem bestimmte wünschenswerte Starteigenschaften des Verfahrens erzielt werden.

Auf Grund der Erfindung ergibt sich auch ein einheitlicheres Endprodukt von höherer Qualität.

Gegenstand eines eigenen Vorschlags der Anmelderin ist ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung zur Regulierung mehrfach wirksamer Verdampfungsanlagen mit einer Mehrzahl von Nebenströmen oder Kreislaufführungen. Zu diesen Nebenströmen gehören Doppelleitungen zur Zuführung von Flüssigkeiten zu einer Lösung in der Verdampfungsanlage, wobei die erste Leitung eine erste Flüssigkeit mit größerer Konzentration als die zweite als Zufuhr von Flüssigkeit von einer vorhergehenden Arbeitsstufe zuführt, wozu Ventilanlagen in den Leitungen zur Regulierung des Zutritts der zu konzentrierenden Flüssigkeiten angebracht sind. Weiterhin führt eine dritte Leitung, in welcher Wärmeenergie auf die darin enthaltene dritte Flüssigkeit übertragen wurde, diese dritte Flüssigkeit zu der Verdampfungsanlage, um sie zu konzentrieren. Diese Flüssigkeit besteht praktisch aus derselben als der Inhalt der Verdampfungsanlage. Eine vierte Leitung dient zur Ableitung des aus der Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage erzeugten Dampfes. Weiterhin ist noch eine fünfte Leitung zum Abziehen von konzentrierter Flüssigkeit aus der Verdampfungsanlage vorhanden. Eine auf die Konzentration ansprechende Einrichtung, beispielsweise ein Temperaturdifferenzregler, steuert das Ventil in der ersten Leitung, die die erste Flüssigkeit mit der größeren Konzentration zuführt, und eine auf das Flüssigkeitsniveau der Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage ansprechende Einrichtung betätigt das Ventil in der zweiten Leitung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Summierer zwischen der auf die Konzentration ansprechenden Einrichtung und der auf den Flüssigkeitsspiegel ansprechenden' Einrichtung angebracht, wodurch sich eine gleichmäßigere Regelung ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung derartiger mehrfach wirksamer Verdampfungssysteme vermeidet einen derartigen Summierer, um die Regelangaben der auf die Konzentration ansprechenden und der auf das Flüssigkeitsniveau ansprechenden Einrichtung auszugleichen. Es wurde gefunden, daß eine einfachere und wirksamere Steuerung erreicht werden kann," wenn man eine auf die Konzentration ansprechende Einrichtung, beispielsweise einen Temperaturdifferenzregler, zur Betätigung des Ventils in der zweiten Leitung, die die Flüssigkeit von einer vorhergehenden Arbeitsstufe zuführt, verwendet und eine auf das Flüssigkeitsniveau ansprechende Einrichtung zur Betätigung des Ventils in der ersten .Leitung, die eine erste Flüssigkeit mit größerer Konzentration als die der Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage in dieselbe zuführt, verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die spezifisch zur Eindampfung von Zellflüssigkeiten, die bei der Elektrolyse von Salzlösungen erhalten werden, verwendet wird. Die Fig. 2. und 3 zeigen Fließschemen von andersartigen Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung.

In F i g. 1, die ein dreifach wirksames Gegenstromverdampfungssystem zeigt, bedeutet 1 eine Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Arbeitsstufe eines Verdampfungssystems mit dreifachen Arbeitsstufen, 2 bedeutet das Aufnahmegefäß der ersten Arbeitsstufe zur Aufnahme der in der Verdampfungsanlage der ersten Stufe 1 konzentrierten Lösung. 3 stellt einen Vakuumschnellverdampfbehälter dar, der einen Teil der im Aufnahmebehälter der ersten Stufe 2 dekantierten Lösung aufnimmt. 4 bedeutet den Aufnahmebehälter der zweiten Arbeitsstufe, der die in dem Verdampfer der zweiten Arbeitsstufe konzentrierte Lösung und Aufschlämmung aus der Aufnehmanlage der ersten Arbeitsstufe 2 erhält und der die dekantierte Lösung zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Arbeitsstufe 1 zuführt, während das Salz zu dem Aufnahmebehälter der dritten

Arbeitsstufe oder zu einem anderen Gefäß (nicht gezeigt) zugeführt wird. Die Salztrennanlage der ersten Stufe 5 trennt teilweise Salze aus der Lösung von dem Verdampfer der ersten Arbeitsstufe 1 ab, führt die Flüssigkeit zu der Lösung in dem Verdämpfer 1 zurück und bringt die Aufschlämmung zu der Aufnehmanlage der ersten Stufe 2. 6 stellt eine Dampfanlage dar, die die Wärmeenergie an das Salz, an die Flüssigkeit im Verdampfer der ersten Stufe 1 abgibt. 7 stellt die Dampfanlage für den Verdampfer der zweiten Stufe dar und erhält den aus der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1 verdampften Dampf. Durch das Regelventil 8 wird ein Teil der Flüssigkeit aus der Aufnehmanlage der ersten Stufe 2 über Leitung 9 zu der Flüssigkeit im Verdampfer der ersten Stufe 1 zurückgeführt. Das Regelventil 10 führt die Flüssigkeit aus der Aufnehmanlage der zweiten Stufe 4 über Leitung 11 zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1. 12 stellt einen Konzentrationsregler dar, welcher Temperaturdifferenzen als Maß für die Konzentration verwendet. Linie 13 gibt eine Leitung von dem Konzentrationsregler 12, verbunden mit einem Temperaturelement in der Flüssigkeit innerhalb des Verdampfers der ersten Stufe 1 wieder. Leitung 14 stellt die Verbindung von dem Konzentrationsregler 12 mit dem Regelventil 10 dar. Leitung 15 verbindet den Konzentrationsregler 12 mit einem Temperaturelement, welches in einer Entüberhitzungskammer 16 untergebracht ist, welche wiederum durch Leitung 17 mit der Dampfleitung der ersten Stufe 18 verbunden ist, welche von dem Verdampfer der ersten Stufe 1 zu dem Erhitzer 7 der zweiten Stufe führt. Die Funktion des EntÜberhitzers 16 besteht darin, die Sättigungstemperatur des Dampfes bei dem Betriebsdruck des Verdampfers 1 zu erreichen und eine entsprechende Temperatur einzustellen, wodurch der Siedepunktsanstieg der Flüssigkeit in dem Verdampfer 1 gemessen werden kann. Leitung 22 verbindet einen Niveauregler 21 mit dem Regelventil 8.

Die Lösung aus dem Verdampfer der zweiten Stufe wird durch Leitung 19 und Pumpe 20 im Kreislauf geführt. Konzentrierte Lösung aus dem Verdampfer der ersten Stufe 1 wird durch Leitung 23 mittels Pumpe 24 im Kreislauf geführt; Ein Teil dieses Stromes wird zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1 über Erhitzer 6 und Leitung 25 zurückgeführt. Der restliche Teil wird durch Leitung 26 zu der Salztrennanlage der ersten Stufe 5 geleitet. Das Flüssigkeitsmaterial dieser Trennanlage 5 wird durch Leitung 27 zu der Lösung im Verdampfer der ersten Stufe 1 zurückgeführt. Die Aufschlämmung wird aus der Trennanlage 5 durch Leitung 28 und Pumpe 29 abgezogen und durch ein Ventil 29 a zu dem Aufnahmebehälter 2 der ersten Stufe gesteuert. Die Aufschlämmung aus der Trennanlage 5 wird in dem Aufnahmebehälter der ersten Stufe 2 in eine Flüssigkeitsschicht und eine schwere Salzauf schlämmung getrennt. Die schwere Salzaufschlämmung wird durch Leitung 38 und Ventil 39 zu der Aufnehmanlage der zweiten Stufe 4 geführt. Das Flüssigkeitsniveau der Aufnehmanlage der ersten Stufe 2 wird durch einen Niveauregler 30 geregelt, welcher mit Leitung 31 mit einem Regelventil 32 in der Flüssigkeitsleitung 33 verbunden ist, die klare Lösung zu dem Vakuumschriellverdampfbehälter 3 abzieht. Leitung 34 verbindet mit einer barometrischen Kondensationsanlage (nicht gezeigt). Das Produkt wird durch Leitung 35 und Pumpe 36 abgezogen. Die Lösung von dem Verdampfer der zweiten Stufe, im folgenden Zufuhr zur ersten Stufe bezeichnet, wird durch Leitung 37 zu der Aufnehmanlage 4 der zweiten Stufe geführt.

Das verbesserte Steuerverfahren für das System der F i g. 1 arbeitet auf folgende Weise: Wenn beispielsweise die Konzentration der Lösung im Verdampfer 1 zu steigen beginnt, ergibt sich ein Anstieg der Temperatur dieser Flüssigkeit und der Temperaturdifferenz zwischen den Thermoelementen an den Enden der Leitungen 13 und 15 des Reglers 12. Die Regelung erfolgt so, daß dieser Anstieg der Temperaturdifferenz die Zufuhrgeschwindigkeit zu der Lösung in dem Verdampfer 1 durch öffnung eines weiteren Ventils 10 steigert. Wenn das Ventil 10 geöffnet ist, beginnt sich das Niveau in dem Verdampfer 1 zu erhöhen, so daß der Niveauregler 21 den Strom der Flüssigkeit durch Ventil 8 beschränkt. Wenn das Ventil 8 abgesperrt wird, beginnt sich das Niveau in der Aufnehmanlage 2 zu heben, und der Niveauregler 30 öffnet das Ventil 32, um das gestiegene Niveau in der Aufnehmanlage 2 zu senken. Dadurch wird gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit des Produktes gesteigert. Der Anstieg der Geschwindigkeit der Produktentfernung zusammen mit dem Anstieg der Zufuhrgeschwindigkeit zu dem Verdampfer 1 hat zur Folge, daß die Flüssigkeit in dem Verdampfer 1 der ersten Stufe bei niedrigerer Temperatur siedet, wodurch ihre Temperaturdifferenz und Konzentration zu dem vorbestimmten Fixpunkt zurückkehrt.

In F i g. 2 bedeutet 1 die erste Arbeitsstufe eines dreifach wirksamen Verdampfungssystems. 6 stellt einen Erhitzer dar, welcher die Wärmeenergie an das Salz der Lösung in dem Verdampfer der ersten Stufe 1 abgibt. 7 bedeutet den Erhitzer des Verdampfers der zweiten Stufe, gezeigt in Fig. 1, und erhält Dampf von dem Verdampfer der ersten Stufe 1. De Regelventil 8 führt die Flüssigkeit von der Aufnehm anlage der ersten Stufe2, gezeigt in Fig. 1, über Leitung 9 zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1. Das Regelventil 10 führt die Flüssigkeit von der Aufnehmanlage der zweiten Stufe 4, gezeigt in Fig. 1, über Leitung 11 zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1. 12 a stellt einen Konzentrationsregler dar, der seine Impulse von dem Übermittler 51 erhält. Leitung 13 verbindet den Konzentrationsregler 12 a mit dem Geber 51 eines Strahlungsdetektors bzw. den Übermittlern 50 und 51. Detektor 50 und Geber 51 sind durch eine elektrische Leitung 52 verbunden. Der Strahlungsdetektor 50 mißt Änderungen in der Intensität der Strahlung, die durch Änderungen der Konzentration der Flüssigkeit im Verdampfer 1, die die von einer Strahlungsquelle 53 ausgesandte Strahlung absorbiert, verursacht werden. Leitung 14 verbindet den Konzentrationsregler 12 a mit dem Regelventil 10. Leitung 22 verbindet Niveauregler 21 mit Ventil 8. Flüssigkeit von dem Verdampfer der zweiten Stufe, gezeigt in Fig. 1, gelangt durch Leitung 19 und Pumpe 20 zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der zweiten Stufe. Konzentrierte Flüssigkeit wird aus dem Verdampfer der ersten Stufe 1 über Leitung 23 und Pumpe 24 abgezogen. Ein Teil dieses Stroms wird zu der Flüssigkeit im Verdampfer der ersten Stufe über Erhitzer 6 zurückgeführt. Der restliche Teil wird durch Leitung 26 zu der Salztrennanlage der ersten Stufe 5, gezeigt in Fig. 1, geführt und gelangt zu der Lösung im Verdampfer der ersten Stufe 1.

In F i g. 3 stellt 1 die erste Arbeitsstufe eines drei-

stufigen Verdampfungssystems dar. Erhitzer 6 liefert die Wärmeenergie für die Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage der ersten Stufe 1. 7 stellt den Erhitzer des Verdampfers der zweiten Stufe, gezeigt in Fig. 1, dar und erhält Dampf von der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1. Das Regelventil 8 führt die Flüssigkeit von der Aufnehmanlage 2 der ersten Stufe, gezeigt in Fig. 1, über Leitung9 zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1 im Kreislauf. Regelventil 10 führt die Flüssigkeit von der Aufnehmanlage der zweiten Stufe 4, gezeigt in Fig. 1 durch Leitung 11 zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1. 12 a bedeutet einen Konzentrationsregler, der Impulse von einer Meßanlage für spezifisches Gewicht und Ubermittler 60 erhält. Leitung 13 verbindet den Konzentrationsregler 12 a mit dem Übermittler der Meßanlage für spezifisches Gewicht und Übermittler 60. Die Meßanlage für das spezifische Gewicht hat eine Wasserspülleitung 61, die eine Bezugsmenge Wasser an einer Seite ihres Meßelements durch Bezugsschenkel 62 liefert. Die andere Seite ihres Meßelements ist durch Abtastleitung 63 mit einem niedrigeren Punkt als Leitung 62 an der Seite des Verdampfers verbunden, so daß diese andere Seite der unterschiedlichen Dichte der Flüssigkeit innerhalb des Verdampfers ausgesetzt ist. Leitung 14 verbindet den Konzentrationsregler 12 a mit dem Regelventil 10. Leitung 22 verbindet den Niveauregler 21 mit dem Regelventil 8. Flüssigkeit von dem in F i g. 1 gezeigten Verdampfer der zweiten Stufe geht über Leitung 19 und Pumpe 20 in den Verdampfer der zweiten Stufe. Konzentrierte Flüssigkeit wird aus dem Verdampfer der ersten Stufe 1 durch Leitung 23 und Pumpe 24 abgezogen. Ein Teil 25 dieses Stroms wird in den Verdampfer der ersten Stufe 1 über Erhitzer 6 zurückgeführt. Der restliche Teil wird durch Leitung 26 zu der Salztrennanlage der ersten Stufe 5, gezeigt in Fig. 1, geleitet. Leitung27 erhält Flüssigkeit aus der Salztrennanlage der ersten Stufe 5, gezeigt in F i g. 1, und leitet diese in den Verdampfer der ersten Stufe 1.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Gewünscht wird ein Produkt aus Leitung 35 der Fig. 1, welches eine gleichmäßige, vorbestimmte Konzentration aufweist. Ebenfalls wird gewünscht, den Flüssigkeitsspiegel und die Konzentration im Verdampfer 1 in Abhängigkeit von dem gewünschten Produkt und von den Eigenschaften des mehrfach wirksamen Verdampfungssystems auf vorbestimmten Werten zu halten.

Falls durch irgendeine Verfahrensstauung, beispielsweise einen Anstieg der Zufuhrgeschwindigkeit durch Leitung 9 und Ventil 8, der Flüssigkeitsspiegel in dem Verdampfungskörper 1 steigen sollte, ergibt der Niveauregler 21 einen höheren Ausstoßdruck, wodurch sich Ventil 8 weiter schließt.

Da das dreistufige System im Gegenstrom arbeitet, ist d|e Flüssigkeit in Leitung 11 von dem Verdampfer der zweiten Stufe stärker verdünnt als die Flüssigkeit im Verdampfer 1. Die Temperatur der Flüssigkeit im Verdampfer 1 würde also ansteigen wegen des Anstiegs des Zuflusses der konzentrierten Flüssigkeit aus Leitung 9 und Ventil 8; dadurch wird ein Anstieg der TemperaturdirTercnz zwischen der Temperatur der Flüssigkeit im Verdampfer 1 und seiner entüberhitzten Dampf temperatur bei 16 verursacht. Der Konzentrationsrcgier 12 meldet dies über die Thermoelemente an den Enden der Leitungen 13 bzw. 15 und sein Ausstoßdruck steigt, wodurch sich Ventil 10 weiter öffnet, so daß mehr verdünnte Flüssigkeit von der zweiten Arbeitsstüfe zugelassen wird. Es wurde gefunden, daß bei gleichzeitiger Senkung der Strömung durch Ventil 8 und Leitung 9 und Anstieg der Strömung durch Leitung 11 und Ventil 10 gleichzeitig das Niveau der Flüssigkeit im Verdampfer 1 gesenkt wird und die Arbeitsbedingungen in dem Verdampfer 1 wieder an ihren vorbestimmten Normalwert gebracht werden. .

Falls bei Fig. 1 die Temperaturdifferenz in der Flüssigkeit im Verdampfer 1 abfallen sollte, fällt der Ausstoßdruck des Konzentrationsreglers 12 ebenfalls, wodurch Ventil 10 sich weiter schließt, so daß sich das Flüssigkeitsniveau im Verdampfer 1 senkt. Der Ausstoßdruck des Niveaureglers 21 senkt sich, wodurch sich Ventil 8 öffnet, so daß mehr konzentrierte Flüssigkeit mit größerer Geschwindigkeit durch Leitung 9 zutritt, wodurch das Flüssigkeitsniveau steigt. Da die Flüssigkeit in Leitung 11 konzentrierter als die Flüssigkeit im Verdampfer 1 ist, kehrt die Temperatur zu dem festgesetzten Punkt zurück.

Es ergibt sich aus der vorstehenden Besenreibung, daß durch die vorstehende Regelung im Vergleich zu bisher angewandten Methoden viele Vorteile erzielt werden. Beispielsweise bestand bei F i g. 1 ein von

■ einigen Herstellern angewandtes Verfahren darin, die Konzentration der ersten Arbeitsstufe so zu regeln, daß der Ausstoß des Konzentrationsreglers 12 mit Ventil 32 verbunden wurde. Ventil 8 war dann mit dem Ausstoß vom Niveauregler 30.verbunden. Durch dieses Verfahren wurde eine dreistufige Verzögerung in das System eingebracht. Wenn beispielsweise die Konzentration in 1 steigt, öffnet zuerst der Regler 12 das Ventil 32 und vermindert das Niveau in dem Aufnahmebehälter 2 der ersten Stufe. Als zweites meldet Niveauregler 30 den Niveauabfall im Aufnahmebehälter 2 und schließt Ventil 8, wodurch das Niveau der Flüssigkeit im Verdampfer 1 der ersten Stufe 1 fällt;, als drittes meldet Niveauregler 21 den gefallenen Spiegel und öffnet Ventil 10, wodurch erneut verdünnte Flüssigkeit von der früheren Arbeitsstufe zutritt, so daß die Konzentration zum Regelpunkt zurückkehrt. Bei Vergleich des erfindungsgemäßen Zweistufenregelverfahrens mit dem vorstehend erwähnten Dreistufenverfahren ergab sich, daß die Abweichungen von einem gegebenen Konzentrationsfestpunkt von kürzerer Dauer und geringerem Ausmaß sind, so daß sich ein einheitlicheres Produkt von höherer Qualität ergibt.

Das Verfahren der Erfindung ist nicht auf die Anwendung eines Temperaturdifferenzreglers zur Messung oder Steuerung der Konzentration der Flüssigkeit in der mehrstufen Verdampfungsanlage beschränkt. Es kann auch jede andere geeignete Einrichtung angewandt werden. Zum Beispiel kann, wie in F i g. 2 gezeigt, ein Strahlungsdichte-Meßgerät zur Messung der Konzentration der Flüssigkeit im Verdampfer 1 angewandt werden, wobei die Absorptionswirkung der Flüssigkeit für die Strahlung bestimmt wird. Eine andere Möglichkeit besteht in der Messung des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit im Verdampfer 1, wie in F i g. 3 gezeigt. Es gibt noch verschiedene andere bekannte Methoden, um die Konzentration in Abhängigkeit von der Flüssigkeit in dem Verdampfer zu messen, die für die vorliegende Erfindung ebenfalls geeignet sind.