DE2627499A1

DE2627499A1 - Rotationsanordnung zum kondensieren von daempfen und zum verdampfen von fluessigkeiten in gasen

Info

Publication number: DE2627499A1
Application number: DE19762627499
Authority: DE
Inventors: Antonio Herrera; Armando Rodriguez Sanchez; Miguel Fernandez Tallante
Original assignee: Patronato de Investigacion Cientifica y Tecnica
Current assignee: Patronato de Investigacion Cientifica y Tecnica
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1976-12-30
Also published as: FR2315969B3; JPS596682B2; AU1504776A; ZA763640B; JPS5235162A; BR7603839A; FR2315969A1; ES438713A1; BE842996A

Description

OKOEMxNtJ · DEUFEL · SCHÖN · HERTEL

PAT E N TA KT \yÄ LTE

t> *> "3 /ΤΠ DR. WOLFGANG MÜLLER-BORS

XT Δ JOO/ JClX (PATENTANWALT VON 1927-1975) HANS W. GROENING, D1PL.-ING. DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

PATRONATO DE INVESTIGACION CIENTIFICA Y TECNICA

"JUAN DE LA CIERVA"

DEL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS

Madrid, Spanien

Rotationsanordnung zum Kondensieren von Dämpfen und zum Verdampfen von Flüssigkeiten in Gasen

Die Erfindung betrifft ein Rotationssystem zum Kondensieren von Dämpfen und zum Verdampfen von Flüssigkeiten in Gasen, insbesondere in Quecksilber enthaltenden Gasen, und insgesamt gesehen ein Verfahren zum Kondensieren von Dämpfen und zum Verdampfen von Flüssigkeiten in Gasen.

Die Kondensation von in Gasen vorhandenen Dämpfen führt in der Praxis zu ernsthaften Schwierigkeiten, insbesondere wenn sich andere Produkte in dem Gasgemisch befinden, beispielsweise Wasser, Verbrennungsgase usw., da das Kondensat ein viskoses Gemisch aller kondensierten Produkte bildet. Gleichzeitig kann sich bei der Kondensation eine Nebelbildung ergeben. Außerdem können die bekannten Kondensationsvorrichtungen in bestimmter Weise unwirksam werden. Zudem kann das Gas mit Dampf übersättigt sein, was zu Verlusten beim Transport mit dem Gas und beim

609853/0813

2IUKCIlBIi 80 · SIEEEETSTI;. 4 · POSTPACH SÖ0720 · KABELS MTTEBCF/¹ . · EHi",, (089} 47107O · TELEX 5-33058

Austreten aus dem System, ohne daß eine Ausnutzung erfolgte, führen kann.

Die Verdampfung von Flüssigkeiten für die verschiedensten Zwecke, nämlich zum Sättigen eines Gases, zum Verdampfen einer Flüssigkeit durch den Transport mittels eines Inertgases usw., wird mit der gleichen Kondensations—Verdampfungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung erreicht, was im folgenden näher erläutert wird.

Die Erfindung besteht darin,

a) dem Gas eine Drehbewegung innerhalb des Kondensationsrohres unabhängig von dessen Form und Durchmesser zu geben, wobei ein Band aus irgendeinem der Temperatur des Gases beim Eintritt oder der Betriebstemperatur des Systems widerstehenden Material benutzt wird oder verschiebene Bänder aus unterschiedlichen Metallen oder Materialien verwendet werden, die miteinander verbunden uoder nicht miteinander verbunden sind, und wobei das Band oder die Bänder durch Drehen in einer von zwei Richtungen, entweder von rechts nach links oder umgekehrt,, eine Schraubenform haben,

b) das Kondensationsrohr von außen durch geeignete bekannte Maßnahmen zu kühlen, beispielsweise mit einem Wassermantel, durch Zwangskonvektion oder freie Konvektion usw. oder im Falle der Vervrendung des Rohres als Verdampfer Wärme von außerhalb mittels bekannter Systeme zuzuführen, beispielsweise mittels eines DampfmanteIs, eines ölmantels, eines elektrischen Heizmantels usw.,

c) wahlweise eine Kühlflüssigkeit in das Gas selbst mit dem doppelten Zweck einzuführen, das Gas zu kühlen und die Innenflächen des Kondensators zu reinigen.

609853/081 3

Die benutzte Vorrichtung dient auch als Verdampfer, wobei lediglich die Umlaufrichtung des Gases in der Vorrichtung geändert zu werden braucht.

Bei der Benutzung als Kondensator tritt das Gas durch den oberen Teil der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ein, tritt am unteren Teil aus, wo sich ein Feststoff-Flüssigkeits-Separator bekannter Bauweise, beispielsweise ein Zyklon, ein Tröpfchenabscheider, ein Gitter usw., und/oder eine spezielle Einrichtung befindet, die aus einem Rohr mit einem Durchmesser besteht, der kleiner ist als der des Kondensatorrohrs, und unterhalb des Kondensatorrohres angeordnet ist, wobei durch dieses Rohr der größte Teil des Gases austritt, das die erteilte Drehbewegung die Kühlflüssigkeit gegen die Wände treibt, so daß das Gas das System in dem vorstehend genannten Rohr mit kleinerem Durchmesser verläßt, während das Kondensat außerhalb dieses Rohres austritt.

Bei der Benutzung der Vorrichtung als Verdampfer wird das Gas durch den unteren Teil zugeführt und steigt im Gegenstrom zur zu verdampfenden Flüssigkeit nach oben. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird durch den oberen Teil der Vorrichtung eingeführt. Der Mantel, der im ersten Fall als Kühlelement benutzt wurde, wird nun als thermostatisierte Behiezung des Gases derart genutzt, daß die gewünschte Temperatur im.Gas erreicht wird, wobei entweder diese Beheizung benutzt wird, oder, weil die Flüssigkeit beim Verdampfen dazu führt, daß die Gastemperatur auf die gewünschte Temperatur sinkt, der äußere Heizkreis nicht benutzt wird und somit sein Aufbau nicht erforderlich ist.

Jeder spezielle Fall erfordert eine unterschiedliche Behandlung des Problems und somit einen unterschiedlichen Aufbau der Kondensatorvorrichtung. Basierend auf den

609853/0813

2627493

vorstehenden Ausführungsformen können ein oder verschiedene Rohre verwendet werden, die parallel arbeiten, unterschiedliche Länge haben, aus Materialien bestehen, die für jedes spezielle Problem geeignet sind, sowie variable Durchmesser aufweisen, die jedoch alle das gemeinsame Merkmal haben, die Verwendung eines schrauben- oder spiralförmig in irgendeiner Richtung gedrehten Bandes, beispielsweise von rechts nach links oder umgekehrt, oder mehrere in dieser Weise hergestellt Einheiten aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien aufweisen, die in das Innere eines jeden zum Kondensieren oder Verdampfen verwendeten Rohres eingeführt sind. Die Stärke des Bandes ist ebenso variabel wie die Anzahl der Gänge bzw. Windungen pro Meter Länger, da jedes zu untersuchende Problem eine optimale Lösung für jeden Fall erfordert .

Erfindungsgemäß werden folgende Vorteile erreicht:

a) Für den gleichen Gasstrom ergibt sich ein Wärme- und StoffÜbergangskoeffizient, der um ein Mehrfaches größer ist als im Falle herkömmlicher Kondensatoren, was zu einer beträchtlichen Einsparung an Kühlfläche und deshalb an Längenmetern von Kondensationsrohr führt.

b) Wenn das zu kühlende Gas eine ausreichende Dampfmenge erhält, der kondensiert werden soll, wird die Flüssigkeit, da das Gas eine nach unten gehende Drehbewegung hat, kontinuierlich durch die Wirkung der Zentrifugalkraft zu den Wänden gedrückt, wodurch der Transport und somit das Sammeln des Kondensates erleichtert wird. Außerdem wird ein fortlaufender Wascheffekt der Innenflächen des Kondensatorrohrs erreicht. Wenn das Gas

609853/0813

keine für das Waschen ausreichende Mengen enthält, kann ein Strom von Kühlflüssigkeit in variablen Mengen vor dem oberen Teil oder im oberen Teil der Kondensatoreinrichtung oder ein Dampf für den gleichen Zweck zugegeben werden.

Nach dem Kondensieren wird diese Flüssigkeit von dem Gas getrennt. Nach dem Behandeln und Konditionieren kann sie wiederverwendet oder gegebenenfalls nach der Verwendung abgeführt werden.

c) Wenn das Gas in die Kondensatoreinrichtung mit einer Temperatur eintritt, die höher als der Siedepunkt der als Kühlmittel verwendeten Flüssigkeit ist, erhält man ein schnelles Kühlen des Gases auf die genannte Temperatur, wobei da Gas mit Flüssigkeit gesättigt v/ird.

Da das Gas bei seiner Vorwärtsbewegung durch den Kondensator infolge der Kühlung weiter abkühlt, die sich aus dem äußeren Kühlkreislauf ergibt, wird ein Diffusionsstrom des Dampfes der eingeführten Flüssigkeit und des zu kondensierenden Dampfes erzeugt, wobei dieser Strom zu den Wänden des Kondensationsrohres geht.

Diese Diffusion einschließlich der Zentrifugalkraft des Gases erhöht die Diffusion des zu kondensierenden Dampfes beträchtlich, so daß man eine merkliche Steigerung des scheinbaren Stoffübergangkoeffizienten erhält.

d) Bei der Bildung von Nebel oder beim Vorhandensein von Gasen mit Nebel, was häufig der Fall ist, drückt die durch die Drehbewegung des Gases entwickelte Zentrifugalkraft, die kleinen Tropfen zu den Wänden, wo sie in die Flüssigkeit eingeschlossen werden, die an den

609853/0813

2627493

Wänden nach unten strömt, wodurch man eine wirksame Separierung der Tropfen erhält.

Im Falle der Verwendung als Verdampfer oder als Sättigungseinrichtung für die Gase hat das System die folgenden Vorteile:

e) Die Anordnung ermöglicht einen innigen Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit, wodurch eine Turbulenz erzeugt wird, die die Sättigung des Gases mit einer Einrichtung ermöglicht, die merklich kleiner als die bisher bekannte ist und deren Temperatur steuerbar und mit Hilfe des äußeren Heizmantels festlegbar ist, so daß mit·einem sehr kleinen Gerät gearbeitet werden kann, das einfach zu handhaben und zu regulieren ist.

Das Gas, welches in den Verdampfer mit einer je nach Fall variablen Temperatur eintritt, steigt im Inneren des Rohres im Gegenstrom zur Flüssigkeit, die verdampft werden soll, hoch, die ihrerseits sich im Rohrinneren nach unten bewegt. Der Außenmantel wirkt als Thermostat. Das schraubenförmige oder spiralförmige Band übermittelt die Drehbewegung, wodurch eine hochgradige Turbulenz geschaffen wird, die für die Sättigung des Gases und seine Homogenisierung günstig ist.

Der erfindungsgemäße Kondensator-Verdampfer ist deshalb in folgenden Fällen einsetzbar:

1. Bei Prozessen, bei welchen ein Gas mittels einer Flüssigkeit gekühlt werden soll, die durch das Innere der Vorrichtung geführt oder in einer vorhergehenden Stufe eingeführt ist, in welcher sie ganz oder teilweise verdampft ist, wobei sie wieder durch die Wirkung der äußeren Kühlung kondensiert werden soll, oder die aus dem System ohne nachfolgende Kühlung austreten kann.

609853/081 3

Es besteht die Möglichkeit einer Rezyklisierung der Flüssigkeit, um sie wiederverwenden zu können. In diesem Fall werden entsprechende Gas-Flüssigkeits-Separatorsysterne sowie eine anschließende Behandlung der Kühlflüssigkeit vorgesehen, wie dies in den nachstehenden Beispielen 1 und 2 beschrieben ist.

2. Als Kondensator in den Fällen, in welchen Dampf oder ein Gemisch aus verdünnten kondensierbaren Dämpfen in einem oder verschiedenen Gasen vorhanden ist, die abgetrennt werden sollen, dies ist im einzelnen in Beispiel 3 beschrieben.

3. Bei Prozessen, bei welchen eine Flüssigkeit oder ein Gemisch von Flüssigkeiten verdampft werden soll, deren Dämpfe in einem Gas oder in einem Gasgemisch eingeschlossen werden sollen.

4. Zum Waschen von Gas bei solchen Prozessen, bei welchen ein Gas Feststoffteilchen oder Flüssigkeiten enthält, die abgetrennt werden sollen, wobei die Flüssigkeit, die durch das Innere des Rohres mit dem schraubenförmigen Streifen zirkuliert, als Waschflüssigkeit verwendet wird, die bei seiner Bewegung alle Feststoffteilchen oder Flüssigkeiten mitnimmt, die auf den Oberflächen abgelagert sind. Dadurch wird die Ablagerung dieser Materialien verhindert, die den Durchgang von Gas durch das Rohrinnere verlangsamen würden, wobei gleichzeitig auf das Gas ein Reinigungseffekt ausgeübt wird.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung als Kühler, Kondensator, Verdampfer und Wascheinrichtung für Gase verwendet werden kann.

609853/081 3

2627493

Anhand der nachstehenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Verwendet wird ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 76 mm und einem Innendurchmesser von 73 mm, das über eine Länge von 6 m durch eine äußere zylindrische Abdeckung aus dem gleichen Material ummantelt ist, die an beiden Enden abgedichtet ist und in der Wasser umläuft, das bei einer Temperatur von 14°C eintritt. Durch den oberen Teil des Rohres mit einem Außendurchmesser von 76 mm, in dessen Innenraum ein Band aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von 2 mm und einer Breite von 72 mm schraubenförmig verdreht von links nach rechts mit einer Schraubenganghöhe von o,39 m eingeführt ist, wird ein Luftstrom mit einer Temperatur von 15o C in einem Volumen von 3oo m /h eingeführt. Die Temperatur des Gases am Austritt beträgt 25°C, die des äußeren Kühlwassers 16°C.

Das Gas tritt am unteren Ende des Rohres aus, wo es von dem Wasser, das in den Kreislauf eingeführt worden ist, getrennt wird.

Durch den oberen Teil mit einem Rohrdurchmesser von 76 mm und durch das Innere des Rohres wird ein Wasserstrom mit 14°C mit einem Volumen von 3 l/min eingeführt, der teilweise beim Eintritt in Kontakt mit dem Gas von 15o°C verdampft wird. Wenn sich das Gemisch in dem Rohr vorwärtsbewegt, wird das Wasser wieder kondensiert, das Wärme an den äußeren Kühlkreislauf abgibt, mit welchem das Abkühlen des Gases mit einer sehr kleinen Einrichtung erreicht wird.

Im unteren Teil des Gasauslasses ist ein Zyklon vorgesehen, der das Gas von dem ins Innere des Rohres eingeführten Wasser trennt.

609853/0813

2627493

Von diesem Zyklon wird das Wasser zu einem Tank geführt, aus dem es zum oberen Teil des Rohres für die Wiederverwendung zurückgeführt wird«

tr

Beispiel 2

Es herrschen genau die gleichen Bedingungen wie bei dem Beispiel 1, mit der einzigen Ausnahme, daß das im Inneren umlaufende Wasser nur einmal verwendet wird und immer frisches Wasser mit einer Temperatur von 14°C zugeführt wird. Durch diesen Versuch soll gezeigt werden, daß der Kondensator auch verwendet werden kann, ohne daß eine Hilfsausrüstung zum Speichern von Wasser erforderlich ist, wenn dieses in ausreichender Menge vorhanden ist, beispielsweise in Form von Meerwasser, so daß es nur einmal benutzt zu werden braucht.

Beispiel 3

Verwendet wird ein Rohr aus rostfreiera Stahl mit einer Länge von 8m, einem Außendurchmesser von 76 mm und einem Innendurchmesser von 73 mm, wobei ein Band des gleichen Materials mit einer Stärke von 2 mm, einer Breite von 72 mm und einer Länge von 8 mm vorgesehen wird. Als Mantel dient ein abgedichtetes Rohr mit einem Außendurchmesser von 15o mm, vrodurch ein Raum zwischen den beiden Rohren gebildet wird, der mit den äußeren Kühlkreislauf bildendem Wasser mit einem konstanten Umlauf gefüllt wird, wobei das Wasser mit einer Temperatur von 14°C eintritt.

Durch das Innere des Rohres mit einem Äußendurchmesser von 76 mm wird Wasser mit 14°C bei 15 l/min eingeführt. Gleichzeitig werden 1oo m /h Verbrennungsgase aus einem Ofen eingeführt, in welchem Quecksilbererz geröstet wird.

60985 3/0813

- 1ο -

Die Quecksilberkonzentration beträgt 15 g/m Gas, das weiterhin Verbrennungsgase, Wasserdampf, Staub usw. enthält.

Im unteren Teil des Rohres mit einem Außendurchmesser von 76 mm sind ein Zyklon und ein Tropfenseparator angeordnet, die es ermöglichen, daß das Gas anschließend in eine Reinigungsexnheit gelangt.

Der Wirkungsgrad dieses Systems beträgt 99 % gesammeltes Metall. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Kondensatoren wird dieses System nicht jedesmal nach einem Monat ununterbrochenen Betriebs infolge des vorstehend beschriebenen Wascheffektes beeinträchtigt:»

Anhand der beiliegenden Zeichnung, die schematisch im Längsschnitt einen Teil einer Vorrichtung zeigt, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Ein Rohr 2 ist einem durchströmbaren konzentrischen Mantel H umgeben. In dem Rohr ist ein schraubenförmig gewickeltes Band 3 ortsfest angeordnet^ welches auf den durch das Rohr 2 hindurchgehenden Strom eine Zentrifugalkraft ausübt_p wodurch die Komponenten mit der größeren Masse nach außen in die Innenwand des Rohres 2 bewegt werden.

6 09853/0813

Claims

ANSPRÜCHE

1. Rotationsanordnung zum Kondensieren von Dämpfen und zum Verdampfen von Flüssigkeiten in Gasen, insbesondere von Quecksilber enthaltenden Gasen, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung, die aus einem oder mehreren Rohren besteht, in deren Innenraum sich ein oder mehrere Bänder des gleichen oder verschiedener Materialien befinden, die in eine der beiden Drehrichtungen verdreht ist bzw. sind, wobei ein äußerer Kühloder Heizmantel vorgesehen wird und dem Gas eine Drehbewegung erteilt wird, so daß die in dem Gas vorhandenen Feststoffteilchen oder Flüssigkeiten durch die Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die Seitenwände des Rohres gedrückt werden, in welchem das schraubenförmige Band angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in der gleichen Richtung verlaufenden Schraubengänge jeder Einheit von mehr als eins bis zu einer unbegrenzten Anzahl von Windungen gehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite des Bandes oder der in Reihe angeordneten Bänder derart bemessen ist, daß das Band oder die Bänder in das Rohr einführbar ist und so nahe wie möglich an den Wänden des Rohres angeordnet werden kann, so daß die ganze Anordnung in einer einzigen Einheit herstellbar ist.

609853/0813

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet: , daß die Länge, das Baumaterial, die Schraubensteigung usw. des Bandes jedem speziellen Fall so anpaßbar ist, daß eine Drehbewegung des Gases bei der Vorwärtsbewegung in Äxialrichtung erreicht wird, so daß in großem Ausmaß der durchzuführende physikalisch-chemische Prozeß, nämlich Kühlen, Kondensieren, Verdampfen und/oder Reinigen oder Prozesse begünstxgt werden, in welchen zwei oder mehrere dieser Zwecke ineinandergreifen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche„ gekennzeichnet durch einen oder mehrere Einlasse für eine Kühlflüssigkeit, die in dem Gas vor dem Eintritt oder beim Eintritt in die Anordnung eingeschlossen wird, insgesamt oder einzeln in jedem Rohr, das mit einem schraubenförmigen Band versehen ist, um durch Kühlen die Kondensation zu begünstigen, verdampft zu werden oder das Gas in jedem Fall oder in verschiedenen Fällen gleichzeitig zu den anderen Zwecken zu reinigen.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kühlflüssigkeit durch das Innere des Rohres mit dem schraubenförmigen Band zum Zirkulieren gebracht wird, wobei die Kühlflüssigkeit ohne weitere vorherige Handlung wiederverwendbar ist, so äaß die Vorrichtung als Gaskühler wirkt.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zu kondensierenden Gase zwangsweise durch das Innere des mit dem Streifen versehenen Rohres geführt werden,

609853/0813

wobei eine zusätzliche Flüssigkeit eingeführt und das Rohr mit einer Außenkühlung versehen werden kann, wobei das Kondensat im unteren Teil der Vorrichtung gesammelt wird,

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß durch das Innere des Rohres oder der Rohre, die mit schraubenförmigen Bändern versehen sind, Gase, Flüssigkeiten oder Gemische von Gasen und Flüssigkeiten im Gegenstrom oder im Gleichstrom zu den ganz oder teilweise zu verdampfenden Flüssigkeiten strömen gelassen werden, wobei gleichzeitig und wahlweise durch den äußeren Kreislauf beheizt werden kann.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß durch den Innenraum des Rohres mit einem Band Gase, die Feststoffteilchen oder Flüssigkeiten oder Gase aufweisen, die abgetrennt werden sollen, im Gegenstrom oder Gleichstrom zirkulieren gelassen v/erden, wobei eine Flüssigkeit durchgeführt wird, die Substanzen absorbiert, adsorbiert oder transportiert.

1o. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zum Trennen der durch das Innere des Rohres geführten Flüssigkeit ein Rohr verwendet wird, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des mit dem schraubenförmigen Band versehenen Rohres, das unter dem Rohr mit dem Band liegt und mit einem breiteren Teil versehen ist, durch Vielehen die Ränder des Rohres derart angeschweißt sind, daß zwei Räume gebildet werden, wobei die Flüssigkeit, die am Umfang des Rohres mit dem schraubenförmigen Band austritt, nicht in das darunterliegende Rohr eintritt,

609853/08 13

während das Gas durch das Innere dieses Rohres geht, wodurch die Flüssigkeits-Gas-Trennung mit einer sich abhängig vom Fall ändernden Ausbeute unterstützt wird.

609853/0813