DE2756298C2

DE2756298C2 - Kondensations-Trocknungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2756298C2
Application number: DE2756298A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Dr. Ennetbaden Nabholz
Original assignee: Micafil AG
Current assignee: Micafil AG
Priority date: 1977-10-10
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1985-03-14
Also published as: CH626712A5; DE2756298A1; SE7810541L; SE435135B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensations-Trocknungsvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs vorausgesetzt ist.

Kondensations-Trocknungsvorrichtungen werden beispielsweise zur Behandlung von Transformatoren verwendet, um diese zu trocknen und gleichzeitig zu entgasen, bevor sie mit öl gefüllt werden. Bei vorimprägnierten oder zur Reparatur bestimmten Transformatoren enthält die isolation öl. Bei der Trocknung soll dann nicht nur das Wasser entzogen, sondern auch dieses Öl aus der Isolation entfernt werden, öl ist bekanntlich in verschiedenen Kohlenstoffderivaten löslich, beispielsweise in Kerosin. Wird die von der ölkonzentration abhängige Dampfdrucksenkung zu groß, so muß das öl abgetrennt werden, da sonst der Trocknungs-Aufheizungsprozeß beeinträchtigt wird.

Wendet man ein Verfahren an, bei dem ein Teilstrom des anfallenden Kerosin/Öl-Gemisches über eine Trenneinrichtung als Dampf dem bei einem tiefen Druck betriebenen Dampfkondensator zugeleitet wird, so geht die für den Trennprozeß verwendete thermische Energie verloren.

Aus der DE-OS 25 52 746 ist es bekannt, bei einer Kondensations-Trocknungsvorrichtung nicht nur einen Teilstrom, sondern alles zu verdampfende Kerosin zu-

[O sammen mit dem darin gelösten öl einem Dünnschichtverdampfer mit ausreichend hoher Verdampferleistung zuzuführen, wobei im Gegensatz zum vorerwähnten Verfahren die zugeführfe thermische Energie nicht verloren geht. Jedoch besteht ein anderer Nachteil, nämlich daß dieses Verfahren recht hohe Temperaturen benötigt, um auf einen kleinen Restgehalt an Kerosin im abgetrennten öl zu kommen, wodurch jedoch die Qualität des abgetrennten Öls beeinträchtigt wird, fcine hohe Temperatur ist notwendig, weil der Druck hoch, nämlich einige Torr über dem Druck im Autoklaven, sein muß. Der Restgehait an Kerosin im abgetrennten öi muß gering gehalten werden, damit bei Wiederverwendung des Öls, beispielsweise bei Vorimprägnierung von Spulen, der Arbeitsablauf durch das im öl enthaltene leicht flüchtige und brennbare Kerosin nicht behindert wird. Bei nicht mehr wirtschaftlich regenerierbaren öl muß der Restgehalt an Kerosin ebenfalls gering sein, damit dieses als Heizöl verwendet werden kann. Außerdem muß die Trenneinrichtung groß dimensioniert werden, da sie die gesamte Dampfmenge zu liefern hat

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Kondensations-Trocknungsvorrichtung, die mit einem kleinen Wärmeverlust und bei nicht zu hohen Temperaturen arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die thermische Energie der ersten Stufe voll ausgenützt und nur die wesentlich kleinere dor zwekc-n Stufe geht verloren. Zudem liegen die Temperaturen nicht zu hoch, so daß eine gute Qualität des abgetrennten Öls gewährleistet bleibt.

Für kleinere Heizleistungen ist der Einsatz von kostengünstigen Fallrohrverdampfern vorteilhaft Dünnschichtverdampfer sind angebracht bei großen Verdampferleistungen. Für hohe Ansprüche an die Reinheit des abdestillierten Kerosins eignen sich Destillationskolonnen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Stufe der

so Trenneinrichtung als ein mit dem Hauptverdampfer kommunizierendes Gefäß ausgebildet ist Zudem können in einer bevorzugten Ausführungsform die beiden Stufen der Trenneinrichtung im Hauptverdampfer axial so angeordnet sein, daß die zweite Stufe von der ersten Stufe umgeben ist und beide Stufen vom Hauptverdampfer umschlossen sind. Dabei ist es zweckmäßig, daß die zweite Stufe der Trenneinrichtung als Fallrohrverdampfer ausgebildet und zwischen den Mantelflächen der beiden Stufen eine Heizvorrichtung vorgesehen ist.

Ferner ist es zweckmäßig, daß zur Regelung des Zuflusses des Öl/Kerosin-Gemisches zur zweiten Stufe der Trenneinrichtung in der ersten Stufe eine Heizvorrichtung mit konstanter Wärmeleistung sowie ein Temperaturfühler und in der Zuleitung zur zweiten Stufe ein Durchflußregler vorgesehen sind.

Der Vorteil besteht darin, daß der Durchflußregler erst dann öffnet, wenn die Temperatur in der ersten

Stufe einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wodurch gewährleistet ist, daß in die zweite Stufe nur vorkonzentriertes Öl/Kerosin-Gemisch fließen kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschema einer Kondensations-Trocknungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,

Fig.2 eine erste beispielsweise Anordnung der Trenneinrichtung, deren erste Stufe mit dem Hauptverdampfer ein kommunizierendes Gefäß bildet und

Fig.3 eine zweite beispielsweise Anordnung der Trenneinrichtung, deren beide Stufen vom Hauptverdampfer umschlossen sind.

Gemäß F i g. 1 ist ein Autoklav mit der Bezugszahl 1 und ein Hauptverdampfer mit 3 bezeichnet, die durch eine Hauptdampfleitung a und eine Kondensatableitung b verbunden sind. Eine Dampfableitung c aus dem Autoklaven 1 zum Dampfkondensator 9 enthält eine Drosselblende 14, wobei der Dampfkondensator 9 durch eine Kondensatableitung d über die Kondensatableitung b ebenfalls mit dem Hauptverdampfer 3 verbunden ist. Der Autoklav 1, in welchem das Trocknungsgut 2, beispielsweise ein Transformator, eingebracht wird, ist über eine Vakuumleitung k mit einer Hauptvakuumeinrichtung 161 verbunden. Eine Nebenvakuumeinrichtung 162 ist beim Dampfkondensator 9 vorgesehen. Mit dem Hauptverdampfer 3, der als Röhrenverdampfer mit senkrecht und/oder waagerecht angeordneter. Heizelementen 8 ausgebildet sein kann, ist durch Zuleitungen g, h mit einer zweistufigen 41,42 Trenneinrichtung 4 verbunden. Ein Vorratsbehälter 15 für Kerosin ist durch eine Verbindungsleitung /über die Kondensatleitung b mit dem Hauptverdampfer 3 verbunden. Eine Dampfableitung eder ersten Stufe 41 ist mit der Hauptdampfleitung a und eine Dampfableitung /der zweiten Stufe 42 mit dem Dampfkondensator 9 verbunden. In den Kondensatableitungen b, c/ ist je eine Förderpumpe 10, beispielsweise Zentrifugalpumpen, vorgesehen. Aus der zweiten Stuie 42 der Trenneinrichtung 4 ist eine in die Vorratsbehälter führende Abflußleitung / vorgesehen. Die erste Stufe 41 der Trenneinrichtung & kann beispielsweise als Fallrohrverdampfer, Dünnschichtverdampfer, Destillationskolonne oder als Röhrenverdampfer mit senkrecht und/oder waagerecht angeordneten Heizelementen und die zweite Stufe 42 als FaII-rohrvcrdampfer, Dünnschichtverdampfer oder Destillationskolonne ausgebildet sein.

F i g. 2 zeigt eine Trenneinrichtung 4, deren erste Stufe 41 mit dem Hauptverciampfer 3 ein durch eine Zuleitung g\ verbundenes kommunizierendes Gefäß bildet, wobei sowohl der Hauptverdampfer 3 als auch die erste Stufe 41 als ein Röhrenverdampfer 32 bzw. 415 mit waagerecht angeordneten Heizelementen 8 ausgebildet sind.

Zwischen der ersten 41 und zweiten Stufe 42 der Trenneinrichtung 4 ist eine mit einem Durchflußregler 11 versehene Zuleitung h vorgesehen.

Gemäß F i g. 3 ist der Hauptverdampfer 3 als ein Röhrenverdampfer 31 mit senkrecht angeordneten Heizelementen 8 und die beiden Stufen 41,42 der Trenneinrichtung 4 im Hauptverdampfer 31 axial so angeordnet, daß die als Fallrohrverdampfer421 ausgebildete zweite Stufe 42 von der als Röhrenverdampfer 414 ausgebildeten ersten Stufe 41 umgeben ist und beide Stufen 41, 42 vom Hauptverdampfer 31 umschlossen sind. Ein Schwimmer 7 zur Rege.'.ng des Flüssigkeitsstandes regelt über die Kondensatableitung b den Zufluß von Kerosin in den Hauptverdampfer 31. Die zweite Stufe 42 könnte auch als Dünnschichtverdampfer ausgebildet sein. Im doppelwandigen Rohr des Fallrohrverdampfers 421 ist eine Heizvorrichtung 50 die in oberen 51 und unteren 52 Abschnitt unterteilt ist, angeordnet. Innerhalb des Fallrohrverdampfers 421 sind Leitbleche 6 angebracht. Im Verdampfungsraum der ersten Stufe 41 ist ein in die Flüssigkeit getauchter Temperaturfühler 12 und zwischen der ersten 41 und zweiten Stufe 42 ist ein DurchfluSregler 11, beispielsweise /...6 paraUelgeschaltete Magnetventile 112, vorgesehen. Der Zufluß von der ersten 414 zur zweiten Stufe 421 erfolgt über beispielsweise sechs durch Magnetventile gesteuerte Rohre h (h\... h_b). Aus einem Sumpf 13 mit einer nicht gezeigten Heizung wird das Sumpfprodukt über die Abflußleitung /' abgeführt. Der Hauptverdampfer 31 hat eine Heizöl-Zuleitung m\ und -Ableitung nii in Pfeilrichtung von und zur nicht gezeigten Heizquelie.

Gleiche Teile sind in F i g. 2 und 3 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in F i g. 1.

Die erfindungsgemäße Trenneinrichtung 4 wirkt in bezug auf die Abtrennung des Öls aus dem anfallenden Kerosin/Öl-Gemisches Mg gemäß F i g. 1 wie folgt:

Das vorerst reine Kerosin wird im Hauptverdampfer 3 verdampft. Es kondensiert im Autoklaven 1 am Trocknungsgut 2, beispielsweise Transformator. Die Flüssigkeit, die über die Kondensatableitung b vom Autoklaven 1 zurück in den Hauptverdampfer 3 gepumpt wird, enthält öl. Die Abtrennung des Öls er^folgt erfindungsgemäß in zwei Stufen 41 und 42 der Trenneinrichtung 4. Ein Teilstrom Mci-4i des Kerosin/Öl-Gemisches wird durch die Zuleitung g vom Hauptverdampfer 3 zur ersten Stufe 41 zugeführt. Da in der ersten Stufe 41 nur eine Vorkonzentration des Öls angestrebt wird, kann der in der ersten Stufe 41 erzeugte Dampf, ohne daß die Temperatur Γ_4] in dieser Stufe sehr hoch sein muß, als Dampfstrom Mo*\-.< durch die Dampfableitung e aus der ersten Stufe 41 in die Dampfleitung a dem Hauptdampfstrom Mdi-j zugemischt werden. Die Verdampfungsenergie der Stufe 41 geht somit nicht verloren. Voii sich in der Stufe 41 ansammelnden Kerosin/ÖI-Gemisch wird die Menge Ma\ -42 durch die Zuleitung h aus der ersten 41 der bei einem tieferen Drurk arbeitenden zweiten Stufe 42 zugeführt. Die Verdampfungsenergie der zweiten Stufe 42 geht dabei tür den eigentlichen Trocknungsprozeß verloren. Die Ölkonzentration im Hauptverdampfer 3 darf anfänglich recht hoch sein: sie muß erst klein werden, wenn sich die Temperatur des Trocknungsgutes 2 der maximal zulässigen Temperatur T,,,;,, nähert. Nützt man diese Erkenntnis aus, so kann der Durchsatz in der ersten Stufe 41 in vorteilhafter Weise auf etwa ¹Ao der Gesamtdampfmenge reduziert werden.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 können die notwendigen Regeleinrichtungen verhältnismäßig einfach gehalten werden.

Gemäß Fig. 2 bilden der Hauptverdampfer 32 und die erste Stufe 415 der Trenneinrichtung 4 kommunizierende Gefäße, so daß der Zufluß Mc32-41 durch die kommunizierende Zuleitung g_t aus dem Hauptverdampfer 32 in die erste Stufe 415 gegeben ist. Wird der Dampfstrom M_D*\i-« durch die Dampfableitung e aus der ersten Stufe 415 entsprechend der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß F i g. 2 relativ zum Flüssigkeitsb5 volumen der ersten Stufe 41 ausreichend groß gewählt, so steigt die ölkonzentration in der ersten Stufe 41 schneller als im Hauptverdampfer 32. Erfindungsgemäß wird die Heizleistung des Röhrenverdampfer:". 415 in der

ersten Stufe 41 konstant gehalten. Nähert sich die Temperatur 7g4i des Öl/Kerosin-Gemisches in der ersten Stufe 415 dem max. zulässigen Wert Ta^_n,,,,, so öffnet sich allmählich der durch den Temperaturfühler 12 gesteuerte Durchflußrcgler 11, beispielsweise ein regelbarer Absperrhahn 111, wodurch der Zufluß /V/₍ 41-42 über die Zuleitung h von der ersten 41 zur zweiten Stufe 42 gesteuert wird. Der Dampfstrom Mt>i\-., über die Dampfableitung e aus der ersten Stufe 41 in die Hauptdampfleitung a ist wegen der fest gegebenen Heizleistung in der ersten Stufe 41 praktisch konstant. Dagegen steigt mit zunehmender Olkonzentration die Temperatur der ersten Stufe T*\, die durch den Temperaturfühler 12 erfaßt wird. Nähert sich diese Temperatur Γ41 der vorgewählten Maximaltemperatur Ti\_mjx, so öffnet sich allmählich der Absperrhahn Ml zur zweiten Stufe 42. So ist gewährleistet, daß nur ein genügend vorkonzentriertes Öl/Kerosin-Gemisch der zweiten Stufe 42

Γ "(U * " Λ ^Z"6^e'« ""·

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird erfindungsgemäß dem oberen Abschnitt 51 der Heizung in der Trennwand zwischen der ersten 414 und zweiten Stufe 421 eine konstante Heizleistung zugeführt. Mit der durch den Temperaturfühler 12 erfaßten Temperatur Til in der ersten Stufe 414 wird wiederum der Zufluß zur zweiten Stufe 421 geregelt.

Eine spezielle Lösung gemäß Fig. 3 besteht darin, daß oben um die zweite Stufe 42 herum als Durchflußregler 11 sechs unter sich parallelgeschaltete Magnetventile 122/1 ...6 angeordnet sind, wobei die Anzahl der offenen Ventile durch die Temperaturdifferenz Tim«.— 7}i gsteuert wird.

Gegenüber der bekannten mit dem Dampfkondensator verbundenen einstufigen Trennvorrichtung, wird der Energieverlust der erfindungsgemäßen zweistufigen Trenneinrichtung etwa 4mal kleiner.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Autoklav

2 Trocknungsgut

3 Hauptverdampfer

31 Röhrenverdampfer mit senkrecht angeordneten Heizelementen

32 Röhrenverdampfer mit waagerecht angeordneten Heizelementen

4 Trennvorrichtung

erste Stufe der Trenneinrichtung Fallrohrverdampfer

Dünnschichtverdampfer Destillationskolonne

Röhrenverdampfer mit senkrecht angeordneten Heizelementen Röhrenverdampfer mit waagerecht angeordneten Heizelementen zweite Stufe der Trennvorrichtung Fallrohrverdampfer

Dünnschichtverdampfer Destillationskolonne

Hauptverdampfer und Trennvorrichtung

411
412
413
414

415

421

422

423

3,4

5,50 Heizvorrichtung

51 Heizvorrichtung — oberer Abschnitt

52 Heizvorrichtung — unterer Abschnitt

6 Leitbleche

7 Schwimmer zur Regelung des Flüssigkeitsstandes

8 Heizelemente

9 Dampfkondensator

40

45

50

55

60

55 10 Förderpumpen U Durchflußregler

111 Absperrhahn, regelbar

112 1 ... 6 parallelgeschaltete Magnetventile

12 Temperaturfühler der ersten Stufe der Trenneinrichtung

13 Sumpf der zweiten Stufe der Trenneinrichtung

14 Drosselblende

15 Vorratsbehälter für Kerosin

16 Vakuumeinrichtungen

161 Hauptvakuumeinrichtung

162 Nebenvakuumeinrichtung a Hauptdampfleitung

b Kondensatableitung aus dem Autoklaven c Dampfableitung aus dem Autoklaven d Kondensatableitung aus dem Dampfkondensator

c L/oiiipiautviiuiig auj uti ei 3n.ii jiuic

der Trenneinrichtung f Dampfableitung aus der zweiten Stufe

der Trenneinrichtung g Zuleitung vom Hauptverdampfer zur

ersten Stufe der Trenneinrichtung g\ Kommunizierende Zuleitung vom Hauptverdampfer zur ersten Stufe der

Trennvorrichtung h Zuleitung von der ersten zur zweiten

Stufe der Trennvorrichtung / Abflußleitung aus der zweiten Stufe

der Trennvorrichtung ii; Vorratsbehälter k Vakuumleitung / Verbindungsleitung zum Vorratsbehälter m Heizölleitung m\ Heizöl-Zuleitung /Π2 Heizöl-Ableitung

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kondensations-Trocknungsvorrichtung, in der das Trocknungsgut mittels Kondensationswärme einer leicht siedenden Flüssigkeit aufgeheizt wird, wobei im Verlaufe der Aufheizung diese Flüssigkeit sich mit einer schwerer siedenden Flüssigkeit, die vom Trocknungsgut entfernt werden soll, vermischt, bestehend aus einem evakuierbaren Autoklaven, einem Verdampfer, einer Trenneinrichtung für die leicht und schwerer siedende Flüssigkeit sowie einem Dampfkondensator, weiche untereinander mittels eines Leitungssystems verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (4) in zwei Stufen (41,42) aufgeteilt ist, wobei eine Dampfableitung (e)der ersten Stufe (41) mit der Hauptdampfleitung fajund eine Dampfableitung (f) der zweiten Stufe (42) mit dem Dampfkondensator (9) verbanden sind und aus der zweiten Stufe (42) eine Abf Iußieitung (i) für die abzuführende, schwerer siedende Flüssigkeit vorgesehen ist.

2. Kondensations-Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (41) der Trenneinrichtung (4) als ein mit dem Hauptverdampfer (3) kommurizierendes Gefäß ausgebildet ist.

3. Kondensations-Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stufen (41, 42) der Trenneinrichtung (4) im Hauptverdampfer (3) _xial so angeordnet sind, daß die zweite Stufe (42) von der ersten S?"fe (41) umgeben und beide Stufen (41,42) vom Hauptverdampfer (3) umschlossen sind.

4. Kondensations-Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe (42) der Trenneinrichtung (4) als Fallrohrverdampfer (421) ausgebildet und zwischen den Mantelflächen der beiden Stufen (41,42) eine Heizvorrichtung (50) vorgesehen ist.

5. Kondensations-Trocknungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß zur Regelung des Zuflusses des Öl/Kerosin-Gemisches zur zweiten Stufe (42) der Trenneinrichtung (4) in der ersten Stufe (41) eine Heizvorrichtung (5) mit konstanter Wärmeleistung sowie ein Temperaturfühler (12) und in der Zuleitung (h) zur zweiten Stufe (42) ein Durchflußregler (11) vorgesehen sind.