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"Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeiten" Die sogenannten Fallstromverdampfer,
in welchen die Flüssigkeit von oben den Verdampferrohren zugeleitet wird, so dass
ein fallender Flüssigkeitsfilm vorhanden ist, finden immer mehr Eingang in die Praxis.
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Diese Verdampfer haben nicht nur den Vorzug, dass die Flüssigkeit
schonend behandelt wird, sondern haben auch den weiteren Vorzug, dass der Wärmeübergang
zwischen dem Heizmittel und der zu verdampfenden Flüssigkeit bedeutend höher ist,
als dies bei den Eindampfapparaten üblicher Bauart der Ball ist. Die Wärmeübergangswerte
sind deswegen höher, da der Flüssigkeitsfilm
im Inneren der Heizrohre
durch den freiwerdenden Wasserdampf, der dann parallel mit der Flüssigkeit strömt,
eine hohe Geschwindigkeit bekommt und eine stark turbulente Flüssigkeitsbewegung
vorhanden ist.
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Im allgemeinen liegen die Wärmedurchgangswerte mindestens doppelt
so hoch, als dies bei Heizrohren normaler Eindampfanlagen der Fall ist.
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Man ist bei diesen Fallstromverdampfern bestrebt, die Turbulenz des
Fallstromes noch zu erhöhen, indem man die Verdampferrohre mit Einbauten ausrüstet,
um z.B. die Dampfströmung radial abzulenken, damit die Flüssigkeit, insbesondere
im oberen Teil der Heizrohre, wo die Dampfblasenbildung beginnt und nur eine geringe
Dampfströmung vorhanden ist, durch die Radialbewegung der geringen Dampfmenge die
Flüssigkeit wieder an den Rohrumfang zurückzuführen, damit die Rohroberfläche gleichmässig
benetzt oder berieselt wird.
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Diese Einbauten komplizieren jedoch die Herstellung und erhöhen auch
die Herstellkosten.
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Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, dass sich an diesen Einbauten
Stoffe ablagern können.
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Es sind auch Ausführuntsformen bekannt, bei welchen die Heiz- oder
Verdampferrohre mit längs der Rohrachse verlaufenden Vertiefungen versehen sind,
die auch der einzudampfenden Flüssigkeit und dem entstehenden Wasserdampf eine Drallbewegung
aufzwingen, wobei jedoch wiederum der Nachteil vorhanden ist, dass in diesen Vertiefungen
Flüssigkeiteteilchen überkonzentriert werden können und auch damit verbunden eine
Inkrustation auftreten kann, die den Wärmeübergang wiederum stark vermindert.
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Damit nun auch, insbesondere im oberen Teil, solcher Fallstromverdampferrohre
eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der einzudampfenden Flüssigkeit erhalten wird,
ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Heiz- oder Verdampferrohre unmittelbar
nach ihrer Einwalzstelle in die Rohrböden zu verformen.
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Hierbei soll im oberen Teil das Rohr zusammengepresst werden, so dass
zwar der gleiche Rohrumfang erhalten bleibt, aber nur ein Prozent-Satz des Rohrquerschnittes
vorhanden ist, so dass die Flüssigkeit
die sich im oberen Teil der
Rohre nur erwärmt, mit grosser Geschwindigkeit durch den engen Querschnitt strömen
muss, damit hohe Wärmeübergangszahlen erreicht werden. Nach unten zu soll nun die
Verformung stetig abnehmen, sodass schliesslich am Rohraustritt wieder der volle
Rohrquerschnitt vorhanden ist.
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Durch dies8 Ausführungsform können die sonst notwendigen Einbauten
in die Verdampferrohre vermieden werden. Man muss jedoch zusätzliche Kosten aufwenden
für die Verformung der Rohre. Ausserdem ist es schwierig, die strömende Flüssigkeit
so zu führen, dass sie bei dem sich stetig erweiternden Querschnitt auch mit der
inneren Flache des Rohres in Berührung bleibt. Die ursprünglich durch einen engen
Spalt gepresste Flüssigkeit hat einmal eine höhere Geschwindigkeit, als es normalerweise
der Fall ist.
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Hinzu kommt auch die Fallgeschwindigkeit der Flüssigkeit, so dass
die in axialer Richtung wirkende#Energie entgegenwirkt, dass die Plii sigkeit radial
nach aussen abgelenkt wird, wie dies der 6i ch stetig erweiternde Rohrquerschnitt
verlangt.
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Wenn man das Geschwindigkeitsbild betrachtet, das sich in einem Verdampferrohr
von z.B. 6 m Länge eines Fallstromverdsmpfers abspielt, dann wird etwa bis zu einem
Meter die Flüssigkeit vorgewärmt, wonach die Dampfentwictlung beginnt.
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In diesem ersten Teil des Rohres bekommt man Strömungsgeschwindigkeiten
zwischen 1-2 m/sec.
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Im weiteren Verlauf beginnt nun die Dampfentwicklung, wobei z.B. am
Rohraustritt eine Strömungsgeschwindigkeit von ca. 4QmXsec. vorhanden sein soll.
Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Rohr ist dann z.B.
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21 m/sec. Dementsprechend wird auch ein hoher Wärmeübergang erhalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die mittlere
Strömungsgeschwindigkeit in einem solchen Heizrohr eines Fallstromverdampfers noch
zu erhöhen, was sich vor allen Dingen im ersten Teil des Rohres günstig auswirken
würde. Hierbei sollen die Verdampferrohre nicht verformt; werden, sondern ihren
vollen Rohrquerschnitt beibehalten.
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Die Geschwindigkeitserhöhung wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht,
dass den Heiz- oder Verdampferrohren eines J?allstromverdampfers nicht nur, wie
allgemein üblich, nur oben die Flüssigkeit so zugeleitet wird, dass sie sich gleichmässig
auf den Rohrumfang verteilt und dann nach abwärts strömt, sondern dass auch gleichzeitig
Dampf zugeleitet wird, damit bereits zu Beginn der SYärmeeinwirkung eine relativ
hohe Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist.
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Dadurch wird nicht nur der Wärmedurchgang erhoht, sondern der- in
der ersten Phase der Verdampfung entstehende Wasserdampf kann nicht mehr so viel
Flüssigkeitsteilchen mitreissen und von der Wand entfernen, da der bereits vorhandene
Wasserdampf durch seine Axialströmung die Flüssigkeitsteiichen# zuruckdrückt-.
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Gemäss der Erfindung soll hierbei ein Teil des Dampfes benutzt werden,
der im Fallstromverdampfer entsteht.
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Er wird über ein Dampfstrahlgebläse zurückgepumpt.
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Der Dampfverbrauch für das Dampfstrahigebläse ist verschwindend klein,
da Ja nur eine solche Druckerhöhung
erforderlich ist, als dem Strömungswiderstand
im Heiz- oder Verdampferrohr entspricht.
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Wenn man z.B. 30 % des entstehenden Dampfes zurückfördert, dann würde
man die mittlere Geschwindigkeit von 21 m/sec. auf ca. 32 m/sec. erhöhen, also um
ca. 50 %.
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Dementsprechend erhält man auch wesentlich höhere Wärmeübergangszahlen.
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Die Ausführung solcher Fallstromverdampfer ist billiger, da eine Verformung
der Rohre nicht notwendig ist. Ausserdem werden Inkrustationen vermieden durch örtliche
Uberhitzung der Flüssigkeit oder durch Ablagerungen suspendierter Teile.
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Die Zeichnung erläutert schematisch die Ausführung eines solchen Fallstromverdampfers.
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Es zeigen Abb. 1 einen Fallstroniverdampfer im Längsschnitt und Abb.
2 eine andere Ausbildung des oberen Teiles.
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Der Verdampfer besteht aus einem Heizkörper 1, in
welchem
die Heizrohre 2 eingewalzt sind. Diese Heizrohre ragen auf alle Fälle oben über
die Rohrplatte hinaus. Der Heizkörper besitzt ein Oberteil 3. Dieses Oberteil hat
seitlich den Flüssigkeitszulauf 4. Die Flüssigkeit umspült nun den oberen Teil der
Rohre und läuft gleichmässig verteilt in die Heizrohre. Der Heizkörper hat ein geschlossenes
Unterteil 5. In diesem Teil 5 wird bei 8 der bei der Eindampfung entstehende Wasserdampf
in die Rohrleitung 9 abgeleitet. Aus der Leitung 9 wird nun durch die Leitung 10
eine bestimmte Dampfmenge, z.B. durch den Strahlapparat 11 zurückgesaugt und in
den oberen Teil 3 des Verdampfkörpers gefördert. Anstelle des Dampfstrahlapparates
kann natürlich jede andere druckerhöhende Fördervorrichtung Verwendung finden.
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Dieser zurückgesaugte Dampf verteilt sich nuh auf die einzelnen Heizrohre
und strömt in diese mit einer bestimmten Geschwindigkeit ein, wobei gleichzeitig
die überlaufende Flüssigkeit ebenfalls gleichmässig verteilt wird, auf den Rohrumfang.
Die Flüssigkeit ist daher nicht mehr sich selbst überlassen. Sie wird
gewissermassen
zwangsweise in die Verdampferrohre hineingeführt, wodurch ein vollkommen gleichmässiger
Flüssigkeitsfilm erreicht wird. Weiterhin wird auch die mittlere Strömungsgeschwindigkeit
im Verdampferrohr erhöht.
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Bei 6 wird dem Heizkörper der erforderliche Heizdampf zugeführt. Bei
7 läuft das Kondensat ab.
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Bei 12 wird dem Dampfstrahlapparat 11 eine kleine Dampfmenge zugeführt,
um den Druckunterschied zu überwinden zwischen dem Oberteil 3 des Verdampfkörpers
und dem Unterteil 5.
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Um einen gleichmässigen Einlauf der einzudampfenden Lösung in die
Heizrohrverdampfer oder Heizrohre zu erhalten, kann der obere Teil 3 so abgeändert
werden, wie dies in der Abbildung 2 dargestellt ist. Es ist ein in sich geschlossener
Raum 13 für den zurückgeführten Dampf vorgesehen, aus welchem der zurückgeführte
Dampf durch die Rohre 14 den einzelnen Verdampferrohren 2 zugeführt wird.