DE2113563A1 - Verfahren zum Eindampfen von Fluessigkeiten - Google Patents

Verfahren zum Eindampfen von Fluessigkeiten

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DE2113563A1
DE2113563A1 DE19712113563 DE2113563A DE2113563A1 DE 2113563 A1 DE2113563 A1 DE 2113563A1 DE 19712113563 DE19712113563 DE 19712113563 DE 2113563 A DE2113563 A DE 2113563A DE 2113563 A1 DE2113563 A1 DE 2113563A1
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DE
Germany
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evaporator
steam
liquid
falling film
pipes
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Pending
Application number
DE19712113563
Other languages
English (en)
Inventor
Karl Ebner
Stefan Ebner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
App und Maschb Ebner & Co
Original Assignee
App und Maschb Ebner & Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/06Evaporators with vertical tubes
    • B01D1/065Evaporators with vertical tubes by film evaporating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • "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.
  • 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.
  • Im allgemeinen liegen die Wärmedurchgangswerte mindestens doppelt so hoch, als dies bei Heizrohren normaler Eindampfanlagen der Fall ist.
  • 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.
  • Diese Einbauten komplizieren jedoch die Herstellung und erhöhen auch die Herstellkosten.
  • Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, dass sich an diesen Einbauten Stoffe ablagern können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In diesem ersten Teil des Rohres bekommt man Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 1-2 m/sec.
  • 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.
  • 21 m/sec. Dementsprechend wird auch ein hoher Wärmeübergang erhalten.
  • 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.
  • 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.
  • 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-.
  • Gemäss der Erfindung soll hierbei ein Teil des Dampfes benutzt werden, der im Fallstromverdampfer entsteht.
  • Er wird über ein Dampfstrahlgebläse zurückgepumpt.
  • Der Dampfverbrauch für das Dampfstrahigebläse ist verschwindend klein, da Ja nur eine solche Druckerhöhung erforderlich ist, als dem Strömungswiderstand im Heiz- oder Verdampferrohr entspricht.
  • 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 %.
  • Dementsprechend erhält man auch wesentlich höhere Wärmeübergangszahlen.
  • 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.
  • Die Zeichnung erläutert schematisch die Ausführung eines solchen Fallstromverdampfers.
  • Es zeigen Abb. 1 einen Fallstroniverdampfer im Längsschnitt und Abb. 2 eine andere Ausbildung des oberen Teiles.
  • 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.
  • 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.
  • Bei 6 wird dem Heizkörper der erforderliche Heizdampf zugeführt. Bei 7 läuft das Kondensat ab.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Ansprüche
    #.) Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeiten, vorzugsweise in Fallstromverdampfern, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des bei der Eindampfung im Durchlauf entstehenden und aus dem unteren Teil des Verdampfkörpers austretenden Wasserdampfes in den oberen Teil zurückfördert und damit bereits zu Beginn der Heizrohrbeaufschlagung durch die einlaufende Flüssigkeit eine Strömungsgeschwindigkeit zur gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit und zur Erhöhung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Verdampferrohr erzeugt.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückführen eines Teiles des bei der Verdampfung entstehenden Wasserdampfes ein Dampfstrah##lapparat benutzt wird.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückzuführende Dampfteil in einem geschlossenen Rnmn des Oberteiles des Dampferzeugers gefördert und aus diesem Raum durch Rohre in die Öffnungen der einzelnen Dampfrohre eingeleitet wird.
  4. 4.) Fallstromverdampfer zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von dem unteren Dampfablass zum oberen Teil des Verdampfers führende Zweigleitung mit eingebauter I)ampfförderrichtung.
  5. 5.) Fallstromverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberteil des Verdampfers zur Zuführung der Flüssigkeit in die aus der Rohrplatte hervorragenden Enden der Dampfrohre einen abgeteilten, oben verschlossenen Raum mit Einführung der Zwelgleitung aufweist und dass in dem Boden des abgeteilten Raumes auf die Öffnungen der einzelnen Dampfrohre gerichtete Zuleitungsrohre für den Rückführungsdampf angeordnet sind.
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CH337172A CH533993A (de) 1971-03-20 1972-03-08 Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeiten
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2347072A1 (fr) * 1976-04-05 1977-11-04 Ekono Oy Teknikantie Otanieni Procede pour l'evaporation de liquides aqueux

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2347072A1 (fr) * 1976-04-05 1977-11-04 Ekono Oy Teknikantie Otanieni Procede pour l'evaporation de liquides aqueux

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CH533993A (de) 1973-02-28
AT316488B (de) 1974-07-10

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