DE19748886A1

DE19748886A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung einer kontinuierlich zulaufenden Flüssigkeit im Vakuum

Info

Publication number: DE19748886A1
Application number: DE19748886A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Huebinger; Walter Holtrup; Jochen Dr Kesler
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-06
Also published as: US6076362A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abkühlung einer kontinuierlich zulaufenden Flüssigkeit im Vakuum. Derartige Flüssigkei ten sind Dispersionen, Suspensionen, Emulsionen oder Lösungen. Dispersio nen müssen zur Lagerung auf Temperaturen kleiner als 35 Grad Celsius abgekühlt werden, damit sie nicht entrahmen oder Häute auf der Flüssig keitsoberfläche ausbilden. Wegen der hohen Wärmekapazität von etwa 3 kJ/kg/K, der Scherempfindlichkeit der Dispersionen und ihre erhöhte Visko sität ist die Abkühlung schwierig und zeitraubend. In einer hochproduktiven Dispersionsanlage darf die Abkühlung eines Batches jedoch die Gesamt zykluszeit nicht verlängern. Sie muß also so schnell als möglich, vorzugs weise in einem Zeitraum von weniger als einer Stunde erfolgen.

Bisher werden Dispersionen meist in gerührten Behältern mit Mantelbadküh lung abgekühlt. Bei Batchgrößen über fünf Tonnen, wie sie heute üblich sind, verlängert sich durch die geringe verfügbare Wärmeübertragungsfläche eines derartigen Kessels die Abkühlzeit und beträgt häufig mehrere Stunden. Deshalb wurde bereits dazu übergegangen, die Abkühlung in externe Appara te zu verlegen. Hier sind besonders separate Wärmeüberträger wie Platten wärmetauscher oder Spiralwärmetauscher eingesetzt worden. Der Nachteil dieser Apparate ist ein relativ hoher mechanischer Aufwand, insbesondere bei den unvermeidlichen Reinigungen. Außerdem ist der Wirkungsgrad bei höher viskosen Produkten schlecht.

Diese Nachteile werden durch die Abkühlung im Vakuum vermieden, die ursprünglich zur Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen aus Dispersionen entwickelt wurde. Dieses Verfahren verliert auch bei höher viskosen Produkten nicht ihre Wirksamkeit. Es hat zudem noch eine deutlich geringere produktberührte Oberfläche, was den Reinigungsaufwand vermin dert. Außerdem tritt noch ein Strippeffekt auf, der die flüchtigen Komponen ten aus den Dispersionen reduziert und dainit zu einer Desodorierung führt.

Der Nachteil einer solchen Vakuumabkühlung von Dispersionen besteht darin, daß beim Ausgasen Schaum entsteht. Die Einleitdüse wird daher so konzipiert, daß die Schaumzerstörung mittels eines Drucksprungs bei Ein bringung in einen Abscheidebehälter erfolgt. Dieser Abscheidebehälter muß jedoch entsprechend seiner technischen Auslegung als Abscheider mit Ge schwindigkeiten kleiner 0,8 m/s relativ groß sein. Seine Installation ist dementsprechend teuer.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur kontinuierlichen Abkühlung von Dispersio nen zu schaffen, das mit geringem apparativem Aufwand durchführbar ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit in einem Abscheideapparat einer Entspannungsverdampfung unterzogen wird. Der hierfür erforderliche Apparat ist deutlich kleiner als die für die bekannten Verfahrensweisen eingesetzten Abscheider. Gemäß einer vorteilhaften Aus bildung der Erfindung ist der Abscheider hinter einer Strippkolonne angeord net und die Flüssigkeit wird in einem Zyklonabscheider der Entspannungs verdampfung unterzogen. Vorteilhafterweise liegt die Gas-Leerrohrgeschwin digkeit des abdampfenden Gases im Abscheider größer als 0,8 m/s, ins besondere im Bereich zwischen 2 und 10 m/s.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können den anhand der Fig. 1 und 2 im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen entnom men werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Abscheider bekannter Bauart,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Abscheider im gleichen Maßstab.

1. Bekanntes Verfahren

In einem Abscheider bekannter Bauart soll ein Produkt, beispielsweise eine Dispersion, von 67°C auf 35°C abgekühlt werden. Dazu wird dieses Pro dukt mit 6 t/h in einen Abscheider von 2,3 m Durchmesser über eine Düse 1 eindosiert. Der Abscheider ist über ein Brüdenrohr 4 auf ein Vakuum von 56 mbar abs. evakuiert. Bei der Abkühlung verdampfen ca. 255 kg/h Wasser aus der Dispersion, die mit einer Gas- Leerrohrgeschwindigkeit von 0,45 m/s im Abscheider abgezogen werden. Das abgekühlte Produkt wird über die Ablauföffnung 3 abgezogen. Bei der Abkühlung manchmal entstehende Häute werden auf einem Gitterrost 2 zurückgehalten und können gelegentlich über ein Mannloch 6 entfernt werden. Zur Kontrolle der ordnungsgemäßen Funktion ist der Abscheider mit Licht- und Schauglas 5 ausgerüstet. Der Durchsatz durch den Abscheider wurde infolge einer Kapazitätsüberhöhung dann auf 12 t/h Produkt erhöht. Dabei entstand 510 kg/h Vakuumdampf. Dieser Massenstrom führte zu einer Gasgeschwindigkeit im Abscheider von nun 0,86 m/s. Damit ist nach Meinung von Experten die Grenze für den Abscheider erreicht. Der Abscheider funktioniert im Praxisbetrieb gut.

Nachrechnung der Anlagenauslegung

In der einschlägigen Literatur (R. Marr, F. Moser: Die Auslegung von stehenden Gas-Flüssig-Abscheidern - Schwerkraft- und Gestrickabscheider, Verfahrenstechnik, 9 (1975), S. 379-382) hätte ein Schwerkraftabscheider für diesen Durchsatz einen deutlich kleineren Durchmesser von D=7,0* (Gasvo lumenstrom)ˆ0,5/(Flüssigkeitsdichte/Gasdichte - 1)ˆ0,25. Dies ist bei 35°C und einem Vakuumdampfstrom von 510 kg/h ein Durchmesser von D=7,0*3,58ˆ0,5/(25239)ˆ,25=1,05 m.

Ein Zyklonabscheider hätte gemäß vereinfachter Auslegung nach Muschel knautz (VDI Wärmeatlas, Lja 9-10, 7. Auflage 1994) sogar nur einen Durchmesser von 0,73 m.

2. Erfindungsgemäßes Verfahren

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Abscheider gemäß Fig. 2 durchgeführt. Die dort verwendeten Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 1. Das Produkt kommt in der erfindungsgemäßen Anlage nach einer Vorbe handlung in einer Desodorierkolonne mit einer höheren Temperatur zur Abkühlung. Bei einem Durchsatz von 10-15 t/h soll von 90°C auf 35°C abgekühlt werden. Dabei verdampfen 730-1100 kg/h Wasser aus der Dispersion.

Bei der Auslegung des Abscheiders für die Vakuumabkühlung wurde zuerst ein Schwerkraftabscheider nach Marr ausgelegt mit:

D(für 15 t/h Durchsatz) = 7,0 + 7,68ˆ0,5/(25239)ˆ0,25 = 1,54 m.

Danach wurde der Apparat als Zyklonabscheider nach Muskelknautz ausge legt:

τ(Tauchrohr) = (Gasvolumenstrom/π/(240/Gasdichte)ˆ0,5)ˆ0,5 = (7,68/π/(240 + 25,2)ˆ0,5)ˆ0,5 = 0,177 m,

daraus folgt mit D(Apparat) = 6 τ(Tauchrohr) = 1,06 m.

Beide Rechenmodelle gelten für die Abscheidung von Feststoffen bzw. nicht schäumenden Flüssigkeiten, d. h. sie wurden nicht für zum Schäumen neigen de Dispersionen unter Vakuum-Betriebsbedingungen entwickelt. Ihre Anwend barkeit auf die Vakuumabkühlung von Dispersionen wird demgemäß von den Experten bestritten.

Weil das Produkt aufgrund der Vorbehandlung in der Desodorierkolonne nicht schäumt, wurde versuchsweise die Abkühlung in einem als Zyklon abscheider mit nur 1,0 in Durchmesser ausgelegten Abkühlbehälter durch geführt. Unter den Betriebsbedingungen mit 56 mbar Vakuum im Abscheider tritt beim Produktstrom von 15 t/h eine maximale Gas-Leerrohrgeschwin digkeit von 9,8 m/s oder rd. das 12fache der von Experten empfohlenen Geschwindigkeit (0,8 m/s) auf.

Der Abscheider funktioniert überraschend auch noch bei der 12fachen der empfohlenen Geschwindigkeit und bestätigt damit die Gültigkeit der in Zweifel gezogenen theoretischen Anlagenauslegungsrechnungen auch für Dispersionen. Die neue Abscheidergeometrie mit 1,0 m Durchmesser stellt somit einen deutlichen Fortschritt bezüglich des Apparate-Bauvolumens und der Reinigung bei Produktwechseln gegenüber der bisherigen Ausführung mit einem Apparatedurchmesser von 2,3 m dar.

Die Höhe des zylindrischen Teils des Abscheiders betrug lediglich 1,5 m. Der Abscheider ist somit deutlich kleiner als die bisher bekannten.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile sind dement sprechend eindeutig.

Claims

1. Verfahren zur Abkühlung einer kontinuierlich zulaufenden Flüssigkeit, insbesondere einer Dispersion, im Vakuum dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem Abscheider einer Entspannungsverdampfung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschei der hinter einer Strippkolonne, insbesondere einer Desodorierkolonne angeordnet ist und die Flüssigkeit in einem Zyklonabscheider der Ent spannungsverdampfung unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Leerrohrgeschwindigkeit des abdampfenden Gases im Abscheider größer als 0,8 m/s ist und insbesondere im Bereich zwischen 2 und 10 m/s liegt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider hinter einer Strippkolonne angeordnet ist und zur Entspannungsverdampfung der Flüssigkeit ein danach angeordneter Zyklonabscheider vorgesehen ist.