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Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeiten mit einer Mehrzahl hintereinander
geschalteter Verdampferstufen von denen eine jede mit einem Separator verbunden
ist.
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Die bekannten Verdampfervorrichtungen der oben genannten Art werden
beispielsweise zum Verdampfen von Ablauge aus einem chemischen Trübeextrakt verwendet.
Diese
Vorrichtungen nehmen einen großen Raum ein, da die einzelnen
Verdampferstufen eine Höhe bis zu 8,5 m aufweisen, wozu weiterhin noch die Separatoren
(Abscheider) und die Rohrleitungen zur Verbindung der einzelnen Verdampferstufen
mit den Separatoren in der entsprechenden Anordnung hinzu kommen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verdampfervorrichtung vorzuschlagen,
die ohne Kapazitätseinbuße weniger Raum benötigt. oder eine größere Kapazität hei
gleichem Platzbedarf wie bisher aufweist.
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Die Lösung der oben genannten Aufgabeerfolgt erfindungsgemaß dadurch,
daß der Separator einen Behälter aufweist, der durch Zwischenwände in einzelne Zwischenräume
unterteilt ist a und weiterhin die Zwischenräume den entsprechenden Verdampferstufen
derart zugeordnet sind, daß jede Stufe einmal mit ihrer FlUssigkeitsseite mit dem
jeweiligen Zwischenraum und andererseits durch Dampfleitungen mit der Dainpfseite
eines benachbarten Abschnittes der Vorrichtung verbunden ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform.der Erfindung ist es von Vorteil,
wenn jede Verdampferstufe aus einem Värmeaustauscher mit Doppelrohren besteht, und
daß der Heizdampf die Außenrohre und die Innenrohre umstrd t, und zwar entgegen
der Fließrichtung der zwischen den Außen- und Innenrohren strömenden Flüssigkeit.
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(3tlnstig ist es weiterhin, wenn die Verdampferstufen mit ihren unteren,
offenen Enden in die Separatorabschnitte sitinden.
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Der Separatorbehälter ist erfindungsgenä-ß horizontal angeordnet,
während die Verdampferstufen vertikal stehend auf oder in der Nähe der Separatorbehälter
vorgesehen sind. Die einzelnen Stufen -einer ersten Ausführungsform erstrecken sich
mit ihren unteren, offenen Enden in die entsprechenden Separatorabschnitte, während
die Stufen einer zweiten Ausf(lhrungsform an ihren Enden verschlossen sind und Aber
Rohrleitungen mit den jeweiligen Separatorabschnitten in Verbindung stehen. Bei
diesen Ausf(lhrungsformen sind die Separatorbehälter unten angeordnet und die zu
verdampfende Flüssigkeit, z.B. Lauge, wird mittels eines FlUsigkeits-Dampf-Verteilers,
der am oberen Ende der Rohre angebracht ist, derart verteilt, daß die Laugenflilssigkeit
in Form eines Filmes sowohl an der Innenseite der äußeren Rohre als auch an deren
Außenseite nach unten fließt, während der von der Laugenfltlssigkeit befreite Dampf
aus dem über den Rohren vorgesehenen Raum durch jede Verteilereinrichtung in den
zwischen den Innen- und Außenrohren vorhandenen Zwischenraum strömt. Die Fließrichtung
des erwärmenden Dampfes ist in diesem Falle gleich der Fließrichtung der Laugenfiilssigkeit.
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Es ist selbstverständlich möglich, die Separatorbehälter
vertikal
zuzuordnen, wobei in dieim Falle die Verdampferstufen horizontal und eine über der
anderen angeordnet . sowie mit einem Druckumlauf versehensind.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin von Vorteil, wenn die Dampfleitung aus
dem einen Separator-Abechnitt zu der nachgeschalteten Separatorstufe führt.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Separatoren in Fo eines
Behälters für alle Verdampferstufen ist es möglich, daß bei horizontal angeordnetem
Behälter die Länge der Verdampferanlage bis zu etwa 25S reduziert werden kann, wobei
der Prozentsatz der Reduzierung abh n ig ist von der Anzahl der Stufen. Gleichfalls
können die Höhe und Breite zwecks Platzverringerung ebenfalls um etwa 25% reduziert
werden. Dies ist insbesondere bei der zuvor erwähnten Ausführungsform möglich, bei
der in den Verdampferstufen Doppelrohr-Wärmeaustauscher vorhanden sind, die mit
ihrem einen Ende in den Separatorbehälter eingebaut sind. Bei der Unterteilung der
Rohrbündel im Wärmeaustauscher derart, daß ein Vor-und Nachwärmer für die Flüssigkeit
entsteht, ist es möglich, eine leistungsfähi e Heizfläche zu erreichen, wobei eine
erhöhte. Wärmeabgabe ohne mehr Platz erfordernde Zusatzeinrichtungen erhalten wird.
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In der erfindungsgemäßem Vorrichtung sind die notwendigen Rohrleitungen
auf der Flüssigkeits- und der D&i0pfseite im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen
wesentlich kürzer. Die bereits genannte Ausführungsform, bei welcher die Wärmeaustauscher
sich in den Separatprbehälter hinein erstrecken, ist in ihrem Konstruktionsaufbau
gleichfalls wesentlich vereinfacht worden.
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Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Verdampfungsanlage; Fig. 2
eine Schnittansicht entsprachend Fig. 1 einer anderen Ausführungsform; Fig. 3 eine
TeiIschnittanicht einer weiteren, erfindungsgeäßen Verdampfungsanlage; Fig. 4 eine
vergrößert im Schnitt dargestellte Teilansicht der Ausführungsform nach Fig. 3 und
Fig. 5 eine schematisch dargestellte Verdampfungsanlage.
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In Fig. 1 ist eine mit dem Bezugszeichen E-2 bezeichnete Verdampferstufe
dargestellt, die aus einem vertikal angeordneten, rohrförmigen Wärmeaustauscher
besteht, der ein zylindrisches Gehäuse 1 aufweist, an dessen unterem Ende ein Abschlußdeckel
2 angeordnet ist. Im Gehäuseinnern sind einander gegenüberliegende Rohrwände oder
-platten 3> 4 angebracht, an denen eine Vielzahl von Außenrohren 5 befestigt
sind. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist lediglich ein einziges solches Rohr dargestellt.
In den Außenrohren 5 sind koaxial verlaufende
Innenrohre 6 vorgesehen,
die mit ihren abgekniokten Enden in der Nähe der Rohrplatten 3, 4 an der Wandung
der Außenrohre 5 einmünden. Der obere Bereich des Wärmeaustausehers E-2 ist von
einer Dampfverteilerhaube 7 umgeben, in die ein Dampfeinlaßrohr 8 einmündet. Weiterhin
ist an der Verteilerhaube 7 ein Auslaß 9 angebracht, der zum Ablassen der durch
den Dampf mitgerissenen Flüssigkeit (liquor) dient, wobei der Dampf aus einer in
Reihe vorgeschalteten Stufe in die Verteilerhaube 7 gelangt. Zum Zwecke einer gleichmäßigen
Verteilung des Dampfes auf die innenrohre 6 und die diese umgebenden Außenrohre
5 ist eine Verteilerplatte 10 angeordnet, die in einem bestimmten Abstand unterhalb
der oberen Öffnungen der Innenrohre 6 an der Wandung der Außenrohre 5 befestigt
ist, so daß der Dampf gleichmäßig den unter-und oberhalb der Verteilerplatte 10
an der Peripherie des Gehäuses 1 angebrachten ringförigen Öffnungen zum geleitet
wird0 Zum Ableiten des Kondensats ist am Gehäuse 1 unterhalb der unteren Öffnung
der Innenrohre 6, jedoch noch über der Rohrplatte 3 eine Auslaßöffnung 11 vorgesehen.
In den Abschlußdeckel 2 mündet unterhalb der Rohrplatte 3 eine die Flüssigkeit einleitendes
Rohr 120 ein für die Erfindung geeigneter, langgestreckter Sepa rator besteht aus
einem horizontalen Behälter S, der vorzugsweise eine zylindrische Form aufweist.
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Der Separat or-Behält er S wird durch Trennwände 13 in einzelne Abschnitte
S-1 S-2, S-3 usw, unterteilt, die mit den jeweiligen Verdampferstufen der Aulage
zusammenwirken. Zwei benachbarte Verdampferstufen (Wärmeaustauscher) E-1 und E-3
sind redts bzw. links des Wärmeaustauschers E-2 durch gestrichelt dargestellte Linien
teilweise
angedeutet. Die einzelnen Verdampferstufen sind mit ihren oberen Enden in den Separator-Behälter
S eingebaut. Oberhalb des offenen Endes der Stufen E-1, E-2, E-3 usw., wo auch die
Außenrohre 5 einmünden, ist eine Separatorplatte 14 vorgesehen, auf die das heiße,
aus den Rohren 5 kommende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch aurpntlt, wobei die Flüssigkeit
oder Ablauge vom Dampf getrennt wird. Die Flüssigkeit sammelt sich am Boden des
Separatorabschnittes S-2 und wird von dort durch eine Rohrleitung 15 abgeleitet
Der von der Flüssigkeit befreite Dampf gelangt durch eine Dampfleitung 16 in die
nächste Stufe der Verdampferanlage oder -vorrichtung.
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Diese Dampfleitung erstreckt sich vertikal innerhalb des Separatorabschnittes
S-2, wobei ihre Einlaßöffnung im oberen Bereich des Abschnittes S-2 vorhanden ist,
während das untere Ende der Leitung 16 mit dem Dampfeinlaßrohr der benachbarten
Verdampferstufe in Verbindung steht, welches den Boden des Separatorabschnittes
S-2 durchdringt. Die eben beschriebene Anordnung der Dampfleitung 16 macht es nicht
erforderlich die Leitung druckbeständig auszubilden, so daß ihre Wandung sehr dünn
sein kann, wodurch die Herstellungskosten im Vergleich zu den üblichen Rohrleitungen
dieser Art gesenkt werden können. Weiterhin wird dadurch Raum gespart, da entsprechende,
sich außen am Separator-Behälter S erstreckende Leitungen nicht notwendig sind.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispiel nur dadurch, daß anstelle der Separatorplatte
14 über dem oberen Ende der Verdampferstufe E-2 ein Flüssigkeitssammler.
und
-verteiler 14a angebracht ist, , durch den zuerst die heiße, aus den Rohren 5 kommende
Flüssigkeit gesammelt wird, um anschließend in den Separatorabschnitt S-2 verteilt
zu werden. Gleichzeitig wird dabei die Flüssigkeit vom Dampf abgeschieden. Da die
Rohre 5 der Verdampferstufe ständig mit der unter hydrostatischem Druck stehenden
Flüssigkeit oder Ablauge gefüllt sind, kocht die Flüssigkeit in den Rohren nicht.
Das Ausfallen oder Kochen der Flüssigkeit tritt j jedoch dann ein, wenn sie aus
den Öffnun en des Verteilers 14a ausgeströmt ist In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
ist es leicht möglich, eine Verdampferstufe, die gereinigt oder repariert werden
soll, relativ einfach zu überbrücken. Wenn es beispielsweise gewünscht wird, die
Searatorstufe E-2 zu überbrücken, so ist es lediglich notwendig, das Dampfeinlaßrohr
8 zwischen dem Separatorabschnitt 5-1 und der Stufe E-2 zu unterbrechen. Weiterhin
wird eine gestrichelt dargestellte Rohrleitung 17 einmal-mit einem Verbindungsstück
18, welches zum Separatorabschnitt 5-1 gehört, und zum anderen mit dem Dampfeinlaßrohr
8 der Nachbarstufe E-3 in Verbindung gebracht. Die Leitung 17 führt durch den Separatorabschnitt
5-2 und über das offene Verbindungsstück 18 zum Rohr 8. Dabei sind die Leitungen
zum Einströmen der Flüssigkeit in die Verdampferstufe E-2 und für den Flüssigkeitsablauf
aus der Dampfverteilerhaube 7, sowie die Leitung zum Ablassen der Flüssigkeit aus
dem
Separatorabschnitt S-2 geschlossen und die Flüssigkeit wird
in die Verdampferstufe E-3 eingeleitet.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Verdampfervorrichtung dargestellt. Diese Ausführungsform besitzt gleichfalls einen
horizontal angeordneten Separatorbehälter S, der ebenfalls Trenn-Wände 13 zur Bildung
von Separator-Abschnitten S-1, S-2, 5-3 usw. aufweist, die entsprechenden Verdampferstufen
E-1, E-2, E-3 usw. zugeordnet sind. Die Separatorabsehnitte entsprechen den Abschnitten
der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2, so daß sich eine nochmalige Beschreibung
derselben erübrigt.
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Die Verdampferstufen E-1, E-2, E-3 usw. sind i<doch in der Ausführungsform
nach Fig. 3 vertikal über Separator-Behälter S angeordnet und erstre ken ihren unteren
Enden in die jeweiligen Sep atorabschnit te hinein. Die Separatorplatte 14 ist -
wie aus der Zeichnung ersichtlich - unterhalb des vtenen Endes der Stufe E -2 angebracht.
Das obere Ende der Stufe E-2 ist dagegen mittels des Abschlußdeckels 2 verschlossen,
der das Flüssigkeitseinlaßrohr 12 aufweist. Die Dampf leitung 16, 8 erstreckt sich
in diesem Fall vom oberen Bereich des Separatorabschnittes S-1 bis zur Dampfverteilerhaube
7 der Verdampferstufe E-2.
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Am oberen Ende einer jeden Stufe ist eine mit dem Bezugszeichen 19
bezeichnete Flüssigkeits-Dampf-Verteilereinrichtung angeordnet. Diese Verteileranordnung
ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 4 dargestellt.
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Die Fig. 4 zeigt die obere Rohrplatte 4 der Verdampferstufe mit einem
eingebauten Rohrsatz 5, 6. Das obere Ende des Innenrohres 6 trägt eine rohrförmige
Verlängerung 20, die sich durch die Platte 4 erstreckt und an ihrem oberen Ende
durch einen Deckel 21 verschlossen ist. Unterhalb des oberen Endes der Rohrverlängerung
20 ist ein konzentrisch eordneter Ring 22 vorgesehen, der mit der Verlängerung 20
zusammen eine ringförmige öffnung bildet. An der äußeren und inneren Peripherie
des Ringes 22 sind nach abwärts gerichtete Flansche 23, 24 angehängt«, die sich
derart in das Rohr 5 erstrecken daß ein Kreisring 25 zwischen der Rohrverlängerung
20 und dem Flansch 23 einerseits und ein kreisförmiger Ring 26 zwischen dem Flansch
24 . der Wand des Außenrohres 5 andererseits entsteht. Der Flansch 24 ist an se@@@
Außenseite mit pun@@förmigen halterungen 27 ausgestattet, durch welcs @@ie einrichtung
in Bezug auf den Rohrsatz 5, 6 ausgerichtet wird. Der Raum zwischen den beiden Flanschen
23. 24 bildet einen nach unten offenen, ringförmigen Kanal 28.
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In den Ring 22 sind eine Vielzahl von Öffnungen29 eingearbeitets von
denen eine jede mit einer Leitung 30 in Verbindung steht. Die öffnungen der Leitungen
30 sind oberhalb des Niveaus 31 der im Raum über der Rohrplatte 4 vorhandenen Flüssigkeit
angeordnet. Dadurch wird die Flüssigkeit gezwungen in Form eines Filmes durch
den
Ringraum 26 an der Innenseite des Außenrohrs 5 und durch den Ringraum 25 an der
Außenseite des Innenrohres 6 vorbei zu fließen. Der sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus
31 im Raum ansammelnde Dampf strömt durch die Leitungen 30 und die Öffnungen 29
zum Kanal 28 und von dort aus weiter durch den zwischen den Rohren 5 und 6 gebildeten
Zwischenraum sowie zwischen den beiden Flüssigkeits-Filmschichten hindurch.
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Eine Überbrückung' einer Verdampferstufe, z.B. der Stufe E-2 in Fig.
3, erfolgt durch Schließen der Dampfleitung 8 zwischen dem Separatorabschnitt 5-1
und der Stufe E-2 und über eine gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung 33>
welche die Leitung 8 mittels Verbindungsstücken 32 mit der der Verdampferstufe E-3
zugeordneten Dampfleitung 8, die in den Separatorabschnitt S-2 der Stufe E-2 mündet,
verbindet.
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Anstelle der in Fig. 3 dargestellten Anordnung der Verdampferstufe
und des Separator-Berhälters kann die Verdampferstufe auch neben dem Behälter angeordnet
werden, wobei in diesem Fall die unteren Enden der einzelnen Stufen geschlossen
und durch eine Rohrleitung mit den entsprechenden Separator-Abschnitten verbunden
sind. Bei dieser Anordnung ist ein erhöhter Platzbedarf notwendig. Dies hat jedoch
den Vorteil, daß die Rohrbündel in den Wärmeaustauschern zur Reinigung oder Reparatur
besser zugänglich sind.
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In der Fig. 5 ist eine vollständige Verdampferanlage oder -vorrichtung
mit fünf Verdampferstufen E-t bis E-5 und einem Separator-Behälter S mit entsprechenden
Separatorabschnitten 5-1 bis S-5 dargestellt. Diese Anordnung entspricht der in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsforn, jedoch mit dem Unterschied, daß in jeder Stufe
ein Teil des Rohrbündeis durch Flüssigkeitsboxen an den oberen und unteren Rohrplatten
abgetrennt ist, um auf diese Weise einen Flüssigkeitsvorwärmer zu bilden, während
der andere Teil des Rohrbündels zur Bildung eines Nachwärmers für die Flüssigkeit
gleichfalls abgetrennt ist.
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Die Hauptmenge der zu verdampfenden, dünnflüssigen Flüssigkeit wird
durch die Leitung 32 uns durch eine Zweig-Leitung .12-4 zur vorletzten Stufe E-4
gepumpt , während eine kleinere Flüssigkeitsmenge durch eine Zweigleitung 12-5 direkt
zur letzten Stufe E-5 geleitet wird. Die in dieser Stufe konzentrierte Flüssigkeit
wird durch eine Leitung 15-5 und durch einen Nachwärmer in der Stufe E-4 hindurch
zu einem (nicht dargestellten) Flüssigkeits-Zwischenbehälter gepumpt.. Anschließend
wird die Flüssigkeit durch eine Leitung 12-3 über einen Vorwärmer der dritten Verdampferstufe
E-3 geleitet und dort verdampft Die Flüssigkeit aus der Stufe E-3 wird durch den
eingebauten Nachwärmer dieser Stufe hindurchgeleitet und gegelangt durch Leitungen
15-3, 12-2 über einen Vorwärmer in die Stufe E-2 und wird gleichfalls verdampft.
Der entsprechend Vorgang vollzieht sich mit der Flüssigkeit
der
Stufe E-2, die durch die Leitungen 15-2 und 12-1 der ersten Stufe E-1 gepumpt wird,
während die dickflüssige Flüssigkeit aus dem Separatorabschnitt E-1 durch die Leitung
15-1 über einen Expansionskessel 33 zu einem, die Flüssigkeit aufnehmenden Tank
geleitet wird.
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Der erste Dampfstrom wird in die Stufe E-1 durch eine -Dampfleitung
34 eingeleitet. Der zweite Dampfstrom aus dem Separatorabschnitt S-1 dieser Stufe
strömt durch die Dampfleitung 8-1, 16-1 zur Stufe E-2, während der zweite Dampfstrom
aus dem letzten Separator-Abschnitt S-5 durch eine Leitung 35 zu einem Ober.flEchenkondensor
36 geleitet wird, in welchem der Dampf vollständig kondensiert. Mit dem Oberflächenkondensor
36 ist eine Vakuumpumpe 38 verbunden. Weiterhin ist zwischen dem Kondensor 36 und
der Vakuumpumpe 38 ein Strahlkondensator 37 eingeschaltet.
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Nicht kondensierende Gase werden aus dem unteren Bereich dieser Stufen
entfernt, wobei die Gase aus der ersten Stufe durch eine Rohrleitung 39-1 in die
Atmosphäre geleitet und die Gase der Stufen E-2 bis E-5 durch Rohrleitungen 39-2
bis 39-5 dem Strahlkondensator 37 zugeleitet werden. Das Kondensat des ersten Dampfstromes
der Stufe E-1 wird ohne Expansion durch eine Leitung 40 zurückgeführt. Das Kondensat
des zweiten Dampfstromes der anderen, hineinander geschalteten Stufen dehnt sich
durch die Leitungen 41-2, 41-3 und 41-4 in die anschließenden Stufen aus und gelangt
von der letzten Stufe E-5 durch eine Leitung 41-5 entweder zu einem Ab flußrohr
oder zur ersten Stufe zurück. Die Leitungen 41,
durch die das Kondensat
fließt, werden von Droseelplatten 42 gesteert. Das Kondensat aus dem Oberflächenkondensor
36 und dem Strahlkondensator 37 gelangt über einen Vakuumbehälter 43 zum Abflußrohr.
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Flüssigkeitströpfchen, die aus der vorgeschalteten Stufe der Vorrichtung
durch den Dampf mitgerissen werden, werden in den zyklonartigen Dampfverteilerhauben
der Verdampferstufen und des Oberflächenkondensors 36 abgetrennt und über die Leitungen
9-2-, 9-3 bis 9-6 den Flüssigkeitsleitungen 15-1, 15-2 bis 15-5 der nächsfolgenden
Stufe zugeführt.