DE1519613C3 - Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge - Google Patents
Vorrichtung zum Konzentrieren von LaugeInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/06—Evaporators with vertical tubes
- B01D1/065—Evaporators with vertical tubes by film evaporating
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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 ίο 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 400° C 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 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 Zb ist
ein Heizmittelauslaß 6 angeschlossen. An die Manschette 3b schließt sich ein Mantelrohr 3c an, das an seinem
unteren Ende eine zweite Manschette 3</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 3d 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 zwisehen
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 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 1400C 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)
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 Wärmeübertragungsmittel^ 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.
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