DE2502891C2

DE2502891C2 - Vorrichtung zur Entspannungsverdampfung feststoffhaltiger Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2502891C2
Application number: DE19752502891
Authority: DE
Inventors: Rudolf 4047 Dormagen Juse; Edgar Dr.-Ing. 5090 Leverkusen Muschelknautz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1973-12-08
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE2502891A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abkühlung feststoffhaltiger Flüssigkeiten durch Entspannungsverdampfung und zur anschließenden Separierung der feststoffhaltigen Flüssigkeiten und der Brüden mittels eines Zyklons, wobei die Brüden frei von Tröpfchen und Feststoffteilchen anfallen.

Gegenstand des Hauptpatentes DE 23 61 236 ist eine Vorrichtung zur Entspannungsverdampfung feststoffhaltiger Flüssigkeiten und der anschließenden Separierung von feststoffhaitigen Flüssigkeiten und Brüden durch Zentrifugalkraft in funktionell voneinander getrennten Bereichen mit einer Verdampfungskammer, die tangential an einen Zyklonabscheider angeschlossen ist und die in ihrem Querschnitt gegenüber der einmündenden Flüssigkeitszuleitung erweitert ist, wobei der Querschnitt der als Kasten ausgebildeten Verdampfungskammer beim Eintritt der Flüssigkeitszuleitung gegenüber dieser stoßartig erweitert ist und der Zyklonabscheider aus einer Ringkammer mit einem darunter liegenden, durch eine schräge Ablauffläche verbundenen, im Durchmesser kleineren Abscheidezylinder besteht und wobei die Verdampfungskammer vor Einmündung in die Ringkammer in der Breite kontinuierlich verengt und in der Höhe kontinuierlich derart erweitert ist, daß ihre Querschnitisfläche etwa konstant bleibt.

Die Verdampfungskammer, in welcher praktisch vollständig die Verdampfung erfolgt ist im allgemeinen im Querschnitt gegenüber der in die Verdampfungskammer einmündenden Produktzuleitung auf das ca. 5- bis 30fache, vorzugsweise auf das 8- bis lOfache erweitert Der Querschnitt wird beim Eintritt der Produktzuleitung stoßartig erweitert

Die Verdampfungskammer ist im allgemeinen so dimensioniert, daß das Verhältnis von Außenläng-· zu ihrer größten Höhe im Bereich von ca. 14—4,0, vorzugsweise im Bereich von ca. 2,8—3,4 liegt Die kontinuierlich erfolgende Verengung der Breite bzw. Erweiterung der Höhe der Verdampfungskammer erfolgt derart, daß die Querschnittsfläche enva konstant bleibt.

Im Abscheideteil erfolgt die Trennung der bei der Verdampfung gebildeten gasförmigen Phase von der feststoffhaltigen flüssigen Phase durch die auf die Feststoffe und Flüssigkeit beim Umlauf in der Ringkammer wirkende Zentrifugalkraft

Die Neigung der Unterseite der Verdampfungskammer zur Horizontalen wird jeweils der Dimensionierung des Apparates angepaßt und ingenieurmäßig so ausgelegt daß die gewünschte Zyklonwirkung durch Umlauf der Flüssigkeit in der Ringkammer erreicht wird. Der von der Unterseite der Verdampfungskammer und der Horizontalen gebildete Winkel liegt im allgemeinen im Bereich von ca. 3 bij 40°, vorzugsweise von ca. 5" bis 15°.

Die Dimensionierung der schrägen Ablauffläche ist abhängig von dem Durchsatz, dem Strömungszustand und der Apparateg/öße und läßt sich im Einzelfall ζ. Β. durch Modellversuche ermitteln. Im allgemeinen werden sehr gute Ergebnisse erhalten, wenn man für diesen Winkel die folgende empirisch ermittelte Relation einhält:

tga

2g'

wobei χ für den von der Ablauffläche zur Horizontalen gebildeten Winkel, b für die Zentrifugalbeschleunigung eines Wassertropfens und g für die Erdbeschleunigung steht. Die Breite des Eintritts in die Ringkammer sollte höchstens 80% der Breite der schrägen Ablauffläche betragen.

Zweckmäßigerweise wird die Innenwand der Ringkammer, die schräge Ablauffläche und der obere Teil des Abscheidezylinders mit verschleißfestem Material, ζ. B. mit Schrnelzbatalt ausgekleidet. Dabei sollte der Übergang von der Auskleidung zur Wand des Abscheidezylinders möglichst flach, d.h. weniger als 30° zur Senkrechten betragen.

Als selbstverständliche weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei ein zentral im Deckel der Ringkammer angeordnetes Tauchrohr zur Brüdcnableitung genannt; welches zylindrisch oder konisch ausgestaltet sein kann und weiterhin der Flüssigkeitsaustritt, welcher zentral oder tangential in Drehrichtung der Strömung am unteren Ende des Abscheidezylinders angeordnet sein kann, wobei sich zweckmäßigerweisc in der Zyklonachse über dem Flüssigkeitsaustritt eine keglige Abschirmhaube befindet.

Das Tauchrohr zur Brüdenableitung kann selbstverständlich auch in an sich bekannter Weise mit einer Vorrichtung zur Drailrückgewinnung ausgestaltet sein.

Weiterhin hat ts sich zweckmäßig erwiesen, das Tauchrohr mit einem Spritzkragen auszustatten und am Dckkel der Ringkammer zwischen Außenwand und Tauchrohr eine umlaufende Abrißkante anzuordnen, um zu

verhindern, dall Flüssigkeit, die am Deckel und Tauchrohr cntlangkriecht, in das Tauchrohr zur Brüdenableitung gelangt.

Die erfrndungsgemäße Vorrichtung sei anhand des in F i g. 1 bis 3 dangestellten Schemas näher erläutert

F i g. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Ziffer 1 bezeichnet die Einmündung der Verdampfungskammer 13 in die Ringkammer 2 Die schräge Ablauffläche 3 verbindet die Ringkammer mit dem Abscheidezylinder 4. Ziffer 5 bezeichnet den Flüssigkeitsaustritt, Ziffer 6 eine kegelförmige Abschirmhaube über dem Flüssigkeitsaustritt und Ziffer 7 das Tauchrohr für den Austritt der Brüden, welche nach Passieren einer Einrichtung zur Drallrückgewinnung 8 die Vorrichtung durch das Rohr 9 verlassen. Ziffer 10 bezeichnet eine Abrißkante und Ziffer 11 einen Spritzkragen am Tauchrohr 7. Die Wand der Ringkarnmer 2, der schrägen Ablauffläche 3 und der obere Teil des Abscheidezylinders 4 sind durch eine verschleißfeste Auskleidung 12 geschützt

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Ringkammer 2, in der in F i g. 1 eingezeichneten Ebene A —B, an welche die Verdampfungskammer 13 mit dem Flüssigkeitseintritt 14 tangential angesetzt ist Ziffer 15 bezeichnet den Teil der Innenfläche der Verdampfungskammer, welcher zur Außenkante hin abgeknickt ist

F i g. 3 zeigt in der Seitenansicht die Ringkammer 2 im Aufblick auf die tangential angesetzte Verdampfungskammer 13. Die übrigen Ziffern haben die vorgenannte Bedeutung.

Die Entspannungsverdampfung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt im Prinzip so, daß die feststoffhalüge Flüssigkeit aus der Zuleitung 14 in die Verdampfungskammer 13 eingeleitet wird, wobei eine spontane Verdampfung erfolgt. Das Gemisch aus Flüssigkeit. Dampf und Feststoffen strömt weiter in die Ringkammer 2, wobei ein Flüssigkeitsring an der Wandung der Ringkammer und auf der schrägen Ablauffläche 3 umläuft, welcher gleichmäßig über die untere Kante der \blauffläche in den Abscheidezylinder 4 abläuft. Die bei der spontanen Verdampfung entstandenen und im Gasstrom mittransportierten Tropfen werden in der Ringkammer und im Abscheidezylinder durch Zentrifugalkraft ausgeschleudert und treffen auf die Außenwandungen, wo sie von der dort befindlichen Flüssigkeit aufgenommen werden. Flüssigkeit welche im Bereich des Deckels und des Tauchrohres nach innen strömt, wird an der Abrißkante JO bzw. am Spritzkragen 11 in den Gasstrom gerissen und durch Zentrifugalkraft auf die Wandungen ausgeschleudert Ein Wiederaufwirbeln bereits abgeschiedener Flüssigkeit über dem Auslaß 5 kann durch eine keglige Abschirmhaube 6 verhindert werden. Feststoffe und Flüssigkeit werden durch den Auslaß 5 abgezogen. Der von Flüssigkeit und Feststoffen befreite Brüden verläßt die Vorrichtung durch das Tauchrohr 7.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde nun gefunden, daß man die Innenfläche der Verdampfungskammer in die Ringkammer hinein mit einem nahezu parallel zur Außenfläche der Verdampfungskammer angeordneten Trennblech verlängern kann. Im allgemeinen beträgt dabei die Höhe des Trennblechs gleichbleibend oder zum freien Ende hin abnehmend 20—70%. vorzugsweise 40—60% der Höhe der Verdampfungskammer und die Länge des Trennblechs 50-130%, vorzugsweise 70-90% der Differenz der Länge von Innen- end Außenfläche der Verdampfungskammer.

In noch weiterer Ausgestaltung des der Anmeldung zugrunde liegenden Erfindungsgedankens wurde gefunden, daß die Verdampfungskammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung anstelle von planaren Seitenflächen auch gekrümmte Seitenflächen aufweisen kann, wobei die tangential an der Ringkammer endende Außenfläche der Verdampfungskammer einen größeren Krümmungsradius aufweist als die ihr gegenüberliegende innenfläche.

ίο Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der weiteren Ausgestaltung ermöglicht gegenüber der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent eine Steigerung der Durchsatzmenge durch Verbesserung des Abscheidegrades.

Beispiel

Durch Lntspannungsverdampfune mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde« 590 m³/h Ablauge eines Abwassers, welches ca. 50 kg/m³ WaCl, 100 kg/m³ CaCb und 10 kg/m³ Sand mit einer mittleren Korngröße von 7 μπι enthielt von 84° C und 45° C abgekühlt.

Die Entspannungsverdampfung wurde in 3 Stufen durchgeführt, wobei in der 1. Stufe ein Druck von 0,2 bar, in der 2. Stufe ein Druck von 0,13 bar und in der 3.

Stufe ein Druck von 0,078 bar eingehalten wurde.

Alle drei Stufen werden in Zyklonabscheidern der gleichen Abmessungen durchgeführt, mit Ausnahme der Dimensionierung der Eintrittsöffnung der Verdampfungskammer in die Ringkammer der 2. Stufe. Die Gesamthöhe der Verwendung findenden Zyklonabscheider betrug 7800 mm. die Ringkammer wies einen Durchmesser von 4700 mm und eine Höhe von 2400 mm auf, die schräge Ablauffläche wies einen Neigungswinkel von 15° auf, der Abscheidezylinder hatte einen Durchmesser von 2800 mm und eine Höhe von 4800 mm. Gegenüber der Produktzuführung, die einen Durchmesser von 350 mm hatte, war die Verdampfungskammer an der Einmündung der Produktzuführung auf das 20fache erweitert und wies am Eintritt in die Ringkammer eine Breite von 810 mm sowie eine Höhe von 2400 mm (bzw. abweichend in der 2. Stufe eine Höhe von 1800 mm) auf. Der Wiiikel, den die Unterseite der Verdampfungskammer gegenüber der Horizontalen bildete, betrug 9°. Die Innenfläche der Verdampfungskammer war im Bereich des Eintritts in die Ringkammer zur Außenwand hin abgewinkelt, wobei die Abweichung des abgewinkelten Teils von der ursprünglichen Richtung der Innenfläche 12° betrug. Die Innenfläche war in die Ringkammer hinein durch ein parai'et zur Außenwand auf der schrägen Ablauffläche aufliegendes Trennblech verlängert, dessen Höhe sich von 1800 mm auf 1400 mm am Ende verringerte und welches eine Länge von 1400 mm hatte. Das Tauchrohr zur Ableitung des Brüden hatte einen Durchmesser von 1200 mm. Die Innenwand der Ringkammer sowie die Ablaufschräge v, jrden mit verschleißfestem Material ausgekleidet

Bei der Durchführung der Entspannungsverdampfung entstanden in der 1. Stufe 17 800 kg/n Dampf, in der 2. Stufe 8000 kg/h Dampf und in der 3. Stufe 9700 kg/h Dampf, welcher in einem nachgeschalteten Kondensator kondensiert werden konnte. Der Gcsamtdruckverlust des Zyklonentspannungsverdampfers betrug 2,6—6,6 mbar.

In den abgeleiteten Brüden konnten weniger als

20 mg Feststoff pro kg Dampf nachgewiesen werden. Nach einer Betriebsdauer von ca. 6 Monaten waren die Wände des Zyklonabscheiders sowie die Leitungen der Brüden noch frei von Ansätzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

20 25 30 35 40 45

50 55 60

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung der Entspannungsverdampfung feststoffhaltiger Flüssigkeiten und der anschließenden Separierung von feststoffhaltigen Flüssigkeiten und Brüden durch Zentrifugalkraft in funktionell voneinander getrennten Bereichen mit einer Verdampfungskammer, die tangential an einem Zyklonabscheider angeschlossen ist und die in ihrem Querschnitt gegenüber der einmündenden Flüssigkeitszuleitung erweitert ist, wobei der Querschnitt der als Kasten ausgebildeten Verdampfungskammer beim Eintritt der Flüssigkeitszuleitung gegenüber dieser stoßartig erweitert ist und der Zyklonabscheider aus einer Ringkammer mit einem darunter liegenden, durch eine schräge Ablauffläche verbundenen, im Durchmesser kleineren Abscheidezylinder besteht und wobei die Verdampfungskammer vor Einmündung in die Ringkammer in der Breite kontinuierlich verengt und in der Höhe kontinuierlich derart erweitert ist, daß ihre Querschnittsfläche etwa konstant bleibt gemäß Hauptpatent DE 23 61236, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Verdampfungskammer in die Ringkammer hinein mit einem nahezu parallel zur Außenfläche der Verdampfungskammer angeordneten Trennblech verlängert ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Trennblechs 20 bis 70% der Höhe der Verdampfungskammer und die Länge des Trennblechs 50 bis ί 30% db/ Differenz der Länge von Innen- und Außenfläche der Verdampfungskammer betragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Verdampfungskammer gekrümmt sind.