DE2249775A1 - Verfahren und vorrichtung zum eindicken von loesungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Eindicken Lösungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Eindicken von Lösungen, wie z.B. von Ablaugen der Z@llstoff- und chemischen Industrien oder von Konzentraten der Lekensmittelindustriet sowie Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser mittels zumindest teilweisem Ausfrieren des Wassers aus den zu konzentrierenden Lösungen.
• Die Eindickung von Ablaugen und Flüssigkeiten mittels Ausfrierung ist bekannt. Es werden hiebei Trommeln verwendet, auf deren Oberfläche sich das Eis abscheidet, das mit hilfe einps Schabers, z.B. von Schnecken, abgekratzt wird. Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß der Wärmeübergang zwischen KUhlsohle und Ausfriermedium durch die Eisschichtbildung auf den Wärmeübergangsflächen sehr stark reduziert wird. Die Wärmedurchgangs zahl ist mit dem bekannten Verfahren auf etwa 200 bis 300 kcal/m²h°C begrenzt, da die Wärmetauschflächen nicht froi von Eisschichten geh@lten werden können. Forner ist eine Enorgie für den Antri@@ der Schnecke zum Re@nhalten der Wärmetauschflächen notwendig.
• Hochleistungs- Rohrbündel-Wärmetauscher Können bei diesem Verfahren nicht verwendet Werden.
• Das erfindungsgemüße Verfahren vermeidet die angeführtor Nnchteile und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschfläch@ zwischen dem Ausfriormedium und der Kühlsole zur Erzielung eines optimalen Wärmcüberganges und Verhinderung einer Eisschichtbildung durch mechanische oder elektromagnetische Vibrationseinrichtungen in Schwingungen versetzt werden und die laminare Grenzschichl in den Wärmetauschflächen durch die auftretende Turbulenz zerst@rt wird. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal wird die Vibration mit einer Frequenz höher als 10, insbesondere höher ais 30 Hz, durchgeführt. G@mäß einem weiteren Erfindungsmerkmal wird zur Erhöhung der Wärmedurchgangszahl und zur Verhinderung einer Grenzschichtbildung das Ausfriermedium an den Wärmetauschflächen mit turbulonter Strömung vorbeigeführt, wobei insbesondere der Wärmeübergang im Wrmetauscher durch Veränderung der Drehzahl des Turbulenz generators geregelt wird.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gelcennzeichnet, daß an den Wärmetauschern der Ausfriereinrichtung Vibration einrichtungen, vorzugsweise elektromagnetisch Vibratoren, insbesondere mit regelbarer Amplitude angeordnet sind. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Wärmetauschflächen der afirmetauscher in mehreren Stufen angeordnet.
• Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 5 beispielsweise Iind schematisch dargestrllt. Fig. 1 zeigt ein Schaltbild zum Ausfri@-ren von Lösungen. Fig. 2 zeigt einen Wärmetauscher zum Ausfrieren von Ablaugen von Zellstofferzeugungsstätten. Fig. 3zeigt eine nndere Ausführungsform eines Wârmetauschers nach Fig. 2. Fig. 4 zeigt einen Wärmetauscher nach Fig. 2 fUr eine Süßwassergewinnungsanlage.
• Fig. 5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Ausfrieren von Lösungen.
• Im Schaltbild der Fig. 1 wird das einzufrierende Medium längs der dick ausgezogenen Linie 1 einer Vorkühlanlago 2 zugefiihrt, wo es praktisch auf den Gefrierpunkt des kühlt wird. In der anschließenden Ausfrier- oder Eindiekarllatre 3 wird das auszufrierende Medium weiter abgekühlt, wobei das ausgefroreno Medium in Form von Eis in Eisabschéidern 12 abgeschieden wird. Die Eisabscheidung erfolgt durch Rüttels-iebe und/oder durch Flotation. Das in den einzelnon Stufen abgeschicdene Eis wird, soweit es sich um einheitliches Eis handelt, gesammdt und Zentrifugen 29 (Fig.2) zugeführt, wo die Eispartikel von der anhaftenden Lösung, dem auszufrierenden Medium, befreit werden.
• Falls sich in der Folge des Ausfriervorganges Eiskristallo mit hohem Feststo@@gehalt bilden; wird dieses Eis separat ah@schieden und gesammelt. Nach dem Auftauen dieser Kristalle wird die Lösung dann zur Erhölung der Konzentration noch einmal dem auszufrierenden Medium der entsprechenden Temperaturstufe boigemischt Das abgeschiedene Eis wird zur Wärmeabfuhr der Kältean-Lagen verwendet, sodaß dasselbe praktisch ohne Energieaufwand @schmolzen wird. Dies geschieht im SammelbehäLter 6. Die darin ;iilfallende Flüssigkeitsmenge des geschmolzenen Eises wird zur Kühlung im wärmetauscher 7 der Vorkühlanlage 2 herangezogen. Die nierige Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampfer und den Kondensatoren der Kälteanlagen 11 ergibt eine günstige spezifische Külteleistung und bedingt geringe Energiekosten. Die nun wieder aurgewärmte Fliissigkeit kann, da sie praktisch rein ist, in den Fabrikations-Kreislauf eingeleitet werden. Bei einer Meerwasserentsalzungsanlage würde das geschmolzene Eis das primäre Produktionsziel darstellen.
• Das aus der Ausfrier- und Eindickanla ge abströmende Konzentrat dient im Wärmetauscher 8 und im Kühler 9 der Vorkühlanlage zur Kiihlung der auszufrierenden Medien.
• Dieses Verfahren wird mit besonderem Vorteil bei der Ausfriereindickung von Laugen der Zellstoffindustrie eingesetzt.
• Das hiebei ausgefrorene Wasser mit einer Temperatur von etwa O bis 20° C wird bei der Frischaureaufbereitung wieder verwendet.
• Die niedrige Temperatur ist vorteilhaft für die Löslichkeit von SO2. Es ergibt sich nämlich in der Praxis, daß in diesem Temperaturbereich die Löslichkeit von S02 einen Maximalwert erreicht. Die durch das Ausfrieren gewonnene Dicklauge kann problem los, z.B. mit Hilfe von Wirbelschichtreaktoren, verbrannt werden, für welche ein absoluter Troclcengehalt von etwa 35% erforderlich ist. Die durch Ausfrieren eingedickten Laugen bei der z 1 stoffherstellung zeigen eine überraschend geringe Viskositat im Vergleich zu eingedampften Laugen gle icher Konzentration, dabei der kälteeindickung keine thermische Polymerisation der Lig@@usulfonkomplexe eintritt. Das Ausfrierverfahren benötigt @m Vergieich zum Eindampfverfahren w@niger Energle, deren Kosten iim etwa 30 bis 110 %, geringer sind.
• Die Ausfrier- und Eindicka@lage 3 in Fig. 1 bestcht aus fün@ hinterei@ander geschalteten Wärmet@uschorstufen @, (lie jeweils durch eine Kälteanlage 11 geklihlt sind. Zwischen den einzelnen Wärmetauschern 10 sind Eisabscheideeinrichtungen 12 vorgesehen, von denen das abgeschiedene Eis uber die Leitungen 13 in den Sammelbehälter 6 geführt wird, wo dann die Kühifächen 14 der einzei@en Kälte@nlagen 11 ang@ordnet sind. Das im Samme@behälter 6 geschmolz@us Eis wird im flüssigen Zustand über die Leitung 15 dem Wärmet@uscher 7 der Verkühlanlage 2 zugeführt. Die ersten @@den Kälteanlagen 11 der Wärmetauscher 10 sind durch eine Kaltwassermaschine 16 gekühlt, deren Kondensateren vom Kühlwasser 17 zur Errelchung eines gerlager@n Energienufwaudes durchströmt werden. In der Verkühlanlage 2 ist ein weiterer Kübler 18 eingeschaltet. der mit Kühlwasser gekühlt wird. Als Kälteanlagen 11 bzw. 16 können sowohl Kompressoranlagen als auch Absorberanlagen verwendet werden.
• In den Fig. 2 bis 4 sind spezielle Wärmetauscher 10 dargestellt, die im Sehalt bild der Fig. 1 schematisch einaczeichnet sind,. Die Wärmetauscher 10 bilden dabei die Ausfrier-und Eindickanlage 3 und haben zur Vermeidung von Eisansätzen in den Rohr@n, druch welche das a@szufrierende Medium hindurchgeführt wird, Vibrationseinrichtungen 19, mit denen der auf Ptdern 20 gelagerte Wärmetauscher in Schwingungen versetzt werden kann. Bei der Anordnung der Vibrationse@nrichtungen 19 ist darauf zu achten, daß eine Schwingungskomponente in Richtung der Wärmetauscherrohre verläuft. Die Vibration der Kühlflächen verhindert eine Eisbildung an denselben undteitgehend die Ausbildung einer laminaren Grenzschicht. Sie erzeugt ferner eine turbulente Wandströmung, bei der die Wärmeübergangszahl höher als bei laminarer Strömung ist. Zur Sicherstellung der Turbulenz über den gesamten Strömungsquerschnitt und über die ganze Wärmetauschrgruppe der Wärmetauscherstufe 10 können Turbulenzgeneratoren 21 am Eintritt in die einzelnen Wärmetauscherrohre 30 der einzelnen Wirmetauschergruppen vorgesden werden, die ebenfalls die Ausbildune einer laminaren Strömung im Wärmetauscher verhindern und so eine gute Durchmischung des auszufrierenden Mediums während des Durchlaufes durch die Wärmetauscherstufe 10 garantieren.
• Als Vibrationseinrichtungen 19 können ai.1e Geräte Verwendung finden, die in der Vibrations- und Schwingfördertechnilc bekannt sind, insbesondere Vibriertieche oder Klopfeinridntungen.
• Mechanische Viratoren mit einem Unwuchtantrieb mit einer Frequenz von 10 Hz können so in manchen Fällen verwendet werden. Bei gewünschten höheren Schwingfrequenzen werden Magnetvibratoren mit einer Frequenz von 30 bis 200 Hz oder Ultraschallgeneratoren für Sequenzen bis etwa 40.000 Hz verwendet. Insbesedere im höheren Frequenzbereich wird durch die Schwingung jede Eisbildung an den Wärmetauschflächen verhindert und bereits gebildete Eissschichten werden von dor Oberfläche der Wärmetauschflächen blitzartig abgespren Bei den Wärmetauschern nach Fig0 2 strömt das auszufrierende Medium über die Leitung 38 in den Wärmetauscher 10. Die flüssige Phase wird am Austritt aus dem Wärmetauscher 10 über die Leitung 22 abgezogen, während das Eis mit einem gewissen FlUssigkeitsanteil Über eine Siebeinrichtung 23 den Wärmetauscher 10 verläßt. Das abgeschiedene Eis kommt auf eine Siebplatte , die eventuell unter Vibration steht und als Rüttelsieb 24 ausgebildet ist0 Hier wird ein Teil der mitgeführten Lösung vom Eis- abgetrennt. Die abgetrennte Lösung wird im Sammelbehälter 25 gesammelt und über die Leitung 26 in die auch die Leitung 22 einmünden kann, abgeführt.
• Zur weiteren Reinigung des Eises wird dieses nun einer Zentrifuge 29 zugeführt, wobei in vorteilhafter Weiss sämtliche Abscheideleitungen t3 in eine gemeinsame Zentrifuge 29 geführt werden. Das gereinigte Eis wird nun dem Sammelbehälter 6 (Fig. 1) zugeführt, während die abgeschiedene Lösung in die Leitung 26 eingeführt wird-Der Wärmetauscher 10 besitzt z.B, vier Gruppen von hintereinander geschalteten Wärmetauscher-Rohrbündeln 30, zwischen welchen Jeweils eine Verwirbelungseinrichtung, wie z.130 ein Turbulenzgenerator @1, angeodnet ist, Das den Wärmetauscher 10 kühlende Medium tritt bei 31 in diesen ein und wird über die Überström-leitungen 32 in die nächstfolgende Wärmetauschergruppe üb@geführt. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges kö-nnen ein oder mehrere Strömungaleitbleche 33 in den einzelnen Rohrbündeln 30 der Wärmetauschergruppen angeordnet sein.
• Während in fig. 2 der Wärmetauscher 10 für die kontinu@er-1 irlie Eindickung ausgebildet ist, ist er in Fig. 3 für ein halh-Kontinuierliches Verfnhren eingerichtet,bei dem die einzudickende bzw. einzufrierende Flüssigkeit in einem bellebigen Zeitraum im Kr@@@lauf bei hoher @@schwindigkeit turbulent geführt/wird, bis der gewünschte Ausfrierungsgrad bzw. die gewünschte Lösungakonzentration err@icht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Eis-Konzentrat -Gemisch automatisch durch Öffnen und Schließen der Ventile 34, 35 I>zw. 36 -und 37 abgefüht und einer Zentrifuge zugeführt, wo die T@ennung in Fis und Konzentrat erfolgt. Gleichzeitig wird eine @@ue Charge dem Wärmetauscher 10 zugeleitet. Dieser halbkont-inuierliche Prozeß ergibt s<1r hohe Wärmedurchgangszahlen und eins @p@imale Aus@utzung derKühlflächen sowie des vorhandenen Volumens. So können beispielsweise 500 bis 1.500 1 Lauge in einem Wärmetauscher von 1 bis 3 m3 Rauminhalt in ein bis zehn Minuten ausgefroren worden. Der Lauge kann man im allgemeinen bis zu 90 % des Wassers nach dem Ausfrierverfahren entziehen. Die restlichen 10 % des Was sers werden dann durch Eindampfen entfernt.
• Das neue Verfahren ermögliht die vertikale Anordnung der Wärmetauscherrohre, damit das spezifisch leichtere Eis nach oben schwimmt und die Zirkulation des auszufrierenden Mediums unterstützt. Es werden dabei Wärmetauscherrohre mit relativ kleinem Durchmesser, wie z.B. 30 bis 50 mm, verwendet, wobei der Wärmetauscher in Gruppen unterteilt wird und das ausgefrorene Wasser in Eisform Jeweils vom auszufrierenden Medium getrennt wird.
• E s werden daher mehr als vier und bis zu zehn Ausfrierstufen hintereinander angeordnet. Normalerweise wird e@n Kältemittel mit niedrigem Siedepunkt verwendet. Bei Verwendung einer Kühlsole wird diese im Gegenstrom zum auszufrierenden Medium geführt, wobei sie in/der letzten Sture eine T@mperatur von etwa -20° und in der ersten Stufe von etwa -5° aufweist. Ablaugen der Zellstoffindustrie enthalten meist sehr viele Fasern oder Flillstote, die als Kristallisationskeime wlrken und die durch das vorliegende Verfahren vollständig zurückgewonnen werden können. Die Temperatur des Kältemittels ist jeweils 3 bis 5°C unter dem Ausfrierpunkt der Lösung eingestellt. Gegebenenfalls wird durch Zusatz von Chemikalien zum Ausfriermedium und/oder durch Xnderung des pH-Wertes desselben der eutektische Punkt der Lösung in Richtung zur höheren Konzentration verschoben. Trotzdem ist es manchmal vorteilhaft zur Erzielung hoher Lösungskonzentrationen, das in den letzten W.irmetauscherstufen anfallende Eis, welches einen relativ hohen Fremdstoffgehalt aufweist, in eine der ersten Wälmetauscherstufen zurückzuführen und nach Durchmischung mit dem Ausfriermedum dieser Stufe einem neuen Ausfrierprozeß zu unterwerfen. Das in den letzten Stufen anfallende Eis, das etwa 5 bis 15 % der Gesamtwassermenge ausmacht, enthält oft Fremstoffkonzentrationen von mehr als 2 %, die unerwünscht hoch sind, deren Mischung jedoch in einer der ersten Ausfrierstufen mit dem auszufrierenden Medium die Konzentration der Fremdstoffe in dieser etwas anheben kann, womit man weiterhin Ausilierlaugenkonzentrationen von über 5U 9 erreichen kann.
• Das Eiswasier kann an vielen Stellen des Zellstoffherstellungsbetriebes im Kreislauf eingesetzt werden, soda1S praktisch kein Abwasser anfällt. Darüberhinaus hat das Eiswasser einen geringen biologischen Sauerstoffbedar-f, sodaß es jederzeit in das Oberflächenwaseer der Flüsse abgeleitet werden kann.
• Die Eindickung von Ablaugen der Zellstoffindustrie hat auch Vorteile bei der Vorschaltung vor der Hefe- und Sulfitspriterzeugung.
• Wie inFig. 4 angedeutet, läßt sich das Verfahren auch in vorteilhafter' Weise zur Süßwassergewinnung aus dem Meerwaseer verwenden. Der entsprechende Wärmetauscher 10 hat hier praktisch dieselben Einrichtungen wie inFig. 2 und besitzt beim Austritt des auszufrierenden Mediums aus dem letzten Rohrbündel 30 eine.
• Abstreifeinrichtung 39, durch die das Salzwasser-Eis-Gemisch aus der obersten Sammelkammer ausgetragen wird. Dieses Gemisch strömt nun über die Leitung 22 über eine Trenneinrichtung'24a, in welcher eine Trennung von Salzwasser und Eis erfolgt. Die Eiskristalle kommen nun in eine Waschvorrichtung, in welcher sie im Gegenstrom mit kaltem Frischwasser gewaschen werden, sodaß anhaftende Salzteile vom Frischwasser, welches einer die Leitung 27 dem Wäscher ausgeführt wird, gelost werden. Das verbrauchte Waschwasser kann run über die Leitung 28 dem auszufrierenden Medium in einer vorhergehenden ausfrierstufe Pleeführt werden. Bei dieser Einrichtung werden etwa 5 bis 10 % des erzeugten Frischwaasers als Waschwasser verwendet.
• Als Wäscher werden Doppelsieb-Gegenstromwäscher verwendet, die ein wirtschaftliehes Verfahren ermöglichen.
• Fig. 5 zeigt das F@ußdiagramm des Ausfrierprozesses für eine großtechnische Anlage. Die erfaßbare Ablauge gelangt von der Erfassung kommend in die sechs Wärmetauscher der Vorkühlanlage 2.
• Im Würme-tauscher 41 wird dia konzentrierte Ablauge im Gef,enstrom auf die, für die Verbrennung günstige Temperatur von 80° C aufgewärmt. Die erfaßte Ablauge kühlt sich dabei von 90° C nur 749 C ab.
• Im Wärme-tauscher 42 wird die erfaßte Ablauge mittels Kühlwasser auf 300 C weiter abgekühlt. Das erwärmte Kühlwasser kinn z.B. in der Bleicherei eingesetzt werden.
• Im Wärme-tauscher 43 wird dastin den fünf Ausfrierstufen abgetrennte Wasser (Eis), zum weiteren Abkühlen der Ablauge auf 140 C verwendet. Dieses abgetrennte Wasser kann zur Frischsäureaufbereitung eingesetzt werden. Zwecks optimaler Bedingungen für die Frischsäureaufbereitung soll es nur bis ca.
• 200 C erwärmt werden.
• Das tiefe Temperaturniveau der konzentrierten Ablauge wird in in Wärmetauschern 44 und 46 ausgenutzt, um die erfaßte Ablauge soweit wie möglich abzukühlen. Damit verrringert sich die abzufuhrende Wärmemenge durch die Kälteanlage im Wärmetauscher 45.
• Diese sechs Wärmetauscher und die Kälteanlage sind so ausgelegt, daß die erfaßte Ablauge nach Durchlaufen von Wärmetauschern 46 eine Temperatur von 0° C besitzt. Es ist denkbar, den Wärmetauscher 45 durch die Kälteanlage der fünf Ausfrierstufen zu kühlen oder in den Kaltwasserkreislauf miteinzuschlieswien. Dies wäre aber energiewirtsch ungunstiger.
• In den fünf Ausfrierstufen der Einfrier- und Elndickanlage 3 wird ein jeweils gleichbleibender Prozentsatz Wasser der in die Stufe gelangenden Ablauge ausgefroren und in der nachfolgenden Zentrifuge abgetrennt. Damit ergibt sich für alle Stufen ein gleiches Eis-Laugen- Verhältnis, was für eine optimale Trennung inder Zentrifuge erforderlich ist. Damit werden die abzuführenden Wär#m#mengen und die abzutrennenden Eismengen mit zunehmender Stufenzahl geringer.
• Die fünf Wärmetauscher 47 bis 51 der Aunfrierung werden durch Direktverdampfung von Kältemittel gekühlt und sind also die Verdampferseite der Kälteanlage. Die KältemittelfUllung in diesen Verdampfern wird kontrolliert durch ein Fiillventil, welches von einem Regelorgan gesteuert- w-ird (z.B. Fülistandsregler).
• Die Verdampfungstemperatur wird aufrecht erhalten durch eine Saugdruckklappe. welche von einem Temperaturregler durch d-ie Langonaus trittstemperatur gesteuert wird.
• Das gesamte, verdampfte Kältemittel gelangt über eine Sammelleitung 53 in einen Flüssigkeitsabscheider 54. Dieser dient auch als Enthitzungsgefäßt zum Enthitzen des Heißgases, welches vom Kondensator 55 der Kälteanlage 52 kommt. Der Flüssigleitsabscheider 54 vermeidet, daß Flüssigkeit in den Zentrifugalkompressor 56 gelangt. Zum Enthitzen des Heißgases (im Kondensator nicht kondensiertes Kältemitter) enthäl-t der Abscheider 54 eine bestimte Menge Kältemittelflüssigkeit, die von einam Füllstandsregler kontrolliert wird. Sich ansammelnde, überschüssige Flüssigkeit wir zum zum Kältemittellagertank 57 zurückgebracht. Der Druck im Flüssigkeitsabscheider wird durch eine Saugklappe gesteuert, die am Kompressoreinlaß 56 angebracht ist.
• De1 zweistufige Zentrifugalkompressor 56 der Kälteanlage 52 verdichtet das Kältemittelgas auf eine Druck, entsprechend einer Kondensationstemperatur von ca. 15,60 c. Der ZentrifugaL-kompressor 56 wird in einer Ze@lstoff-abrik wirtschaftlich am besten von einer Gegendruck- oder Kondensationsturbine angetriebein. Der Antrieb mit einem Elektromotor wäre wirtschaftlich ungünstiger.
• Im Kondensator 55 der Kälteanlage 52 wird die inden fünf Ausfrierstufen abgeführte Wärme plus der Verdich@ungsarbeit des Kompressors abgegeben. Das Wasser des Kaitwasserkreislaufes erwärmt sich dabei von 2.2° C auf 11,1°C.
• Das kondensierte Kältemittel gelangt in den Kältemittellagertank 57, der zur Aufnahme der gesamten Kältemittelfüllung des Systems dimensioniert ist.
• Der Hauptteil des flüssigen Kältemitt Eis gelangt in einen geschlossenen Untenühler 58. Ein kleinerer Teil wird durch ein Drosselventil entspannt und verdampft, wodurch in 2.Strom des Kältemittels unterkühlt wird. Das verdampfte Kältemittel wird in die zweite Stufe des Kompressors 56 abgesaugt. Diese geschlossene Unterkühlung ermöglicht es, das Kältemittel unter dem eigenen Druck zu den einzelnen Wärmetauschern zu bringen.Deshalb sind Flüssigkeitspumpen nicht notwendig.
• Das in den einzelnen Zentrifugen 12 ausgeschiedene Eis wird im Eisschmelzbehälter 59 gesammelt. Die Schmelzwärme des Eises wird benutzt zum Abflihren von ungefähr 70 % der Kondenantorl@istung (Kühlleistung und Verdichtungsarbei@). Das Wasser des Kalt-Wasserkreislaufes kühlt sich von 11.1°C auf 4,1°C ab.
• Die weitere Abkühlung voii 4,1 0C auf 2,20C besorgt dic Käiteanlage 6u.
• Hier werden die' verbleibenden 30% der Kondensatorleistung abgeführt, aus ein höheres Temperaturniveau gebracht und ans Kühlwasser abgegeben. Die Kälteanlage 6u ist überdimensioniert, um genug Leistung zum Herunterfahren des Systems bei Betriebsbeginn zu haben, wenn noch kein Eis im Eisschmelzbehälter 59 gesammelt ist.
• Mit dieser Schaltung der Ausfrierstufen ist eine optimale Steuerungsmöglichkeit gegeben. Energiewirtschaftlich wäre es aber günstiger, die einzelnen Stuten mit getrennten Kälteanlngen zu kühlen und das abgetrennte Eis direkt im Kondensator einzusetzen Dadurch ließe sich zwischen Verdampfer - und Kondensatorseite der Kälteanlage eine geringere Temperaturdifferenz erreichen, was eine höhere spezifische Kälteleistung zur Folge hat.
• Bei der gewählten Anordnung ist es so, daß von dr tiefsten Temperatur, also der 5. Stufe ausgegangen werden muß, obwohl die ersten vier Stufen eine höhere Ausfriertemperatur besitzen.

Claims (27)

P a t e n t 5 n s p r ü c h- :

1. Verfahren zum Eindicken von Lösungen, wie z.B. von Ablaugen der Zellstoff- und chemischen. Industricn, oder von Konzentraten dor Lebensmittelindustrie, sowie Verfahren zur Gewinnung von SUßwnsser mittels zumindest teilweisem Ausfrieren des Wassers aus den zu konzentrierenden Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschflächen zwischen dem Ausfriermedium' und der Kühl sole zur Erzielung eines optimalen Wärmeüberganges und Verhinderung einer Eissehichtbildung durch mechanische oder elektromagnetische Vibrationseinrichtungen in Schwingungen verset werden, und die laminare Grenzschicht inden Wärmetauschflächen durch die auftretende Turbulenz zerstört wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration mit einer Frequenz höher als 10, insbesondere höher als 30 Hz, durchgeführt wird.

3* V erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines regelbaren Wärmeüberganges die Amplitude der Vibrationseinrichtungen geregelt wird.

.4. Verfahren nach Anspruch 1 unter 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration zur Erhöhung der Förderbewegung des Eises und zur Verbesserung des Wärmetausches unter einem Stoßwinkel, der ungleich 90° gegenüber der Fördereinrichtung ist, erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Wärmedurchgangszahl und zur Verhinderung einer Grenzschichtbildung das Ausfriermedium an den Wärmetauschflaches mit turbulenter Strömung vorbeigeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang im Wärmetauscher durch. Veränderung der-Turbulenz, inbesondere der Drehzahl des Turbulenzgenerators, geregelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfriervorgang stufenweise vor sich geht, und daß nach jeder Ausfrierstufe eine Eisabscheidung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruh 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vornbscheldung eines Teiles der Flü@s igkeit in den einze@@e@ Stufen mechanisch durch Flotntion und/oder Rüttelsiebe durchgeführt wird.

9. Verfahron niich Anspruch 7 oder 8, dadurch gckennzeichnet, daß dus in den verschiedenen Stufen abgeschiedene Eis zusammengeführt und durch eine Zentrifuge entwässert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Temperaturdifferenz zwischen dem Ausfriermedium und dem Kältemittel etwa 2 bis 80C beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auszutriorende Lösung im Kreislauf mehrmals durch ont.ri Wärmetauscher, bzw. Wärmetauscherstufe gepumpt wird.

12. Verfnhren nach mindestons einem der hnsprilche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung hoher Lösungskonzentrationen das in den letzten Wärmetauscherstufen anfallende Eis in ein@ d@@r ersten Wärmetauscherstufen zurückgeführt und nach durchmischung mit dem Ausfriermedium dieser Stufe einem neuen Ausfrierprozeß unterworfen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zusatz von Chemikalien zum Ausfriermedium und/oder durch Änderung des pH-Wertes desselben der eutektische punkt der Lösung zu höheren Konzentrationen vorschoben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 7oder 8, dadurch gekennzeichntFt, daß das Wasser aus dem abgeschiedenen Eis zur Rückgewinnung der Restchemikalien der ausgefrorenen Faserstoffe in den Fabrikationskreislauf der Zellstoffherstellung, Wäscherei. und Bleicherei zurückgeführt wird.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung desFeststoffgehaltes der Lösungen, insbesondere der Laugen, auf 40-60% das Wasser zu 80-90% ausgefroren und der Rest des Wassers durch Verdampfungsverfahren entzogen wird.

16. Verfahren nach mindesteatens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich tet, daß das Ausfrieren des Wassers aus den wässrigen Lösungen bei der Sulfitsprit- und Hefeerzeugung vorgeschaltet wird.

17. Verfahren nach mindestens einem der Anspriiche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausfrieren von Laugen der Zellstoffindustrie das ausgefr@rene Wasser mit Temperaturen von vorzugs..

weise 0 bis 200 C zur Erhöhung der Löslichkeit von SO2 zur Frischsäureaufbereitung wieder verwendet wird.

18 Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in Süßwasse@gewinnungsanlagen das abgeschiedene Eis durch kaltes Süßwasser insbes@ndere im Gegenstrom gewaschen wird, und daß vorzugsweise das 7vum Waschen gebrauchte Süßwasser anschließend der der Xmperatur entsprehenden Wärme tauschergruppe zur Kühlung der Ausfrieranlage zugeführt wird.

19. Vorrichtung zur.Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wärmetauschern (10) der Ausftiereinrichtung (3) Vibrationseinrichtungon (19) ., vorzugsweise elektromagnetische Vibratoren, angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch geRennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen (19) eine regelbare Amplitude aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, -dadurch gekennnzeichnet, daß die Wärmetauschflächen (30) - der Wärmetauscher (10) in mehreren Stufen angeordnet sindo

22. Vorrichung.nachAnspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wärmetauschern (10) Wirbelgeneratoren (21) angeordnet sind, die vorzugsweise mit ihrer Turbulenzwirkung in die anschliessende Wärmetauschergruppe relchen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinander folgenden; Stufen (10) ein'Eisabscheider (ia) angeordnet ist (Fig.1).

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eisabscheider (12), die vorzugsweise als Flotationsabscheider und/oder als Rüttel@i@b@ (24) ausgebildes sind, an einer Zentrifuge (29) vorge@ch@ltet sin@ (Fig. 2).

25. Vorrischtung such Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die ein@@ine@ Wärm@@auscherstufen (10) nebonoinnnder, verzugsweise r@@d um einen Ris@@mmelbohältor (6), angeördnot sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichet, daß die Wärmetauscher (1u) mit vertikalen Wärmetauschflächen, wie z.13. Rohren (3u), ausgebildet sind , so daß die Bewegung des Ausfriermediums und der entstehenden Eiskristalle von unten nach oben erfolgt, und die Eiskritalle einen Auftrieb bewirken.

27. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als vier Wrmetauscherstufen (10) hintereinandern angeordnet sind.

L e e r s e i t e