DE1519613B2 - Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge nach dem Oberbegiff von Anspruch 1.

Aus der FR-PS 13 67 200 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Zur Erzielung eines größeren Temperaturgefälles sind bei dieser Vorrichtung relativ enge Wärmemittelkanäle vorgesehen, die als enge, das Fallrohr umschließende Ringspalte ausgebildet sind. Bei einer derartig ausgebildeten Vorrichtung zum Konzentrierern von Lauge kann das Wärmeübertragungsmittel nicht mehr auf den ganzen Spaltquerschnitt gleichmäßig verteilt werden, so daß man relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten einhalten muß, um ausreichend hohe Wärmeübertragungszahlen zu erreichen.

Üblicherweise wird als Wärmeübertragungsmittel eine Salzschmelze verwendet, die zur Konzentrierung bzw. Eindampfung der Lauge von 50% auf 100% Wasserfreiheit dem fallenden Laugenfilm während eines einmaligen Durchlaufs durch das Verdampferrohr die notwendige Wärme zuführt. Bei der praktischen Durchführung eines derartigen Verdampferprozesses ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten. Da die Verdampfung im Verdampferrohr fortschreitend von oben nach unten zunehmen soll, muß auch für ein entsprechendes Temperaturgefälle zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wärmeübertragungsmittels gesorgt werden, wenn beispielsweise die Eintrittstemperatur etwa 140⁰C und die Austrittstemperatur etwa 400⁰C beträgt. Andererseits muß ein sehr starker Wärmeübergang an der Verdampferrohrwand ermöglicht werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten. Diese Erfordernisse, die bei der Auslegung einer derartigen Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge berücksichtigt werden müssen, widersprechen sich. Wenn man relativ groß bemessene Wärmemittelkanäle vorsieht, erreicht man zwar eine relativ niedrige Strömungsgeschwindigkeit, jedoch ist das Temperaturgefälle vom Einlaß des in Gegenstrom zum Fallfilm fließenden Wärmeübertragungsmittels bis zu seinem Auslaß nicht ausreichend, um das erforderliche Siedetemperaturgefälle im Fallfilm zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie nicht nur hohe Wärmeübertragungszahlen bei relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Wärme-Übertragungsmittels, sondern auch die erforderliche Siedetemperaturerhöhung zwischen der Einlaßseite der Lauge und der Auslaßseite des Konzentrats gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs in Verbindung mit seinem Kennzeichen gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich aus den in Anspruch 2 aufgeführten Maßnahmen.
Die am Einlaß und am Auslaß des Wärmeübertragungsmittels das Verdampferrohr umgebenden Ringräume nach der Erfindung weisen in Radialrichtung eine größere Breite als der Ringspalt auf, so daß eine gleichmäßige Verteilung des einströmenden Wärme-Übertragungsmittels über den ganzen Spaltquerschnitt bzw. ein gleichförmiges Abströmen des Wärmeübertragungsmittels zum Auslaß hin gewährleistet ist. Hierdurch werden trotz des engen Ringspaltes, in dem die Wärmeübertragung an das Rohr bzw. den Laugenfilm erfolgt, auch bei relativ niedriger Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 1 m/sec oder weniger sehr gute Wärmeübertragungswerte erzielt, die zum Beispiel größer als 200 000 kcal/m² sein können. Bei einer Salzschmelze als Wärmeübertragungsmittel reichen derartige Werte aus, um am Austritt des Konzentrats aus dem Fallrohr Temperaturen von annäherend 400⁰C zu erreichen. Infolge des sehr engen Ringspaltes mit beispielsweise einer Breite von 2 bis 3 mm ist nur eine relativ geringe Menge des Wärmeübertragungsmittels am Wärmeaustausch beteiligt, so daß man in Verbindung mit den äußerst vorteilhaften Wärmeübertragungswerten ein relativ großes Temperaturgefälle zwischen Einlaß und» Auslaß erhält. Auf diese Art und Weise lassen sich am Laugeneinlaß Temperaturen von beispielsweise ungefähr 140° C einhalten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, deren Figur eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge als Axialschnitt durch ein Verdampferrohr in ausschnitthafter Darstellung zeigt. Das Verdampferrohr wird beispielsweise von einem stehend angeordneten Verdampferrohr gebildet, auf dessen oberem Endteil eine Laugenverteilvorrichtung 2 angeordnet ist. Der Laugeneinlaß 2a dieser Vorrichtung liegt etwas tiefer als die freie

so Rohroberkante la, die als Überlauf dient und mit Einschnitten versehen ist. Ein oberer Abschnitt des Verdampferrohres 1 ist von einem Mantel 3a umschlossen, in welchen ein Dehnungskompensator 4 angeordnet ist. An seinen beiden Stirnenden liegt der Mantel 3a dicht gegen das Verdampferrohr 1 an. Das untere Ende des Mantels 3a geht in eine Manschette 3b über, die einen das Verdampferrohr 1 umschließenden Ringraum 5 begrenzt. An diesen Ringraum 5 der Manschette 3b ist ein Heizmittelauslaß 6 angeschlossen. An die Manschette 3b schließt sich ein Mantelrohr 3c an, das an seinem unteren Ende eine zweite Manschette 3d aufweist. Diese Manschette 3d sitzt dicht auf einer Schulter eines Rohrstückes 7, welches das Verdampferrohr 1 fest umschließt. Dieses Rohrstück 7 besitzt oberhalb der genannten Schulter einen sich nach seinem freien Ende hin konisch verjüngenden Ansatz 7a, der mit der Manschette 3d einen Ringraum 8 begrenzt, der diffusorartig in den zwischen dem Mantelrohr 3c und

dem Verdampferrohr 1 gebildeten Ringspalt 9 übergeht; das obere Ende dieses Ringspaltes 9 steht mit dem Ringraum 5 der Manschette 3b in Verbindung. In den Ringraum 8 der Manschette 3c/mündet ein Einlaß 10 für das flüssige Heizmittel. Der diffusorartige Ringraum 8 der Manschette 3d und der zylindrische Ringraum 5 der Manschette 3b besitzen eine etwas größere radiale Breite als der diese Ringräume verbindende Ringspalt 9, dessen radiale Breite nur wenige Millimeter beträgt und der zwischen den beiden Ringräumen 5 und 8 bzw. den zugeordneten Ein- und Auslaßrohren 6 und 10 als Drosselstelle wirkt.

Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird die zu konzentrierende Lauge, z. B. 50%-iges NaOH, durch den Laugeneinlaß 2a der Verteilvorrichtung 2 zugeführt. Über die geschlitzte Oberkante la des Verdampferrohres 1 gelangt die Lauge in Form eines dünnen, gleichmäßig über den Rohrumfang verteilten Filmes auf die Innenwand des Verdampferrohres 1, wo dieser zusammenhängende Film nach unten durch die zwischen Auslaß 6 und Einlaß 10 für das Heizmittel gebildete Heizzone fließt und das Verdampferrohr 1 an dessen unterem Ende als Konzentrat verläßt. Gleichzeitig wird das zweckmäßig durch eine Salzschmelze von z. B. etwa 450° Eingangstemperatur gebildete Heizmittel durch eine nicht gezeichnete Pumpe dem Ringraum 8 zugeführt, wo es gleichmäßig über den Umfang des Verdampferrohres verteilt und durch den düsenartigen, oberen Endteil dieses Ringraumes dem Ringspalt 9 zwischen Mantelrohr 3c und Verdampferrohr 1 zugeführt wird. Das im Gegenstrom zum Laugenfilm durch den Ringspalt 9 geförderte Heizmittel gelangt über den als Sammler dienenden Ringraum 5 und den Auslaß 6 zur Pumpe bzw. zur Aufheizstelle für das Heizmittel zurück.

Im Allgemeinen ist eine Einrichtung zum Konzentrieren von Lauge mit einer Mehrzahl von parallelgeschalteten Verdampferrohren der beschriebenen Art versehen. In diesem Fall wird das Heizmittel durch eine allen Rohren gemeinsam zugeordnete Pumpe den einzelnen Heizmänteln zugeführt. Die Rohrquerschnitte des Verteilsystems sind so bemessen, daß in diesem System nur relativ kleine Druckverluste entstehen, so

ίο daß der Hauptdruckverlust in dem als Drosselstelle wirkenden Ringspalt der verschiedenen Heizmäntel auftritt; damit wird erreicht, daß über alle Heizflächen, d. h. durch die Ringspalte aller Heizmäntel, gleiche Mengen von Heizmittel strömen. Die Arbeitsbedingungen sind demnach in allein Verdampferrohren gleich, so daß in allen der gleiche Grad der Laugenkonzentrierung und eine gleichmäßige Leistungsverteilung auf jedes Verdampferrohr erreicht wird.

In der Praxis hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Heizmittel durch einen Ringspalt von etwa 2 bis 2,5 mm radialer Breite zu führen. Versuche haben z. B. gezeigt, daß bei einem Verdampferrohrdurchmesser von 120 mm und einem Heizmantelquerschnitt von 6 bis 8 cm² und bei einer Heizmittelgeschwindigkeit im Ringspalt von weniger als 1 m/sek Wärmeübertragungswerte von 200 000 bis 250 000 kcal/m² und ein Temperaturgefälle im Laugenfilm zwischen Heizmitteleinlaß und Heizmittelauslaß von z. B. 400⁰C auf 14O⁰C erreicht werden können. Der enge Ringspalt 9 in der Heizzone und die durch die erweiterten Ringräume 5 und 8 gewährleistete gleichmäßige Zu- und Wegführung des Heizmittels ergeben somit im Laugenfilm die der gewünschten Zunahme der Konzentration entsprechende Siedepunkterhöhung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge, die wenigstens ein durch ein flüssiges Wärmeübertragungsmittel beheiztes Fallfilm-Verdampferrohr besitzt, und bei der jedes Verdampferrohr von einem koaxialen Heizmantel umgeben ist, wobei das Verdampferrohr und der Heizmantel zwischen Einlaß und Auslaß des Wärmeübertragungsmittels einen engen, vom Wärmeübertragungsmittel im Gegenstrom zur Lauge durchflossenen Ringspalt begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaß (10) und am Auslaß (6) des Wärmeübertragungsmittels je ein das Verdampferrohr umgebender Ringraum (8, 5) vorgesehen ist, dessen radiale Breite größer als jene des Ringspaltes ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Einlaß (10) des Wärmeübertragungsmittels vorgesehene Ringraum (8) durch einen diffusorartigen Endabschnitt in den Ringspalt (9) übergeht.