DE1519698A1

DE1519698A1 - Verfahren zum Erhitzen,Verdampfen und Konzentrieren sowie Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1519698A1
Application number: DE1965S0097254
Authority: DE
Inventors: Arthur Williams
Original assignee: Selas Corp of America
Current assignee: Selas Corp of America
Priority date: 1964-05-22
Filing date: 1965-05-22
Publication date: 1971-01-21
Also published as: NL6506561A; US3247890A; GB1049268A; BE664312A

Description

"betreffend

Verfahren zum Erhitzen, Verdampfen und Konzentrieren sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens·

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Erhitzen, Verdampfen und Konzentrieren "sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren und betrifft insbesondere Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen einer Flüssigkeit, Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit, Verfahren und Vorrichtung zum Konzentrieren einer Flüssig-.keit und Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen eines festen Stoffes aus einer Flüssigkeit.

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Es ist bekannt, eine Flüssigkeit durch Innenfeuerung durch einen Brenner innerhalb der Flüssigkeit (submerged combustion) zu erhitzen, wobei die Flamme in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht wird und die Verbrennungskammer mindestens teilweise in der Flüssigkeit eingetaucht 1st, Dieses Verfahren 1st sehr zufriedenstellend, besitzt aber den Nachteil, daß die Verbrennungskammer oft durch die zu erhitzende Flüssigkeit erodiert wird· Dies trifft insbesondere dann zu, wenn saure Flüssigkeiten oder Laugen, z.B. saure Beizbäder erhitzt werden oder wenn die zu erhitzende Flüssigkeit gelöste Feststoffe enthält, z.B. Salzlösungen.

Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist die Sohaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zum Erhitzen, Verdampfen und Konzentrieren von Flüssigkeiten, wobei die Erosion und die Korrosion der Verbrennungskammer ausgeschaltet werden.

Ein spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Sohaffung eines Verfahrens zum Erhitzen einer Flüssigkeit mit heißen Gasen unter Bedingungen, bei denen die Erosion und Korrosion auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Ein weiteres spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Sohaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens zum Verdampfen von Flüssigkeiten, wobei die Erosion und Korrosion auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden·

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Ein anderes spezielles Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens zur Gewinnung von Peststoffen aus einer Flüssigkeit, wobei die Erosion und Korrosion auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Ferner ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, neue und verbesserte Vorrichtungen zur Buchführung der oben erwähnten Verfahren zu schaffen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungshßispielen näher erläutert.

Fig. 1 "zeigt in einer Seitenansicht, teils im Schnitt, eine Form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erhitzen und Verdampfen einer Flüssigkeit.

Flg. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2,2 in Fig. 1. Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3»3 in Fig· 1·

Flg. k zeigt in einer Seitenansicht, teils im Schnitt, eine abgewandelte AusfUhrungsform der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Erhitzen einer Flüssigkeit, die hier jedoch im wesentlichen nicht verdampft oder konzentriert wird.

Fig. 5 zeigt in einem vergrößerten detaillierten Schnitt einen Abschnitt der in FIk· 1 dargestellten Vorrichtung.

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Pig. 6 zeigt in einem vergrößerten detaillierten Sohnitt eine abgewandelte Ausführungsform der in Pig. I gezeigten Vorriohtung.

Grundsätzlich umfaßt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorriohtung zum Erhitzen einer Flüssigkeit, wobei normalerweise unter Überatmosphärendruck stehende heiße Gase durch einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß am gegenüberliegenden Ende einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Verbrennungszone gepreßt werden, eine zu erhitzende Flüssigkeit in das konvergierende Ende einer in der Nähe des Auslaßendes der Verbrennungszone befindlichen doppeltriohterförmigen Zone eingeführt wird, so daß sich dadurch eine Mischung aus heißen Gasen und Flüssigkeit bildet, und die mit der Flüssigkeit gemischten heißen Gase durch das divergierende Ende der doppeltrichterförmigen Zone in eine Trennzone geleitet werden, in welcher die Gase von der Flüssigkeit getrennt werden.

Bei einem gewöhnlichen Verfahren und einer Vorriohtung zum Erhitzen einer Flüssigkeit, z.B. einem Heißwassererhitzer, wird die zu erhitzende Flüssigkeit vorzugsweise in die Trennzone eingeführt und dann zum konvergierenden Ende der doppeltrichterförmigen Zone in der Nähe des Auslaßendes der Verbrennungszone gieitet.

Bei einem Verdampfungs- und Konzentrierungnverfahren wird die zu erhitzende Flüssigkeit direkt in das konvergierende Ende

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der doppeltriohterformigen Zone in der Nähe des Auslaßendes der Verbrennungszone eingeführt, die mit der Flüssigkeit gemischten heißen Gase werden durch das divergierende Ende der doppeltrichterförmigen Zone geleitet, und danach werden zumindest ein Teil der Dämpfe aus der Flüssigkeit, aber auch alle nicht kondensierbaren Gase von der Restflüssigkeit abgetrennt. Befinden sich gelöste Feststoffe in der Flüssigkeit, so enthält auch die Restflüssigkeit gelöste Feststoffe. Diese gelösten Feststoffe können in einem gesonderten Behälter aus der Restflüssigkeit herauskristallisiert werden oder vom Boden des Trenngefäßes, in welches die Mischung aus heißen Gasen und Flüssigkeit vom divergierende Ende der doppeltrichterförmigen Zone entleert worden ist, rückgewonnen werden·

Wenn das Verfahren und die Vorrichtung nur zum Erhitzen einer Flüssigkeit verwendet werden, so besteht die Trennzone vorzugsweise aus einer Füllkörpersäule, wobei die Mischung aus Gasen und Flüssigkeit von dor doppeltrichterförmigen Zone in den unteren Absohnltt der Säule unter den Füllkörper eingeführt wird.

Enthält die Flüssigkeit gelöste Feststoffe, so wird die Trennvorrichtung vorzugsweise in Form eines Zyklonensohelders vorgesehen, bei dem die Misohung aus Gasen und gelöste Feststoffe enthaltender Flüssigkeit tangential in den oberen Teil eines zylindrischen GefäSes eingeführt wird, welches mit einem konzentrischen, rohrförmigen Prall- oder Ablenkteil im oberen

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Abschnitt und mit einem konischen Bodenteil, aus dem die Peststoffe oder die konzentrierte Flüssigkeit entnommen werden können, versehen ist. In diesem Fall werden die nicht kondensierbaren Gase dadurch entfernt, daß sie durch einen Auslaß im konzentrischen Ablenkteil nach oben geleitet werden.

In einer bevorzugten speziellen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung! eine mit einem feuerfesten Material ausgkleidete und mit einem Einlaß und einem Auslaß für heiße Gase versehene, längliche Verbrennungskammer% einen im Einlaß befestigten Brenner\ zum Brenner gehörige Mittel, um unter Superatmospharendruck stehende Gase durch den Einlaß zu treiben| ein außerhalb und in der Nähe des Auslasses angebrachtes rohrförmlges Teil, das mit einem mit dem Auslaß fluchtenden Durchlaßkanal versehen istf eine im rohrförmigen Teil um den Durchlaßkanal angeordnete ringförmige Kammer, die mit einer äußeren, einer hinteren und einer vorderen Wand ausgestattet ist, wobei die vordere Wand eine Vielzahl von schrägen Öffnungen besitzt, deren Mittellinien in einem Punkt außerhalb der Kammer konvergieren! eine Einlaßöffnung in der äußeren Wand der Kammer} Mittel zum Einführen einer Flüssigkeit durch die zuletzt erwähnte Einlaßöffnung} ein längliohes doppeltrichterförmiges, also ein konvergierendes und wieder divergierendes Hohlteil mit einer rohrförmigen Wand, welche einen konvergierenden und einen divergierenden und dazwischen einen mit diesen aus einem Stttok bestehenden verengten

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Verbindungsabschnitt umschließt, wobei der konvergierende Abschnitt mit einer Einlaßöffnung versehen isti welche größer als der Durohlaßkanal im rohrförmigen Teil tst und deren Endwand mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist, und wobei der konvergierende Absohnitt die Mittellinien der schrägen Öffnungen umschließt, aber nicht schneidet, während der divergierende Absohnitt mit einer Auslaßöffnung versehen ist| und mit dieser Auslaßöffnung verbundene Mittel zum Trennen der Gase von den Flüssigkeiten und den Peststoffen.

Mit Bezug auf Pig. 1 umfaßt die darin offenbarte Ausftihrungsform der Erfindung eine allgemein mit 1 bezeichnete Verbrennungskammer, einen allgemein mit 2 bezeichneten Brenner, eine allgemein mit 3 bezeichnete Pluiddruckquelle, z.B. einen Luftverdichter, ein allgemein mit k bezeichnetes rohrförmlges Teil, ein allgemein mit 5 bezeichnetes doppeltrichterförmiges Teil und ein allgemein mit 6 bezeichnetes Trenn- und Rückgewinnungsgefäß .

Die länp-liohe Verbrennungskammer 1 ist vorzugsweise zwei bis vier mal so lang, als sie breit ist, und mit einer feuerfesten Verkleidung 7 versehen, welche vorzugsweise aus Ton oder einer anderen geeigneten feuerfesten Substanz besteht, welche am äußeren Mantel 8 haften und ihre Strukturform unter hohen Temperaturen aufrechterhalten kann. Der äußere Mantel 8 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und besteht aus Stahl oder einem anderen geeigneten Metall. An einem Ende

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der Verbrennungskammer 1 ist ein allgemein mit 9 bezeichneter gesonderter Verbrennungskammerkopf vorgesehen, welcher mit einer feuerfesten Verkleidung 10 versehen ist. Der Kopf 9 und ein Ende der Hauptverbrennungskammer 1 sind mit sich nach außen erstreckenden Plansohen 11 und 12 versehen, welche durch Bolzen oder in einer anderen geeigneten Welse lösbar miteinander verbunden sind. So kann der Kopf 9 entfernt und ersetzt werden, ohne daß man die gesamt Brennkammer austatxsohen muß. Kopf 9 ist ferner mit einem sich naoh außen fc erstreckenden Endflansch 13 versehen, an dem eine Endverschlußplatte Ik befestigt ist.

Der Brenner 2 kann jede geeignete Konstruktionsform besitzen, bei der eine Verbrennung unter Superatmosphärendruck möglich ist. Bei einer geeigneten Brennerart werden Luft und Gas durch konzentrische Röhren auf eine Brennerplatte 15 geleitet, welohe in einem rohrförmigen Gehäuse 16 angebracht ist, das wiederum im Verbrennungskammerkopf 9 befestigt ist· Eine passende Art eines Brenners 1st in der US Patentschrift 2 *K32 9^2 dargestellt. Bei Anwendung dieses Brenners auf die vorliegende Erfindung wird aber der Brenner nicht in einem System mit Innenfeuerung durch einen Brenner Innerhalb der Flüssigkeit verwendet· Andere geeignete Brennertypen können benutzt werden. Bei dem in Pig· I dargestellten Brenner wird ein Heizgas» z.B. Erdgas» aus einer (nicht dargestellten) geeigneten Quelle duroh die Leitung 17 eingeführt» und Luft, Sauerstoff oder ein anderes» die Verbrennung förderndes Gas wird von einer (nloht gezeigten) geeigneten Quelle aus über den allgemein mit 3 bezeichneten Verdichter duroh die

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Leitung 18 zugeführt. Der Brennstoff und das die Verbrennung unterstützende Gas, z.B. Luft, werden an der Brennerplatte 15 gemischt und erzeugen eine» allgemein mit 19 bezeichnete Flamme, welche sich in den Längsraum 20 der Verbrennungskammer 1 ausdehnt. Die Entspannung der brennenden Gase tritt am Einlaßende 21 der Verbrennungskammer 1 auf, und die Bewegung der heißen Gase ist beschränkt, um zu bewirken, daß diese durch die Öffnung 22 im Auslaßende der Verbrennungskammer 1 strömen. Das Auslaßende der Verbrennungskammer 1 ist mit einer aus Metall oder einem anderen geeigneten Material bestehenden Endverschlußplatte 23 versehen, welche durch Bolzen an dem geflanschten Ende Zk des äußeren Mantels 8 der Verbrennungskammer 1 befestigt ist.

Werden heiße Gase aus der Verbrennungskammer 1 durch die Auslaßöffnung 22 gepreßt, so gelangen sie in den rohrförmigen Durchlaßkanal 23A im rohrförmigen Teil Jf, welches an der Endverschlußplatte 23 der Verbrennungskammer 1 befestigt ist. Das rohrförmige Teil k besitzt eine ringförmige Kammer 25» welche eine äußere Wand 26, eine hintere Wand 27 und eine vordere Wand 28 aufweist. Die vordere Wand 28 1st mit einer Vielzahl von schräg geneigten Öffnungen 29 versehen, wie im Detail in Pig. 5 dargestellt ist. Gemäß einer AuefUhrungsform der Erfindung sind drei derartige Öffnungen um 120° voneinander entfernt so angeordnet, daß deren Mittellinien 30 in einem Punkt außerhalb der ringförmigen Kammer 25 konvergieren, wie aus Pig· 5 zu ersehen ist.

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Die Kammer 25 ist mit einer Einlaßöffnung 31 (Fig. 5) versehen, mit welcher ein Zuführungsrohr 32 verbunden ist, durch welches eine zu erhitzende Flüssigkeit in die Kammer 25 eingeführt wird.

Das doppeltriohterförmige Teil 5 besitzt einen konvergierenden Abschnitt 33» welcher vorzugsweise durch Gewinde oder in einer anderen geeigneten Weise an einer Verlängerung 34 der äußeren Wand des rohrförmigen Teiles 4 befestigt ist. Der konvergierende Abschnitt 33 des Teiles 5 endet in einem verengten Abschnitt 35t welcher mit einem divergierenden rohrförmigen Absohnitt 36 aus einem Stück geformt ist. Der letztere ist an seinem Auslaßende vorzugsweise durch Gewinde oder in irgenelner anderen geeigneten Welse lösbar mit einem Rohr 37 verbunden, welches sich in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform tangential durch eine Öffnung 38 im oberen Teil des Trenngefäßes 6 entleert.

Das Trenngefäß 6 ist mit einem konzentrischen, rohrförmigen Prall- oder Ablenkteil 39 versehen, welohes sich unter die Öffnung 38 eretreokt und den Austritt von nicht kondensierbaren Gasen und kondensierbaren Dämpfen durch eine Öffnung zuläßt. Konzentrierte Flüssigkeiten und/oder Feststoffe fallen auf den Boden des Gefäßes 6 und werden durch den konlsohen Absohnitt 41 zu einem allgemein mit 42 bezeichneten Auslaß dirigiert, von wo sie durch eine durch ein Ventil 44 gesteuerte Leitung bzw. ein Rohr 43 abgezogen werden«

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Mit dem In Pig. 1 dargestellten Typ von Verfahren und Vorrichtung; können verschiedene Arten von Stoffen verdampft und konzentriert werden. So kann die Vorrichtung und das Verfahren zum Konzentrieren einer als Nebenprodukt in der Papierindustrie anfallenden Sulfitablauge verwendet werden,

•trobei man einen Brenner mit einer Kapazität von 11 χ 10 BTU pro Stunde benutzt. Eine solche Lauge kann von 16% Peststoffen auf 65% Peststoffe konzentriert werden. In ähnlicher Weise

ist es möglich, Natriumsulfatlösungen so stark zu konzen- %

trleren, daß das Natriumsulfat als Na₂SO₂, auskristallisiert werden kann.

Bei der in Fig. k dargestellten Vorrichtungsart I^st Konstruktion der Vorrichtung die gleiche wie in Pig. I, außer daß das doppeltrichterförmige Teil 5 entweder tinmittelbar oder über ein geeignetes Rohr mit einer allgemein mit Jj-5 bezeichneten PUllkörpersäule verbunden ist. Die Säule ^5 ist mit einem Füllkörper k6 versehen, weloher aus Raschlgringen, Paliringen oder anderen geeigneten Füllmaterlalien besteht, die das Entweichen von nioht kondensierbaren Oasen erlauben, aber das Entweichen von kondensierbaren Dämpfen beschränken. Die Säule k5 besitzt eine obere öffnung ^7, durch welche nloht kondensierbare Oase, z.B. Stickstoff und nichtgelöstes Kohlendloxyd, sowie einige kondensierbare Dämpfe, welche durch den Füllkörper k6 strömen, entfernt werden· Der untere Teil der Säule k$ ist durch einen Auslaß 48 mit einem Rohr 4-9 verbunden, welohes wiederum an die Einlaßseite einer Pumpe 50 angeschlossen ist· Die Auslaßseite der Pumpe 50 1st mit einem Rohr 51 verbunden,

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welches an das Zuführungsrohr 32 angeschlossen ist, das dem ZufUhrungsrohr 32 in Pig. 1 entspricht. Diese ■Vorrichtungsart ist besonders geeignet zum Erhitzen von Flüssigkeiten wie Wasser, wobei die Verdampfung von großen Mengen der Flüssigkeit nicht erwünscht ist. Die zu erhitzende Flüssigkeit kann in das System duroh ein Rohr 52 eingeführt werden, welches mit einem Sprühkopf 53 verbunden ist, der die Flüssigkeit über dem Füllkörper k6 verteilt. Die heiße Flüssigkeit kann duroh ein im unteren Teil der Säule k$ angebrachtes, ™ durch ein Ventil 55 gesteuertes Rohr 5^ abgezogen werden. Die Temperatur der Flüssigkeit in der Säule k5 kann duroh eine geeignete thermostatische Einrichtung, auf welche die Betätigung des Brenners 2 anspricht, gesteuert werden. Die für diesen Zweok verwendete besondere Steuereinrichtung bildet jedoch keinen Teil dieser Erfindung.

In der abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung naoh Flg. 6 wird die zu verdampfende und zu konzentrierende fe Flüssigkeit aus einem Rohr 32 in eine ringförmige Kammer 25 eingeführt und strömt dann duroh Kanäle oder Düsen 29 in gleicher Welse, wie es in Bezug auf Fig. 1 bis 5 beschrieben wurde. Es 1st jedoch ein zusätzlicher Einlaß 56 für ein Fluid zur Regulierung der Temperatur vorgesehen. Dieses Fluid, das aus Luft, Stickstoff oder anderen inerten Gasen bestehen und von einer äußeren Quelle kommen oder von rüokgeführten, gekühlen Verbrennungeprodukten gebildet sein kann, wird In die ringförmige Kammer 57 eingeführt und strömt duroh

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einen ringförmigen Kanal 58» in dem es mit den Verbrennungsgasen in Wärmeaustausohbeziehungen steht. Wenn dieses Fluid aus dem Kanal 58 austritt, so umgibt und kühlt es die aus dem rohrförmigen Kanal 23A strömenden gasförmigen Verbrennungsprodukte. Diese Konstruktion ist zur Regulierung der Temperatur besonders geeignet, vor allem wenn die zu konzentrierende oder zu verdampfende Flüssigkeit wärmeempfindlioh ist, was z.B. der Fall ist bei Tomaten-, Orangen-, Ananas-, Trauben- und Apfelsaft, Milch, Stärkesirup aus Mais und anderen Flüssigkeiten, welche Zucker oder andere Kohlehydrate oder Proteine enthalten, die wärmeempfindlich sind.

Eine Methode zur Steuerung des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens besteht in der Aufreohterhaltung eines Flüssigkeitspegels am Boden des Trenngefäßes 6 mittels einer Pegelsteuerung, welche dann wiederum die Geschwindigkeit der Flüssigkeitszufuhr durch das Rohr 32 steuern würde, so daß die Flüssigkeit durch das Rohr 32 mit einer Geschwindigkeit eingepumpt wird, die etwas über der maximalen Verdampfungsgesohwindlgkeit liegt. Der Betrag an zugeführter Hitze würde dann manuell eingestellt werden und die Pegelsteuerung würde die Geschwindigkeit der Flüssigkeitszufuhr entsprechend regeln.

Ist das Endprodukt des Verfahrens ein wasserfreies Salz oder chemisches Präparat, so besteht eine andere Methode zur Steuerung des Verfahrens darin, daß mit einem geringen Betrag an Überhitzung der das Teil 5 verlassenden Gase

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gearbeitet wird. Eine temperaturerapflndliche Einrichtung im divergierenden Abschnitt des Teiles 5 wird entweder zum Steuern der Zuführungsgeschvrindigkeit der Flüssigkeit oder des Heizgasstromes benutzt. Da die Temperatur der aus dem Teil 5 austretenden Gase höher als normal ist, und zwar in einem Ausmaß, das von der Empfindlichkeit und Genauigkeit der Temperaturregelungseinrichtung abhängt, ergibt sich ein geringer Leistungsverlust. Nehmen wir also an, es wäre notwendig, für einen korrekten Betrieb des Temperaturreglers eine Schwankung in den Temperaturen der aus dem Teil 5 austretenden Gase zwischen 93 und 116° C (200 und 2^0° P) zuzulassen. Bei 116° C (2*Κ)° P) beträgt die Leistung 8^,756 gegenüber 87,kt bei der Normaltemperatur von 90° C (19^° P). Dies träfe bei einem echten Schnellverdampfer zu, bei dem keine Flüssigkeit aus dem Teil 5 austritt, wobei das aus dem Auslaß k3 am Boden des Trenngefäßes abgezogene Material dann wasserfreies Salz oder ein wasserfreies chemisches Mittel sein würde. Bei dieser Methode wird das Material bis zur Trockenheit verdampft.

Eine weitere Steuerungsmethode kann zum Konzentrieren einer Substanz von einer niederen auf eine höhere Konzentrationsstufe angewendet werden, vrobei keine Kreislaufrückführung stattfindet. Entweder der Heizgasstrom wird manuell auf den gewünschten Erhitzungsbad eingestellt und die Zuführungsgesohwlndlgkeit automatisch geregelt, um die gewünschte endgültige Konzentration zu liefern, oder die Zuführung wird

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- 15 eingestellt und der Heizgasstrom automatisch geregelt, um

die endgültige gewünsohte Konzentration zu liefern.

Die Erfindung ermöglicht eine sehr schnelle und sehr wirksame Erhitzung einer Flüssigkeit. Beispielsweise wird durch eine Einheit der in Fig. 1 beschriebenen Art bei Zuführung von

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ca, 7*1- nr (2600 cubic feet) Luft pro Stunde und ca. 6 irr (200 cubic feet) Naturgas pro Stunde bei einem Gesamtdruck von 0,21 kg/cm (3 psig) Wasser Innerhalb von U-S Sekunden d von ca. 16° G ($0° F) auf 88° C (190° F) erhitzt. Beträgt die Größe der Verbrennungskammer ca'. 16,5 x 53»5 cm (6-1/2 χ 21 Zoll), so ist der konvergierende Abschnitt des Teiles ca. 6,5 cm (2-9/16 Zoll) lang, hat einen Höchstdurchmesser von ca. 7 cm (2-3/teoll) und einen Mindestdurchmesser von 2 cm (I3/I6 Zoll), der verengte Abschnitt ist 2,5 cm (1 Zoll) lang und hat einen Durchmesser von 2 cm (I3/I6 Zoll), und der divergierende Abschnitt divergiert in einem Winkel von 7° vom verengten Abschnitt aus über eine Länge von ca. 28,5 ora ,

Zoll) von einem Mindestdurchmesser von 2 cm (13/16 Zoll) auf einen Höohstdurchmesser von 5t5 cm (2-3/16 Zoll).

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die

Verbrennungskammer nicht mit der zu erhitzenden, zu vero

^ dampenden oder zu konzentrierenden Flüssigkeit in Kontakt

α» steht. In einem herkömmlichen System mit Innenfeuerung ">· durch einen Brenner innerhalb der Flüssigkeit befindet ^ sich die Verbrennungskammer in einem Gefäß, ist von der zu erhitzenden Flüssigkeit umgeben und überträgt Wärme dur.oh die Wände auf die Flüssigkeit.

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Ungefähr ein Drittel der übertragenen Hitze geht durch die Verbrennungskammerwände. Bei jeder Konstruktion, in welcher die Verbrennungskammer von der Flüssigkeit umgeben 1st und die Wärme durch die Wände überträgt, liegt eine größere Erosion und Korrosion vor. Enthält die Flüssigkeit gelöste Feststoffe, so ist auch die Möglichkeit zum Ablagern von Feststoffteilchen auf den Wänden der Verbrennungskammer viel größer. Diese Feststoffe rufen nicht nur eine Erosion und Korrosion hervor, sonderwhaben auch die Tendenz sich anzuhäufen und das System zu verstopfen. Im vorliegenden Verfahren ist das Mischen der Flüssigkeiten mit den heißen Gasen, das Jenseits der Verbrennungszone stattfindet, derart stark, daß keine Niederschläge auftreten. Die Drosselstelle bzw. der verengte Abschnitt zwischen dem konvergierenden und dem divergierenden Absohnltt des doppeltrichterförralgen Teiles' preßt die Flüssigkeit und die Gase zusammen, um ihnen eine hohe Geschwindigkeit zu erteielen und sie innig zu mlsohen. Im divergierenden Abschnitt wird die kinetlsohe Energie in rüokgewonnene Druokenergie umgewandelt, welche den zum Durohtrelben der brennenden Gase durch das System erforderlichen Luftdruck herabsetzt.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

Patentan s ρ r U_ o_ h_e

1. Verfahren zum Erhitzen einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß heiße Gase durch einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß am gegenüberliegenden Ende einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Verbrennungszone gedrückt werden, daß eine zu erhitzende Flüssigkeit in das konvergierende Ende einer in der Nähe des Auslaßendes der Verbrennungszone befindlichen doppeltrichterförmigen Zone eingeführt wird und daß die mit der Flüssigkeit gemischten heißen Gase durch das divergierende ™ Ende der doppeltrichterförmigen Zone geleitet und danaoh die Gase von der Flüssigkeit getrennt werden.

2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erhitzende Flüssigkeit in Form einer Vielzahl von konvergierenden Strömen in die doppeltriohterförmige Zone eingeführt wird.

3. Verfahren zum Erhitzen einer Flüssigkeit, dadurch gekenn- ä zeiohnet, daß heiße Gase durch einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß am gegenüberliegenden Ende einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Verbrennungszone gedrückt und durch eine doppeltriohterförmige Zone in eine Flüssigkeitsspeioherzone geleitet werden, daß in dieser Speioherzone Gase von Flüssigkeit getrennt werden, zu erhitzende Flüssigkeit in die flpeioherzone eingeführt und Flüssigkeit aus der Speicherzone zum konvergierenden Ende der doppeltriohterförmigen Zone zurUokgeftthrt wird.

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k, Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzone eine Füllkörpersäule umfaßt.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erhitzende Flüssigkeit in die Füllkörpersäule eingeführt wird.

6. Verfahren zum Gewinnen von Feststoffen aus einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, fc daß der Brennstoff und das die Verbrennung fördernde Fluid unter Überatmosphärendruck in ein Ende einer länglichen Verbrennungszone eingeführt und in dieser Zone verbrannt werden, die Verbrennuripprodukte durch einen Auslaß in demjenigen Ende der Verbrennungszone, welches dem Ende zur Einführung des Brennstoffes und des die Verbrennung fördernden Fluids gegenüberliegt, geleitet und in einer konvergierenden Zone unmittelbar außerhalb des Auslasses und angrenzend an diesen entspannt werden, die Feststoffe enthaltende Flüssigkeit in die konvergierende Zone eingeführt und dadurch innit mit den Verbrennungsprodukten gemischt wird, die Mischung durch eine verengte Zone in eine divergierende Zone und aus der divergierenden Zone in eine Trennzone gedrüokt wird, daß die nioht kondensierbaren Gase in der Trennzone abgetrennt werden und ein Feststoffe enthaltendes Flüssigkeitskonzentrat aus der Trennzone abgezogen wird.

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7. Verfahren zum Gewinnen von Peststoffen aus einer Peststoffe enthaltenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff und das die Verbrennung fördernde Fluid unter Überatmosphärendruck in ein Ende einer länglichen Verbrennunp-szone eingeführt und in dieser Zone verbrannt werden, die Verbrennungsprodukte durch einen Auslaß' in dem Ende der Verbrennungszone, welches dem Ende zur Einführung des Brennstoffes und des die Verbrennung fördernden Fluids gegenüberliegt, geleitet und in einer konvergierenden Zone unmittelbar außerhalb des Auslasses und angrenzend an diesen entspannt werden, die Feststoffe enthaltende Flüssigkeit in die konvergierende Zone eingeführt und dadurch innig mit den Verbrennungsprodukten gemisoht wird, die Mischung durch eine verengte Zone in eine divergierende Zone und aus der divergierenden Zone in eine Trennzone gedrückt wird, daß die nicht kondensierbaren Gase und die verdampfbare Flüssigkeit in der Trennzone abgetrennt werden und die Feststoffe aus der Trennzone gewonnen werden.

8. Verfahren zum Konzentrieren von temperaturempfindlichen Flüssigkeiten durch direkten WäBsaustausoh mit Verbrennungsgasen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Strom heißer Verbrennungsgase in einen stromaufwärts gelegenen Teil einer zu einer verengten Stelle in Strömungsriohtung konvergierenden Mischzone fcugeführt wird und daß gleichzeitig sowohl kühlere Gase in Form eines ringförmigen gleichlaufenden Stromes um den zentralen Strom als auoh eine zu konzentrierende

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flüssige Zusammensetzung in Form von Strömen, die außerhalb der Basströme austreten und. im Winkel zu diesen stromabwärts gerichtet sind, in die Mischzone zugeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kühleren Gase Verbrennungsgase sind, welche aus der Wärmeaustauschzone abgelassen, gekühlt und in diese Zone zurückgeführt wurden.

™ 10. In einer Heizvorrichtung! eine längliche, mit einem feuerfestem Material ausgekleidete und mit einem Einlaß und einem Auslaß an gegenüberliegenden Enden versehene Verbrennungskammerι ein im Einlaß befestigter Brenner} ein außerhalb der Verbrennungskammer angrenzend an den Auslaß angebrachtes rohrförmiges Teil, das mit einem mit dem Auslaß fluchtenden Durchlaßkanal versehen ist} eine im rohrförmigen Teil um den Durohlaßkanal angeordnete ringförmige Kammer, die mit einer äußeren, einer hinteren und einer vorderen

fc Wand ausgestattet ist, wobei die vordere Wand eine Vielzahl von schräg geneigten Öffnungen besitzt, deren Mittellinien in einem Pukt außerhalb der Kammer in Pluchtung mit dem Durohlaßkanal konvergieren; eine Einlaßöffnung in der äußeren Wand der Kammer und Mittel zum Einführen einer zu erhitzenden Flüssigkeit durch die zuletzt erwähnte Einlaßöffnung.

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11. In einer Heizvorrichtung» eine längliche, mit einem feuerfesten Material ausgekleidete und mit einem Einlaß und einem Auslaß an gegenüberliegenden Enden versehene Verbrennungskammer} ein im Einlaß befestigter Brenner; ein außerhalb der Verbrennungskammer in der Nähe des Auslasses angebrachtes rohrförmiges Teil, das mit einem mit dem Auslaß fluchtenden Durchlaßkanal versehen ist; eine im rohrförmigen Teil um den Durchlaßkanal angeordnete ringförmige Kammer, die mit einer äußeren, einer hinteren und einer vorderen Wand ausgestattet ist, wobei die vordere Wand eine Vielzahl von schräg geneigten ™ Öffnungen besitzt, deren Mittellinien in einem Punkt außherhalb der Kammer in Pluchtung mit dem Durohlaßkanal konvergieren; eine Einlaßöffnung in der äußeren Wand der Kammer; ein längliches, doppeltrichterförmiges Hohlteil mit einer rohr- förmigen Wand, welche einen konvergierenden Abschnitt und einen mit einem dazwischenliegenden verengten Verbindungsabschnitt aus einem Stück bestehenden divergierenden Abschnitt umschließt, wobei der konvergierende Abschnitt mit einer Einlaßöffnung versehen ist, welche größer als der Durchlaß- Λ kanal Im rohrförmigen Teil ist, und die Mittellinien der schräg geneigten Öffnungen umsohließt, aber nicht sohneidet, während der divergierende Abschnitt mit einer Auslaßöffnung versehen ist und wobei die Verbrennungskammer, das rohrförmige Teil und das doppeltrlohterförmige Hohlteil alle aneinander befestigt sind und der konvergierende Absohnitt de» doppel- trtchterförmigen Hohlteiles am rohrförmigen Teil lösbar angebracht ist·

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12. In einer Heizvorrichtung» eine längliche, mit einem feuerfesten Material ausgekleidete und mit einem Einlaß und einem Auslaß für heiße Gape versehene Verbrennungskammer! ein im Einlaß befestigter Brenner! zum Brenner gehörige Mittel, um unter Superatmosphärendruck stehende Gase durch den Einlaß zu treiben! ein außerhalb und in der Nähe des Auslasses angebrachtes rohrförmiges Teil, das mit einem mit dem Auslaß fluchtenden Durchlaßkanal versehen ist! eine Im rohrförmigen Teil um den Durchlaßkanal angeordnete ring·- fc förmige Kammer, die mit einer äußeren, einer hinteren und einer vorderen Wand ausgestattet ist, wobei die vordere Wand eine Vielzahl von schräg geneigten Öffnungen besitzt, deren Mittellinien in einem Punkt außerhalb der Kammer konvergieren! eine Einlaßöffnung in der äußeren Wand der Kammer! Mittel zum Einführen einer Flüssigkeit durch die zuletzt erwähnte Einlaßöffnung! ein längliches, doppeltrichterförmiges Hohlteil mit einer rohrförmigen Wand, welche einen konvergierenden Abschnitt und einen mit einem dazwischenliegenden verengten Verbindungsabschnitt aus einem Stück bestehenden divergierenden Abschnitt umschließt, wobei der konvergierende Abschnitt mit einer Einlaßöffnung versehen ist, welohe größer als der Durohlaßkanal im rohrförmigen Teil ist und deren Endwand mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist, und die Mittellinien der schräg geneigten Öffnungen umsohließt, aber nioht sohneidet, während der divergierende Äbsohnitt mit einer Auslaööffnung versehen istj und mit dieser Auslaßöffnung verbundene Mittel zum Trennen der Gase von Flüssigkeiten und Feststoffen.

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13· Vorrichtung zum Konzentrieren von Flüssigkeiten, Gekennzeichnet durcht eine Verbrennungskammer, ein direktes Wärmeaustauschteil am stromabwärts gelegenen Ende der Verbrennungskammer, die an ihrem stromabwärts gelegenen Ende mit einer Auslaßöffnung für die Verbrennungsgase versehen istj ein mit dieser Öffnung in Verbindung stehendes, am stromaufwärts gelegenen Ende des erwähnten Teiles angeordnetes rohrförmiges TeilJ Mittel, welche mit der Außenseite des Rohres einen ringförmigen Gasströmungskanal bilden, wobei

eine ringförmige Öffnung um das stromabwärts gelegene Ende ™

des Rohres vorgesehen istj und Mittel in diesem Teil, um eine Vielzahl von Strömen einer Flüssigkeit in die erwähnten Ströme zu lenken.

1*1·. Vorrichtung zum Konzentrieren von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch» eine mit feuerfestem Material ausgekleidete Verbrennungszone mit einem Einlaß an einem und einem Auslaß am gegenüberliegenden Ende, wobei der Auslaß aus dieser Verbrennungsζone mit einem rohrförmigen Teil μ

verbunden ist, welches sich von dieser Verbrennungszone aus nach außen erstreckt und von einer ringförmigen Kammer umgeben ist, die In der Nähe der äußeren Wand des rohrförmigen Teiles eine ringförmige Öffnung'aufweist! Mittel zum Einführen von rUckgeftihrten Verbrennungsgasen in die ringförmige Kammer, so daß diese Gase in der Nähe der äußeren Wand des rohrförmigen Teiles aohslal strömen können! eine zweite ringförmige Kammer um das rohrförmige Teil! schräg geneigte

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Auslaßöffnungen in der zweiten ringförmigen Kammer, wobei die Mittellinien der Öffnungen im Weg der aus dem rohrförmigen Teil austretenden heißen Gase konvergierenj Mittel zum Einführen einer zu verdampfenden Flüssigkeit in die zweite ringförmige Kammer, wodurch bewirkt wird, daß konvergierende Ströme dieser Flüssigkeit gleichläufig mit den erhitzen Gasen und den rückgeführten Gasen gemischt werden; und Trenneinrichtungen, in denen verdampfbare Flüssigkeiten und nicht kondensierbare Gase der sich ergebenden innigen Mischung vom Restkonzentrat getrennt werden.

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