DE2302766A1

DE2302766A1 - MULTI-STAGE CRYSTALLIZER OR EVAPORATOR

Info

Publication number: DE2302766A1
Application number: DE19732302766
Authority: DE
Inventors: Hans Paul Bauschlicher; Karl Hans Wamser; Wolfgang Fritz Woehlk; Heinz Helmut Zahalka
Original assignee: STANDARD MESSO DUISBURG
Current assignee: STANDARD MESSO DUISBURG
Priority date: 1973-01-20
Filing date: 1973-01-20
Publication date: 1974-08-15
Also published as: FR2214499B1; GB1412087A; DE2302766B2; AT358529B; FR2214499A1; JPS49103885A; BE797675A; IT981494B; ATA966373A; JPS5313191B2

Description

D-4000 DÜSSELDORF 1 PATENTANWÄLTED-4000 DÜSSELDORF 1 PATENT LAWYERS

Malkastenstraße 2 2302766 DIPL.-ING. ALEX STENGER Malkastenstrasse 2 2302766 DIPL.-ING. ALEX STENGER

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKEDIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE Dipl.-Ing. Heinz J.RingDipl.-Ing. Heinz J. Ring

Unser Zeichen: IJ 6j57 Datum: I9. Januar 1973Our reference: IJ 6j57 Date: I9. January 1973

Standard-Messo Duisburg Gesellschaft für Chemietechnik mit beschränkter Haftung & Co
4100 Duisburg, Sonnenwall 85Standard-Messo Duisburg Society for Chemical Technology with Limited Liability & Co
4100 Duisburg, Sonnenwall 85

Multi-stage crystallizer or evaporator

Die Erfindung betrifft einen Mehrstufenkristallisator oder -verdampfer zum Auskristallisieren von Salzen aus Lösungen oder Aufkonzentrieren von Lösungen, dessen Gehäuse durch Trennwände in mehrere seiner Stufenzahl entsprechende Sektoren als Kammern unterteilt ist.The invention relates to a multi-stage crystallizer or evaporator for crystallizing salts from solutions or concentrating solutions, the housing of which is in several sectors corresponding to its number of stages are divided as chambers.

Der Wunsch nach größtmöglicher Wärmeersparnis hat beim Auskristallisieren von Salzen aus Lösungen zur Entwicklung der mehrstufigen Vakuumverdampfung geführt, die eine bessere Ausnutzung des Heizdampfes dadurch erzielt, daß der Brüden vom ersten Verdampfer zur Erhitzung des zweiten Verdampfers, der Brüden des zweiten Verdampfers zur Erhitzung des dritten Verdampfers usw. verwandt wird. Anlagen, in denen eine Mehrstufen-Verdampfung durchführbar ist, bestehen aus einer der Stufenzahl entsprechenden Zahl von hintereinander angeordneten Verdampfern, zugehörigen Heizkörpern und einem Kondensator, in welchem die abgezogenen Brüden der letzten Stufe abgekühlt werden. Die einzelnen Verdampfer der Anlage werden auf verschiedene Drücke oder Temperaturdifferenzen eingestellt. Die einzelnen Verdampfer und zugehörigen Heizkörper stehen miteinander durch freiliegende Rohrleitungen in Verbindung. Nachteilig ist bei solchen Anlagen zur Durchführung einer Mehrstufen-Verdampfung der außerordentlich große Raumbedarf und der durch die Wärmeverluste sowie die aufgrund der großen zurückzulegenden Wege der zu transportierenden Medien hohe Energie- und Wärmeverbrauch.The desire for the greatest possible heat savings has when crystallizing of salts from solutions led to the development of multi-stage vacuum evaporation, which allows better utilization the heating steam achieved in that the vapor from the first evaporator to heat the second evaporator, the vapors of the second evaporator is used to heat the third evaporator, etc. Systems in which a multi-stage evaporation can be carried out consist of a number of evaporators arranged one behind the other, corresponding to the number of stages Radiators and a condenser, in which the extracted vapors from the last stage are cooled. The individual evaporators of the system are set to different pressures or temperature differences. The individual evaporator and associated Radiators are connected to one another by exposed pipelines. The disadvantage of such systems is for Carrying out a multi-stage evaporation of the extraordinarily large space requirements and the heat losses as well as the due the long distances to be covered by the media to be transported, high energy and heat consumption.

Zur Züchtung von Kristallen beim Auskristallisieren von Salzen oder ähnlichen festen Stoffen aus Lösungen durch Vakuumver-For growing crystals when salts crystallize out or similar solid substances from solutions by vacuum

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Telefon (0211) 360514 · Telegrammadresse: Dabspatent · Postsdiedckonto Köln 227*10 OQIQJJsJAL INSPECTEDTelephone (0211) 360514 Telegram address: Dabspatent Postsdiedckonto Cologne 227 * 10 OQIQJJsJAL INSPECTED

dampfung und mehrstufige Kristallisation in der Weise, daß die Stufen derart in Hintereinanderschaltung betrieben werden, daß zwischen den einzelnen Stufen ein vorgewählter Temperaturabfall der Lösung auftritt, ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die hintereinander geschalteten Verdampferstufen in einem einzigen zylindrischen Gehäuse mittels Unterteilung durch Trennwände geschaffen werden (DT-PS 1 052 359)- Bei diesem Zylinder-Kristallisator ist bereits eine Platzeinsparung durch die Zusammenfassung der einzelnen Verdampfer in einem Gehäuse erzielt, die grundsätzlichen Nachteile hinsichtlich freiliegender Leitungen und raumbeanspruchender Unterbringung des Kondensators und der Heizkörper sind jedoch nicht behoben. Darüber hinaus ist nachteilig, daß die bei der einzelnen Ausbildung der Verdampfer gemäß dem Stand der Technik in zylinderförmigen, sich nach unten kegelförmig verjüngenden Gehäusen vorhandenen Ausdampfoberflächen durch die Zusammenfassung in einem durch Trennwände unterteilten Zylindergehäuse verringert werden. Hierdurch wiederum ist eine günstige Kristallisation behindert.vaporization and multi-stage crystallization in such a way that the Stages are operated in series in such a way that a preselected temperature drop between the individual stages the solution occurs, a device is known in which the series-connected evaporator stages in a single cylindrical housing can be created by means of subdivision by partition walls (DT-PS 1 052 359) - With this cylinder crystallizer a space saving has already been achieved by combining the individual evaporators in one housing, the basic disadvantages with regard to exposed lines and space-consuming accommodation of the capacitor and the radiator are not fixed. In addition, it is disadvantageous that the individual training the evaporator according to the prior art is present in cylindrical housings tapering conically downwards Evaporation surfaces can be reduced by combining in a cylinder housing divided by partition walls. Through this in turn, favorable crystallization is hindered.

Der Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, durch einen grundsätzlich veränderten Aufbau einen Kristallisator oder Verdampfer geringen Platzbedarfs zu schaffen, der eine günstige Verdampfung bzw. Kristallisation hinsichtlich Kristallbildung, Ausbildung und Wärmehaushalt bei größter Festigkeit ermöglicht, sowie eine günstige Ausdampffläche besitzt. Die Nachteile des Standes der Technik sollen beseitigt werden.In view of this prior art, the invention is based on the object of a fundamentally modified one To create a crystallizer or evaporator that takes up little space and allows for favorable evaporation or crystallization in terms of crystal formation, training and heat balance with the greatest strength, as well as a favorable evaporation area owns. The disadvantages of the prior art are to be eliminated.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Mehrstufenkristallisator oder -verdampfer der eingangs beschriebenen Art gelöst,der durch einen zentrisch im Gehäuse angeordneten Kondensator und konzentrisch um den Kondensator angeordnete Verbindungen der Ausdampfräume der Kammern mit dem zur jeweiligen nachgeschalteten Kammer gehörigen Heizkörper gekennzeichnet ist, wobei der Ausdampfraum der letzten Stufe mit dem Kondensator in Verbindung steht. Durch den konzentrischen Aufbau des erfindungsgemäßen Mehrstufenkristallisators bzw. -Verdampfers ist eine äußersteAccording to the invention, the object is achieved by a multistage crystallizer or evaporator of the type described above solved by a centrally arranged in the housing and condenser Connections of the evaporation chambers of the chambers arranged concentrically around the condenser with the one downstream of the respective one Chamber associated radiator is marked, with the evaporation chamber of the last stage in connection with the condenser stands. Due to the concentric structure of the multistage crystallizer or evaporator according to the invention, an extreme

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Kompaktheit erreicht, wobei zur besseren Ausnutzung des Heizdampfes der Brüden von der ersten Kammer zur Erhitzung des zur zweiten Kammer gehörenden Heizkörpers, der Brüden der zweiten Kammer zur Erhitzung des zur dritten Kammer gehörenden Heizkörpers usw. verwandt wird. Freiliegende Rohrleitungen und Verbindungsleitungen, wie bei üblichen Kristallisatoren und Mehrstufen-Verdampfungsanlagen werden vermieden, so daß neben der Verringerung des bauliohen Aufwandes und der Grundeinsparung eine Energieeinsparung erzielt wird.Achieved compactness, whereby for better utilization of the heating steam the vapors from the first chamber for heating the radiator belonging to the second chamber, the vapors from the second Chamber for heating the radiator belonging to the third chamber etc. is used. Exposed pipelines and connecting lines, as in common crystallizers and multi-stage evaporation systems are avoided, so that in addition to the reduction in construction costs and basic savings an energy saving is achieved.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens des konzentrischen Aufbaus eines Mehrstufenkristallisators bzw. -Verdampfers wird vorgeschlagen, die Heizkörper konzentrisch um den Kondensator anzuordnen. Durch ein in die Kammer hereinragendes Aufsatzrohr an jedem Heizkörper kann die Strömung und Umwälzung der Lösung verbessert werden. Als zusätzliche Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung sind die geringen Wärmeverluste aufgrund der Verringerung von Außenflächen, der geringe Isolieraufwand und der kurze Strömungsweg der zu transportierenden Medien zu nennen. In an expedient embodiment of the concept underlying the invention of the concentric structure of a multi-stage crystallizer or -Verdampfers it is proposed to arrange the radiators concentrically around the condenser. Through a The top tube on each radiator protruding into the chamber can improve the flow and circulation of the solution. As additional advantages of this embodiment of the invention These include the low heat losses due to the reduction in external surfaces, the low insulation requirements and the short flow path of the media to be transported.

Vorzugsweise ist das Gehäuse im Bereich der Ausdampfräume kugelförmig ausgebildet. Durch die kugelförmige Ausbildung des Gehäuses werden wesentliche Verbesserungen erzielt. Der Materialaufwand bei der Erstellung des Kristallisators ist im Verhältnis zu seinem Füllvolumen der geringstmögliche. Die Wandstärken für Innen- oder Außendruck können für Behälter gleichen Volumens und gleicher Beanspruchung am geringsten gehalten werden. Es ergibt sich trotz des geringen Materialaufwandes ein optimal großer Ausdampfraum, wodurch geringe Brüdenverunreinigungen, die äußerst wünschenswert sind, herbeigeführt werden. Auch die Kristallisation als solche ist hierdurch begünstigt. Schließlich ist die konzentrische Anordnung der Heizkörper durch die kugelförmige Gehäusegestaltung leicht möglich und kann in einfacher Weise ein konisch sich verjüngender Austrag für den Salzbrei geschaffen werden. An den konischen Teil, der in Verlängerung jederThe housing is preferably spherical in the area of the evaporation chambers educated. Significant improvements are achieved through the spherical design of the housing. The cost of materials when creating the crystallizer is the lowest possible in relation to its filling volume. The wall thicknesses for internal or external pressure can be kept lowest for containers of the same volume and the same stress. It results In spite of the low cost of materials, an optimally large evaporation space, resulting in low vapor contamination, is extremely are desirable to be brought about. This also promotes crystallization as such. After all, that is concentric arrangement of the radiators is easily possible due to the spherical housing design and can be done in a simple manner a conically tapering discharge for the salt slurry can be created. At the conical part that extends each

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Kammer ausgebildet ist, ist vorteilhafterweise ein Verbindungsrohr zum Heizkörper angeschlossen und der Kristallbrei-Austrag vorgesehen, so daß auch diesbezüglich die vorteilhafte konzentrische Anordnung gegeben ist.Chamber is formed, a connecting pipe is advantageously connected to the heater and the crystal pulp discharge provided, so that in this regard, too, the advantageous concentric Arrangement is given.

Die Verbindungen der Ausdampfräume mit den zugehörigen Heizkörpern sowie dem Kondensator sind nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in einem konzentrisch den Kondensator umgebenden Rohr angeordnet. Hierbei kann das Rohr in voneinander getrennte Rohrsektoren unterteilt sein, die die Verbindungen darstellen. Hierdurch ergeben sich aufbau-, wartungs- und reparaturmäßig beträchtliche Verbesserungen, da der Kondensator sowie die notwendigen Verbindungen als vorgefertigtes Bauteil einfach in das kugelförmige Gehäuse einsetzbar und leicht herausnehmbar ausgebildet werden können.The connections between the evaporation rooms and the associated radiators as well as the capacitor are according to a further proposal of the invention in a concentric the capacitor surrounding pipe arranged. Here, the pipe can be divided into separate pipe sectors that make the connections represent. This results in considerable improvements in terms of construction, maintenance and repairs, since the capacitor as well as the necessary connections as a prefabricated component that can be easily inserted into the spherical housing and can be designed to be easily removable.

Die Verdampferstufen können umfangsmäßig hintereinander im Gehäuse durch entsprechende Schaltung der Kammern angeordnet sein oder, wie vorzugsweise vorgeschlagen wird, in der Stufenfolge unregelmäßig verteilt sein. Durch die beispielsweise Verteilung der dampfseitig hintereinander und lösungsseitig parallelen Stufen am Umfang gekreuzt, werden Warmespannungen und Wärmeaustausch unter den einzelnen Stufen auf ein Minimum reduziert.The evaporator stages can circumferentially one behind the other in the housing be arranged by appropriate switching of the chambers or, as is preferably proposed, in the sequence of stages be irregularly distributed. For example, by distributing the stages one behind the other on the steam side and parallel on the solution side crossed at the circumference, there are thermal stresses and heat exchange reduced to a minimum under the individual levels.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufenkristallisators schematisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:Further details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the following description the accompanying drawing, in which a preferred embodiment of a multistage crystallizer according to the invention is shown schematically is shown. In the drawing shows:

Fig. 1 einen Mehrstufenkristallisator im Grundriß,1 shows a plan view of a multistage crystallizer,

Pig. 2 den Mehrstufenkristallisator der Pig. 1 im Längsschnitt gemäß den Linien A-B in Pig. I undPig. 2 the pig's multistage crystallizer. 1 in longitudinal section according to lines A-B in Pig. I and

Fig. 5 den Mehrstufenkristallisator der Fig. 1 und 2 in einer Teilschnittansicht gemäß Linie C-D der Fig. 1.5 shows the multistage crystallizer of FIGS. 1 and 2 in a partial sectional view along line C-D of FIG. 1.

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Der dargestellte Mehrstufenkristallisator bzw. -verdampfer 1 zum Auskristallisieren von Kochsalz aus einer Sole bzw. Eindampfung von Zellstoffablaugen besitzt vier Verdampferstufen, die innerhalb eines Gehäuses 2 ausgebildet sind. Das Gehäuse 2 weist eine kugelförmige Gestalt mit einem sioh nach unten kegelförmig verjüngenden Unterteil 19 auf, das an die Kugel angesetzt ist und einen Zylinderkörper aufweist. Im Inneren des Gehäuses 2 sind in konzentrischer A-nordnung ein Kondensator J5j sin 'Wendelrohr 4, vier Heizkörper 5 und Verdampferkammern 6,7,8,9 angeordnet. Die Heizkörper stehen jeweils durch ein Verbindungsrohr 18 mit dem Unterteil 19 in Verbindung. The multi-stage crystallizer or evaporator 1 shown for crystallizing common salt from a brine or evaporation of pulp waste liquor has four evaporator stages, which are formed within a housing 2. The housing 2 has a spherical shape with a sioh downward conically tapering lower part 19 which is attached to the ball and has a cylindrical body. Internally of the housing 2 are a condenser J5j sin 'spiral tube 4, four radiators 5 and evaporator chambers in a concentric arrangement 6,7,8,9 arranged. The radiators are each through a connecting pipe 18 with the lower part 19 in connection.

Der zentrisch angeordnete Kondensator 3 wird von oben nach unten von Kühlwasser durchströmt, wie durch eine Sprüheinrichtung 10 und Pfeile in der Zeichnung in Fig. 3 verdeutlicht ist. An den Kondensator 3 ist eine Vakuumpumpe über ein Rohr 11 angeschlossen. The centrally arranged capacitor 3 is from top to bottom through which cooling water flows, as is illustrated by a spray device 10 and arrows in the drawing in FIG. 3. A vacuum pump is connected to the condenser 3 via a pipe 11.

Der Kondensator 3 ist konzentrisch von dem Wendelrohr 4 umgeben, welches durch wendelartig angeordnete Bleche in vier Rohrsektoren unterteilt ist, die die Verbindung zwischen den einzelnen Stufen des Kristallisators 1 und zum Kondensator 3 herstellen. Aus Fig. 2 der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Stufe 1 mit der Stufe 2 derart verbunden ist, daß der Brüden des Ausdampfraumes 12 zu dem Heizkörper 5 der zweiten Verdampferstufe geleitet wird, um dort im Wärmeaustausch die Erhitzung der Lösung vorzunehmen. In gleicher Weise ist der Ausdampf raum 13 der Verdampferkammer 7 niit dem Heizkörper 5 der dritten Verdampferstufe über das Wendelrohr 4 verbunden usw. Der Ausdampfraum 14 der vierten Verdampferstufe in der Verdampferkammer 9 ist über einen Durchlaß I5 an den Kondensator 3 angeschlossen. Als Heizkörper 5 finden Wärmeaustauscher Verwendung. Der zur Verdampferstufe 1 gehörende Heizkörper 5 wird durch Dampf erhitzt, wohingegen die Heizkörper 5 der folgenden Stufen durch den Brüden des Jeweils vorgeschalteten Verdampfers beheizt werden. The condenser 3 is concentrically surrounded by the helical tube 4, which is subdivided into four pipe sectors by helically arranged metal sheets, which form the connection between the individual Establish the stages of the crystallizer 1 and the capacitor 3. From Fig. 2 of the drawing it can be seen that the stage 1 with the stage 2 is connected in such a way that the vapors of the evaporation chamber 12 passed to the heating element 5 of the second evaporator stage in order to heat the solution there in the heat exchange. The evaporation chamber is 13 in the same way the evaporator chamber 7 and the heating element 5 of the third evaporator stage connected via the helical tube 4, etc. The evaporation space 14 of the fourth evaporation stage in the evaporation chamber 9 is connected to the capacitor 3 via a passage I5. Heat exchangers are used as radiators 5. The heating element 5 belonging to the evaporator stage 1 is heated by steam, whereas the radiators 5 of the following stages are heated by the vapors from the respective upstream evaporator.

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Der verfahrensmäßige Ablauf erfolgt in dem Mehrstufenkristallisator 1 in der gleichen Weise wie in bekannten Mehrstufen-Verdampfungsanlagen mit einzelnen hintereinander angeordneten Verdampfern, so daß darauf verzichtet wird, den verfahrensmäßigen Ablauf an dieser Stelle zu beschreiben. Ebenfalls sind die Temperatur- und Druckbedingungen in der Verdampferkammern 6,7*8 u-nd 9 in der gleichen Weise steuerbar, wie in bekannten Anlagen. Der Mehrstufenkristallisator 1 wird hinsichtlich jeder Verdampferkammer 6, f, 8, 9 mit frischer Sole gespeist, so daß lösungsseitig eine Parallelschaltung vorliegt. Die Zuführung der Frischlösung erfolgt durch Einlasse 16 an den Heizkörpern 5>The procedural sequence takes place in the multi-stage crystallizer 1 in the same way as in known multi-stage evaporation systems with individual evaporators arranged one behind the other, so that the procedural sequence is not described at this point. The temperature and pressure conditions in the evaporator chambers 6, 7 * 8 and 9 can also be controlled in the same way as in known systems. The multistage crystallizer 1 is fed with fresh brine with regard to each evaporator chamber 6, f, 8, 9, so that there is a parallel connection on the solution side. The fresh solution is supplied through inlets 16 on the radiators 5>

- 7 409833/0415 - 7 409833/0415

Claims

- 7 claims;

1. Multi-stage crystallizer for crystallizing salts from solutions or multi-stage evaporators, the housing of which is divided into several of its number of stages by means of partitions Sectors is divided as chambers, characterized by a capacitor (3) arranged centrally in the housing (2) and connections (4) of the evaporation spaces (12, 13, 14) of the chambers (6, 7, 8, 9) with the one belonging to the downstream chamber (6.7 * 8.9) Radiator (5), the evaporation chamber of the last stage being connected to the condenser (3).

2. Multi-stage crystallizer or evaporator according to claim 1, characterized in that the heating elements (5) are arranged concentrically around the condenser (3).

3 multistage crystallizer or evaporator according to claim 2, characterized in that each heating element (5) has an attachment tube that rides into the associated chamber (6.7 * 8.9) (17) is provided.

4. Multi-stage crystallizer or evaporator according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the housing (2) is spherical in the area of the evaporation spaces (12,13,14).

5. Multi-stage crystallizer or evaporator according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the connections (4) of the evaporation spaces (12, 13, 14) with the associated heating elements (5) are arranged in a concentric tube surrounding the condenser (3).

6. Multi-stage crystallizer or evaporator according to claim 5, characterized in that the tube is divided into separate sections by helical sheets, the represent the compounds (4).

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7 · Multi-stage crystallizer or evaporator according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the chambers (6, 7,8,9) are arranged in an irregular step sequence on the circumference '.

8. Multi-stage crystallizer or evaporator according to one of claims 5 to 7 s, characterized in that a connecting pipe (18) to the radiator (5) is connected to the conically tapering part of each chamber (6.7 * 8.9) and the crystal slurry -Discharge or that of the concentrate is provided.

9. Multi-stage crystallizer or evaporator according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the capacitor (5) is preferably an injection capacitor.