DE19646459A1 - Vorrichtung zum Aufbereiten und Reinigen von Flüssigkeiten mittels Vakuumverdampfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbereiten und Reinigen von Flüssigkeiten mittels Vakuumverdampfen gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der deutschen Patentschrift DE 44 10 405 C1 ist ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Gemisches aus Flüssigkeiten und Substanzen mit jeweils unterschiedlichen Siedetemperaturen unter Nutzung des Vakuumverdampfen bekannt. Derartige Vorrichtungen finden beispielsweise Verwendung bei der kontinuierlichen Reinigung und Behandlung kommunaler und/oder industrieller Abwässer oder anderer Flüssigkeiten.

Gemäß der bekannten Lösung wird das zu trennende Gemisch bzw. die zu reinigende Flüssigkeit einem mehrstufigen, kontinuier­ lichen Vakuumverdampfungsprozeß unterzogen, wobei die Behand­ lung des Abwassers mittels eines Rechners automatisch temperatur- und mengengesteuert erfolgt. Das zu trennende bzw. zu reinigende Gemisch wird einer Folge von Vakuumverdamp­ fungsgefäßen zugeleitet, wobei der Druck in einem ersten Verdampfungsgefäß in Abhängigkeit von der Temperatur des Gemisches und einer ersten Siedetemperatur so eingestellt wird, daß alle Bestandteile mit einer Siedetemperatur unter­ halb der ersten Siedetemperatur beim Einsprühen verdampfen. Die verdampften Bestandteile werden dann kondensiert und aufgefangen. Nicht verdampfte weitere Bestandteile gelangen dann in die nächstfolgende Stufe, d. h. in ein zweites Verdampfungsgefäß.

Gemäß der bekannten Vorrichtung ist die Konstruktion der Verdampfungsgefäße sowie der Kondensatoren sehr aufwendig und es sind eine Vielzahl von Rohrverbindungen mit allen hieraus resultierenden Problemen, wie Dichtheit, Spannungsrissen u.s.w., notwendig. Daüber hinaus nimmt die bekannte Vor­ richtung eine großen Bauraum ein und ist nicht ohne weiteres durch einfache konstruktive Veränderungen hinsichtlich der Durchsatzmenge zu reinigender Flüssigkeiten erweiterbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom bekannten Stand der Technik eine Vorrichtung zum Aufbereiten und Reinigen von Flüssigkeiten mittels Vakuumverdampfen anzugeben, welche eine einfache Konstruktion mit geringem Raumbedarf umfaßt, die es gestattet, auf Rohrverbindungen weitgehend zu verzichten, und die mit einer geringeren Vakuumpumpenleistung die Behandlung einer gleichen oder größeren z. B. Abwassermenge ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Vor­ richtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht zunächst darin, daß der eigentliche Vakuumverdampfungsraum bzw. das Vakuumgefäß im Inneren eines Kondensationskessels als integraler Bestandteil desselben, eine einzige Baueinheit bildend, angeordnet ist.

Durch die vorteilhafte konzentrische Anordnung von Vakuumgefäß bzw. Vakuumraum und Kondensationskessel bzw. Kondensationsraum sind definierte Volumenverhältnisse, zweckmäßigerweise gleiche Volumenverhältnisse, einstellbar.

Mittels vertikaler Segmentierung der Vorrichtung kann diese durch einfaches Aufstocken weiterer Segmente auf größere Behandlungsleistungen eingestellt werden, wobei die benötigte Grundfläche gleich bleibt. Irgendwelche Rohrverbindungen zwischen Vakuum- und Kondensationsraum sind nicht erforder­ lich, da die Vorrichtung ein einheitliches Gebilde darstellt. Durch die erfindungsgemäß verbesserte Kondensationswirkung ist es möglich, die Vakuumpumpenleistung für die gleiche Menge zu behandelnder Flüssigkeiten zu reduzieren.

Wie ausgeführt, befindet sich im Inneren eines vorzugsweise konzentrischen, zylindrischen Kondensationskessels der Verdampferraum, welcher außen von einem Kondensationsraum umgeben ist. Betrachtet man den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, dann liegen im wesentlichen gleiche Volumen- bzw. Flächenverhältnisse zwischen Verdampfungs- und Kondensationsraum vor. Durch eine einfache Vergrößerung des Außenumfanges kann der Kondensationsraum vergrößert werden.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung ist das Vakuumgefäß bzw. das einen Teil des Verdampfungsraumes bil­ dende Vakuumgefäß als oben offene oder Öffnungen aufweisende Säule ausgebildet. Diese Säule besitzt in einem unteren Abschnitt beabstandet vom Boden mindestens eine Einsprühdüse und weist im oder am Boden einen Auffangbereich für abge­ trennte, nicht verdampf- und kondensierbare Substanzen auf. Diese Substanzen können durch eine Entnahmeöffnung oder Reinigungsklappe entfernt werden.

Der Kondensationskessel besitzt eine zum Vakuumgefäß bzw. zum Verdampfungsraum gerichtete gekühlte Innenfläche, an der bereits eine Teilkondensation des Dampfstromes stattfindet. Darüber hinaus weist der Kondensationskessel eine zur Innen­ fläche beabstandete isolierte Außenmantelfläche auf. Der zwischen Innenfläche und Außenmantel verbleibende Zwischenraum ist kühlbar und besitzt eine Gaseintrittsfläche sowie einen Kondensatüberlauf. Der Querschnitt der Gaseintrittsfläche ist erfindungsgemäß veränderbar, so daß eine einfache Prozeß­ kontrolle und/oder Steuerung möglich wird.

Im erwähnten Zwischenraum sind Kühlschlangen sowie in Durch­ strömungsrichtung angeordnete Abschnitte mit einem Mineral- Stahlwolle- und/oder Granulatgemisch vorhanden. Diese Abschnitte dienen dem Vermeiden von sogenannter Brüdenzopfbildung.

Die Vorrichtung, d. h. der Kondensationskessel, besitzt einen Vakuumanschluß, der zu einer Vakuumpumpe führt. Das Vakuum bzw. der Unterdruck im vom Kessel umschlossenen Raum ist in Abhängigkeit von einer Temperatur in der Nähe der Einsprühdüse oder der Abwassertemperatur regelbar.

Die Anordnung des säulenartigen Vakuumgefäßes im Inneren des Kondensationskessels bietet Sicherheit für den Fall, daß bei Störungen der Vorrichtung der Flüssigkeitsspiegel konden­ sierter Bestandteile ansteigt.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung als Mischkondensator einsetzbar, wobei die erwünschten Reaktionen zwischen Gas und Flüssigkeit im Raum zwischen Innen- und Außenmantelfläche des Kondensationskessels stattfinden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die von einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Kondensationskessels erzeugte Abwärme hin zum Aufgabegefäß für die zu behandelnde Flüssigkeit geführt, so daß diese vorgewärmt werden kann. Durch das Vorwärmen wird einem Vereisen der Einsprühdüse entgegengewirkt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in die Gemischzuführung Gas, beispielsweise Luft, eingebracht, beispielsweise durch Einblasen oder Ansaugen, wodurch sichergestellt ist, daß die zuzuführende Wassersäule nicht abreißt und daß eine Feineinstellbarkeit der zuzu­ führenden Flüssigkeit gewährleistet ist.

Ein Wärmetauscher, der in der Nähe der Einsprühdüse angeordnet ist, dient dem Aufnehmen von Verdunstungs- oder Expansions­ kälte, welche wiederum den Kondensationsflächen des Konden­ sationskessels zugeführt werden kann oder die extern nutzbar ist. Ebenso kann die Abwärme der kondensierten Flüssigkeit extern genutzt werden.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im Gegensatz zu bekannten Lösungen, wo Verdampfer und Kondensator getrennte Baugruppen darstellen, auf eine integrale, einheitliche Baueinheit zurückgegriffen, wobei der Verdampfer innerhalb des Kondensators befindlich ist. Hierdurch kann das Volumen des Gasraumes, d. h. der Verdampfungsraum, annähernd gleich dem Volumen des Kondensationsraumes gewählt werden.

Durch die segmentierte Bauweise der Vorrichtung sind sowohl Aufbau und Wartung vereinfacht als auch Transportaufwendungen reduziert. Durch horizontale Erweiterung der Vorrichtung im Sinne eines Aufstockens weiterer Segmente kann die Reini­ gungsleistung erhöht werden, ohne daß zusätzliche Baufläche benötigt wird. Durch die Anordnung des Vakuumgefäßes bzw. des Verdampfungsraumes im Inneren des Kondensationskessels ist es nicht notwendig, aufwendige Rohrverbindungen herzustellen bzw. die Baugruppen untereinander thermisch zu isolieren. Durch die kurzen Strömungswege des Dampfes in der Vorrichtung kann die erforderliche Leistung der Vakuumpumpe oder im Überdruck­ betrieb einer entsprechenden Druckerzeugungseinrichtung reduziert werden.

Besonders vorteilhaft ist die Teilkondensation des Dampf­ stromes an der zum Verdampfungsraum hin gerichteten Seite, bevor der Gas- oder Dampfstrom in den eigentlichen Konden­ sationsraum, d. h. in die Flüssigkeit geleitet wird. Die Vorrichtung kann zum Reinigen von Flüssigkeiten, als Mischkondensator und/oder Kälteerzeuger eingesetzt bzw. ver­ wendet werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles sowie einer Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt hierbei eine prinzipielle Schnittdarstellung der Vorrichtung zum Aufbereiten und Reinigen von Flüssigkeiten mittels Vakuumverdampfen.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist der Verdampfungsraum, mit dem Bezugszeichen 2 der eigentliche Kondensationsraum bezeichnet.

Über ein Aufgabegefäß 3, das beispielsweise der Aufnahme von Wäschereiabwasser dient, wird mittels einer Verbindungsleitung 13 die aufzubereitende Flüssigkeit bzw. das Gemisch in das Innere der Vorrichtung geleitet.

Die Vorrichtung selbst besteht aus einem z. B. zylindrischen Kondensationskessel 14. Im Inneren des Kondensationskessels 14 ist ein säulenartiges Vakuumgefäß 15 angeordnet, das in seinem unteren Abschnitt eine Eintrittsöffnung für die Verbindungs­ leitung 13 sowie eine oder mehrere Einsprühdüsen 11 aufweist. Die Einsprühdüse oder Einsprühdüsen 11 sind dabei so ange­ ordnet, daß ein Auffangbereich 16 für nichtverdampfbare, abgetrennte Substanzen verbleibt. Über eine Entnahmeöffnung 17 können diese Substanzen entfernt werden.

Der Kondensationskessel 14 besitzt einen Vakuumanschluß 5, der mit einer Vakuumpumpe 4 in Verbindung steht.

Das gegebenenfalls vorgewärmte Abwasser gelangt vom Aufgabegefäß 3 über die Verbindungsleitung 13 hin zur Einsprüh- oder Ein­ spritzdüse 11 und wird dort in den gasförmigen Zustand durch entsprechende Vakuumeinwirkung überführt.

Zur Steuerung der einzuspritzenden oder einzusprühenden Flüs­ sigkeitsmenge kann die Verbindungsleitung 13 und/oder die Einsprühdüse 11 mit Mitteln zum Zuführen von Gas, z. B. Luft versehen sein. Hierdurch ist zum einen sichergestellt, daß die Flüssigkeitssäule nicht abreißt und daß eine Feineinstellung vorgenommen werden kann.

Der Dampfstrom breitet sich entlang des säulenartigen Vakuumgefäßes 15 nach oben aus und gelangt an die gekühlte Innenfläche 18 des Kondensationskessels 14. Bereits an der gekühlten Innenfläche, die zum Verdampfungsraum 1 hin gerichtet ist, findet eine Teilkondensation statt.

Der Gasstrom wird nun über eine Gaseintrittsfläche 12 in einen Zwischenraum 19 geleitet. Der Zwischenraum 19 wird durch die gekühlte Innenfläche 18 des Kondensationskessels 14 sowie die eine äußere Isolierung aufweisende Außenmantelfläche 20 des Kondensationskessels 14 gebildet. Der Querschnitt der Gas­ eintrittsfläche 12 ist veränderbar, so daß auf diese Weise der Dampf- oder Gasstrom gesteuert werden kann. Im Zwischenraum 19 befinden sich in Strömungsrichtung angeordnete Kühleinrich­ tungen, z. B. Kühlschlangen 9 und Abschnitte 10 aus einem Gemisch aus Mineral-Stahlwolle und/oder Granulat. Dieses Gemisch dient dem besseren Verteilen des Dampfstromes, um sogenannte Brüdenzopfbildung zu vermeiden und den Kondensationsvorgang zu verbessern.

Die kondensierte Flüssigkeit im Zwischenraum 19 kann bis zur Höhe eines Überlaufes 6 ansteigen und dann abgeführt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird die aus dem Überlauf 6 entnommene Flüssigkeit gleichzeitig zum Kühlen der Vakuumpumpe 4 verwendet. Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Auffangbehälter für die aus dem Überlauf 6 entnommene Flüssigkeit gekenn­ zeichnet.

Zum Erzeugen der Kälteenergie für die Kühlschlangen 9 ist ein Kühl- oder Kälteaggregat 8 vorgesehen. Das Kühl- oder Kälte­ aggregat 8 steht mit einem Wärmetauscher angeordnet am oder im Aufgabegefäß 3 in Verbindung, um Abwärme in vorteilhafter Weise zum Vorwärmen oder Aufheizen der zu reinigenden Flüssigkeit zu benutzen. Hierdurch wird einem unerwünschten Vereisen der Einsprühdüse 11 entgegengewirkt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist im Bereich der Einsprühdüse 11 ein Wärmetauscher angeordnet, der der Aufnahme der Verdunstungs- oder Expansionskälte dient. Diese Kälteenergie kann in vorteilhafter Weise entweder extern genutzt werden oder zum Kühlen des Kondensationsraumes 2 Ver­ wendung finden.

Zur Steuerung der Dampfströmung können im oberen Bereich des Kondensationskessels 14 Strömungsleiteinrichtungen 21 ausge­ bildet sein.

Der Kondensationskessel 14 wird in einer vorteilhaften Aus­ führungsform aus horizontal übereinander stapelbaren Segmenten gebildet, die sowohl eine einfache Montage als auch leichte Wartung der Vorrichtung ermöglichen. Ein oberes Segment bildet den oberen Abschluß des Kondensationskessels und ist deckel­ förmig. Durch einfaches Zwischenschalten weiterer Segmente kann die Leistung der Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel erhöht werden.

Die Steuerung des Dampfstromes bzw. der Dampfstrommenge kann zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Temperatur der zu behandelnden Flüssigkeit erfolgen, mit dem Ziel, eine mög­ lichst kontinuierliche Behandlung zu erreichen, ohne daß die Einsprühdüse 11 vereist. Das säulenartige Vakuumgefäß 15 kann aus einem Kunststoffrohr bestehen, wobei der resultierende Zylinder zum Führen des Dampfstromes hin zu den gekühlten Flächen des Kondensationskessels dient und gleichzeitig einen Schutz gegen eine ansteigende Flüssigkeitssäule FS bildet, die sich beispielsweise bei Ausfall oder Störungen der Vorrichtung ausbildet.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird also vom gegebenenfalls vorgeheizten Aufgabebehälter 3 über die Einsprühdüse oder Einsprühdüsen 11 unter Vakuum in den Verdampfungsraum 3 geleitet. Der sich ausbildende Gas- oder Dampfstrom strömt an der Innenfläche 18 des Kondensationskessels 14 entlang, wobei hier bereits eine Teilkondensation stattfindet. Im Anschluß gelangt der Dampfstrom durch die Gaseintrittsflächen 12 in den Zwischenraum 19, der ebenfalls gekühlt ist, so daß sich eine nach und nach ansteigende Kondensations-Flüssigkeitssäule ausbildet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird durch die Kühlschlangen 9 die Flüssigkeit auf eine Temperatur von im wesentlichen 4°C abgekühlt. Der Dampfstrom wird weiterhin durch die erwähnte Mineral-, Stahlwolle- und/oder Granulat­ schicht 10 verteilt bis hin zur vollständigen Kondensation. Die kondensierte Flüssigkeit wird über den Überlauf 6 entnommen und z. B. weiteren Reinigungsschritten oder einer erneuten Verwendung zugeführt.

Über eine Belüftungseinrichtung 22 kann dem Kondensations­ kessel 14 Frischluft zugeführt werden.

Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel weist der Konden­ sationskessel 14 einen Außendurchmesser von 80 cm auf, wobei der Innendurchmesser 60 cm beträgt. Die Höhe des Kessels 14 liegt im Bereich zwischen 180 und 220 cm. Der Kessel 14 wurde außenumfangsseitig mit einer entsprechenden Isolation umgeben. Das säulenartige Vakuumgefäß, die Innenfläche sowie die Außenfläche des Kessels bildeten eine konzentrische Anordnung dergestalt, daß die Volumenverhältnisse zwischen Verdampfungs- und Kondensationsraum annähernd gleich sind. Der Unterdruck der Vakuumpumpe wurde in Abhängigkeit von der Temperatur der zu behandelnden Flüssigkeit vorzugsweise ermittelt in der Nähe der Einsprühdüse geregelt. Durch Nutzung der Abwärme der Kühl- oder Kälteeinrichtung zum Vorheizen der zu behandelnden Flüssigkeit konnte der Energieverbrauch der Vorrichtung reduziert werden.

Die Kondensationswirkung wurde trotz reduzierter Pumpen­ leistung optimiert, so daß eine kontinuierliche Behandlung von Flüssigkeit, insbesondere Abwasser einer Textilreinigung, möglich wurde.

Bezugszeichenliste

1

Verdampfungsraum

2

Kondensationsraum

3

Aufgabegefäß

4

Pumpe

5

Vakuumanschluß

6

Überlauf

7

Auffangbehälter

8

Kühl- oder Kälteeinrichtung

9

Kühlschlangen

10

Mineral, Stahlwolle und/oder Granulat

11

Einsprüh- oder Einspritzdüse

12

Gaseintrittsfläche

13

Verbindungsleitung

14

Kondensationskessel

15

säulenartiges Vakuumgefäß

16

Auffangbereich

17

Entnahmeöffnung

18

gekühlte Innenfläche

19

Zwischenraum

20

Außenmantelfläche

21

Strömungsleiteinrichtungen

22

Belüftungseinrichtung
FS Flüssigkeitssäule

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Aufbereiten und Reinigen von Flüssigkeiten mittels Vakuumverdampfens, wobei die zu reinigende Flüssigkeit von einem Aufgabegefäß (3) über eine oder mehrere Einsprüh­ düsen (11) in ein Vakuumgefäß (15) gelangt und der erhaltene Dampfstrom über einen Kondensator geführt ist, gekennzeichnet durch eine konzentrische Anordnung des Vakuumgefäßes (15) innerhalb eines Kondensationskessels (14), wobei durch die vorgegebene konzentrische Anordnung das Volumenverhältnis zwischen Ver­ dampfungs- (1) und Kondensationsraum (2) einstellbar ist und Vakuumgefäß (15) sowie Kondensationskessel (14) eine Bauein­ heit bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumgefäß (15) als oben offene oder Öffnungen aufweisende Säule ausgebildet ist, wobei in einem unteren Abschnitt beabstandet vom Boden des Vakuumgefäßes (15) die Einsprühdüse (11) und im oder am Boden ein Auffangbereich (16) für getrennte, nicht verdampf- und kondensierbare Substanzen angeordnet ist, wobei weiterhin der Kondensationskessel (14) das Vakuumgefäß (15) beabstandet umschließt und mit einer Kühleinrichtung (8) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationskessel (14) eine innere, zum Vakuumgefäß (15) oder Verdampfungsraum (1) hin gerichtete gekühlte Innen­ fläche (18) sowie eine isolierte Außenmantelfläche (20) aufweist, wobei Innenfläche und Außenmantelfläche einen kühlbaren Zwischenraum (19) mit Gaseintrittsfläche und Kon­ densatüberlauf bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (19) Kühlschlangen (9) und in Durchströ­ mungsrichtung angeordnete Abschnitte zur Vermeidung von Brüdenzopfbildung aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Kondensationskessel (14) ein Vakuumanschluß (5) ange­ ordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kühleinrichtung (8) erzeugte Abwärme auf einen im oder am Aufgabegefäß (3) angeordneten Wärmetauscher gelangt.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsprühdüse (11) bzw. die Zuleitung zur Einsprühdüse Mittel zum Einblasen oder Ansaugen eines Gases aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationskessel (14) und/oder das Vakuumgefäß (15) aus ringförmigen Segmenten bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumgefäß (15) ein im Kesselinneren befindliches Kunststoffrohr umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsfläche (12) einen veränderbaren Quer­ schnitt aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsprühdüse (11) einen Wärmetauscher zum Aufnehmen der Verdunstungs- oder Expansionskälte umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationskessel (14) einen Wärmetauscher zum Aufnehmen der Wärme des Kondensats umfaßt.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Mischkondensator zur Kondensation oder chemischen Reaktion von Dämpfen oder Gasen in Flüssigkeiten bildet.