DE2840271A1

DE2840271A1 - Evaporative concentrator for metal plating baths etc. - using vacuum evaporator with capillary tubes to low pressure space and rotary compressor element

Info

Publication number: DE2840271A1
Application number: DE19782840271
Authority: DE
Inventors: Ralph P Horan
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1979-04-05

Abstract

Evapn. system consists of a tower with a rotary compressor element at the top. Dilute liquor enters chambers at the base of the unit and these are connected to the evapn. space at the top by a series of capillary tubes. Water vapour drawn off is recompressed by the compressor element and runs down passages to a shell which surrounds the capillary tubes. Here it serves to heat the boiling soln. It finally runs off through a heat exchanger to preheat the incoming feed. Used esp. for concentrating metal plating bath wash liquors to recover the metal ions and return them to the plating bath. The system gives a consistant prod. which can be directly returned to the process.

Description

FlüssigkeitsbehandlungssystemLiquid treatment system

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsbehandlungssystem mit Dampfkompression, und zwar insbesondere auf Vakuumdestillationssysteme sowie gemäß einem weiteren Aspekt auf Systeme mit geschlossenem Kreislauf zur Verarbeitung von Abfällen. Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auch auf Wärmeaustauscher.The invention relates to a liquid treatment system with Vapor compression, in particular on vacuum distillation systems as well as in accordance with another aspect to closed-loop systems for processing Waste. According to a further aspect, the invention also relates to heat exchangers.

Zum Stand der Technik sei auf US-PS 3 190 817 verwiesen, wo eine Kompressionsdestilliervorrichtung gezeigt ist, bei welcher das zu destillierende Material am oberen Teil eines zylindrischen Misch-Fall-Film-Verdampfungsrohres angeordnet ist und längs der Innenoberfläche unter Einwirkung der Schwerkraft herabfällt, und zwar in ein Sammelreservoir unterhalb des Verdampfungsrohres. Der an der Innenoberfläche erzeugte Dampf wird komprimiert und in Berührung mit der Aussenoberfläche des Verdampfungsrohres gebracht, wo sich der Dampf kondensiert und seine latente Kondensationswärme an den fallenden Film abgibt. Die Innenoberfläche wird dauernd durch einen Wischer zur Verteilung des zu destillierenden Materials abgewischt.For the prior art, reference is made to US Pat. No. 3,190,817, which discloses a compression distillation apparatus is shown in which the material to be distilled at the top of a cylindrical Mixed-fall-film evaporation tube is arranged and along the inner surface falls under the action of gravity into a collecting reservoir below of the evaporation pipe. The steam generated on the inner surface is compressed and brought into contact with the outer surface of the evaporation tube where the steam condenses and its latent heat of condensation on the falling film gives away. The inner surface is constantly through a wiper for Wiped off distribution of the material to be distilled.

Die bekannten Systeme sehen im allgemeinen einen einfachen Einfachdurchfluß des zu destillierenden Materials vor, was zu einer Änderung des durch das System gebildeten Konzentrats führt.The known systems generally see a simple single flow of the material to be distilled, leading to a change in the system formed concentrate leads.

Ferner haben bekannte Dampfkompressionssysteme solche Kondensationssysteme verwendet, wo die komprimierten Dämpfe kondensiert werden und ihre Wärme abgeben. Der Stand der Technik kennt keine Wärmeaustauscher mit veränderbarer Kapazität, die die Steuerung der Erzeugung von Dampf aus einem zu destillierenden Material gestatten würden, durch die Größe der vom kondensierenden Dampf auf das zu destillierende Material übertragenen Wärmemenge.Known vapor compression systems also have such condensation systems used where the compressed vapors are condensed and give off their heat. The state of the art does not know of heat exchangers with variable capacity, controlling the generation of steam from a material to be distilled would allow, by the size of the condensing vapor on the to be distilled Amount of heat transferred to the material.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Dampfkompressionssystem vorzusehen, welches ein relativ gleichförmig konzentriertes Material erzeugt, und zwar zur direkten Rückführung zum Verfahren. Ferner bezweckt die Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung des Dampfkompressionsprozesses anzugeben.The invention has set itself the goal of a vapor compression system to provide a relatively uniformly concentrated material, and for direct return to the procedure. Another object of the invention is a to specify an improved method for controlling the vapor compression process.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Dampfkompressionssystem eine auf einem verminderten Druck gehaltene Verdampfungskammer aufweist, ferner eine Konzentrationskammer, um das zu konzentrierende Material zu enthalten, und schließlich eine Verdampfungsoberfläche, welche die Konzentrations- und Verdampfungskammern verbindet. Diese Anordnung gestattet es, daß man das zu destillierende Material in der Konzentrationskammer hält, bis die gewünschte Konzentration des zu destillierenden Materials erhalten wird.A feature of the invention is that the vapor compression system an evaporation chamber maintained at a reduced pressure, further a concentration chamber to contain the material to be concentrated, and finally an evaporation surface which contains the concentration and evaporation chambers connects. This arrangement allows the material to be distilled to be removed holds in the concentration chamber until the desired concentration of the product to be distilled Material is obtained.

Als ein weiteres Merkmal sieht die Erfindung einen Wärmeaustauscher mit veränderbarer Kapazität vor, der sich verändernde Wärmemengen aus einem komprimierten Dampf zu dem zu destillierenden Material vorsehen kann, wodurch die aus dem zu destillierenden Material erzeugte Dampfmenge verändert wird. Der eine veränderbare Kapazität aufweisende Wärmeaustauscher gestattet die Veränderung der Verdampfungsrate, wenn gewünscht, ohne Änderung des Kompressors.The invention provides a heat exchanger as a further feature with variable capacity, the changing amounts of heat from a compressed Steam can be provided to the material to be distilled, thereby removing the from the material to be distilled material the amount of steam generated is changed. The one with a variable capacity Heat exchanger allows the evaporation rate to be changed if desired without changing the compressor.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Plattierleitung mit einer Dampfkompressionseinheit gemäß der Erfindung für den Betrieb im geschlossenen Kreislauf; Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Dampfkompressionseinheit; Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel.Further advantages, objects and details of the invention result in particular from the claims and from the description of exemplary embodiments based on the drawing; In the drawing: FIG. 1 shows a schematic representation a plating pipe with a vapor compression unit according to the invention for closed circuit operation; Fig. 2 is a partially sectioned side view a vapor compression unit according to the invention; Fig. 3 is a plan view of a second embodiment.

Fig. 1 zeigt schematisch eine typische Plattieranordnung unter Verwendung einer Dampfkompressions-Destilliervorrichtung. Die zu plattierenden Teile werden in einem Plattiertank 12 angeordnet, der eine Lösung von Ionen enthält, die auf den Teilen als eine Metallschicht abgeschieden werden sollen. Nachdem eine Metallschicht auf den Teilen abgeschieden ist, werden die Teile entnommen, um in den Tanks 14, 16, 18 gespült zu werden, wo jegliche Plattierlösung vom plattierten Teil weggespült wird.Figure 1 shows schematically a typical plating arrangement in use a vapor compression still. The parts to be plated will be placed in a plating tank 12, which contains a solution of ions, the the parts are to be deposited as a metal layer. After a metal layer is deposited on the parts, the parts are removed to be stored in the tanks 14, 16, 18 where any plating solution washes away from the plated part will.

Eine beträchtliche Menge an wertvolle Metallzusätze und organische Additive enthaltende Plattierlösung wird in die Spültanks mitgenommen. Ferner wird auch das Wasser von Tank zu Tank beim Spülen der Teile mitgenommen. Diese Übertragung und die Verdampfung aus den Spültanks vermindert das Spülwasser in den Tanks, was die Konzentration der Plattierlösung insbesondere im ersten Spültank 14 ständig zum Ansteigen bringt.A considerable amount of valuable metal additives and organic Plating solution containing additives is carried into the wash tanks. Furthermore, also the water taken from tank to tank when rinsing the parts. This transfer and the evaporation from the wash tanks decreases the wash water in the tanks, which the concentration of the plating solution particularly in the first rinse tank 14 is constant increases.

Lin Teil des Wassers im ersten Spültank 14 wird periodisch vom Boden des Tanks abgezogen und es wird hinreichend Wasser vom zweiten Tank 16 über Leitung 15 zur Wiederauffüllung des Tanks 14 zugeführt. Der Tank 16 wird vom Tank 18 über Leitung 17 wieder aufgefüllt und der Tank 18 wird seinerseits durch gereinigtes Wasser von einer Dampfkompressions-Destillationsvorrichtung 20 über Leitung 19 wieder aufgefüllt. Zusätzliches Wasser kann von einer äußeren Quelle frischen Wassers 21, wenn erforderlich, hinzugefügt werden.Lin part of the water in the first wash tank 14 is periodically from the floor of the tank is withdrawn and there is sufficient water from the second tank 16 via line 15 supplied to refill the tank 14. The tank 16 is over from the tank 18 Line 17 is refilled and the tank 18 is in turn cleaned by Water from a vapor compression still 20 via line 19 again filled up. Additional water can be obtained from an external source of fresh water 21, to be added if necessary.

Wie gezeigt, wird das Spülwasser oder das zu destillierende Material vom ersten Spültank 14 am Auslaß 22 durch Öffnen des Ventils 24 abgezogen. Das verunreinigte Spülwasser wird über ein Rohr 26 dem Wärmeaustauscher 28 zugeführt, wo das Spülwasser einen Teil der Wärme vom gereinigten Wasser abnimmt, das in der Dampfkompressions-Destilliervorrichtung 20 kondensiert ist. Das vorerhitzte Spülwasser läuft durch ein Dreiwegventil 30 und wird in die Dampfkompressions-Destilliervorrichtung 20 eingegeben, wo aus dem Spülwasser reines Wasser verdampft und kondensiert wird. Das Spülwasser wird auf eine zur Rückführung in den Plattiertank 12 geeignete Dichte konzentriert. Die konzentrierte Lösung wird aus der Konzentrationskammer über ein Ventil 32 abgezogen und zum Plattiertank 12 über eine Leitung 34 gepumpt.As shown, the rinse water or material to be distilled is used withdrawn from the first wash tank 14 at the outlet 22 by opening the valve 24. That polluted Rinse water is fed through a pipe 26 to the heat exchanger 28, where the rinse water removes some of the heat from the purified water in the vapor compression still 20 is condensed. The preheated rinse water passes through a three-way valve 30 and is fed into the vapor compression still 20, where from the Rinse water pure water is evaporated and condensed. The rinse water is on a density suitable for return to the plating tank 12 is concentrated. The concentrated Solution is withdrawn from the concentration chamber via valve 32 and to the plating tank 12 is pumped through a line 34.

Das sich aus dem Dampfkompressionszyklus ergebende reine Wasser wird über Ventil 36 in den Wärmeaustauscher 28 abgezogen, und zwar über Leitung 38, um dann zum Spültank 18 durch Leitung 19 zurückgeführt zu werden.The pure water resulting from the vapor compression cycle becomes withdrawn via valve 36 in the heat exchanger 28, via line 38 to then to be returned to the wash tank 18 through line 19.

Wenn gewünscht, kann das Dampfkompressionssystem zur Reinigung von frischem Wasser vor dem Eintritt in den Plattierzyklus verwendet werden. Die Behandlung des Wassers vor dessen Eintritt in das System entfernt das Calcium, Magnesium und andere unerwünschte Metallionen, die in jeder Wasserquelle vorhanden sind.If desired, the vapor compression system can be used to purify fresh water before entering the plating cycle. The treatment of the water before it enters the system removes the calcium, magnesium and other unwanted metal ions present in any water source.

Diese Metall-Ionen konzentrieren sich im Plattierbad, wenn Wasser verlorengeht und setzen sich als feste Salze in Form eines Schlamms am Boden des Tanks 12 ab oder verbleiben in der Plattierlösung. In jedem Fall reduziert eine ansteigende Konzentration der unerwünschten Metall-Ionen den Plattierwirkungsgrad. Schließlich muß die Plattierlösung weggeworfen werden, was einen Verlust we-rtvoller letall-lonen in der weggeworfenen Lösung bedeutet oder aber der Schlamm muß aus dem Plattiertank entfernt werden, was die Unterbrechung der Plattiervorgänge bedeutet.These metal ions concentrate in the plating bath when water is lost and settle as solid salts in the form of a sludge at the bottom of the Tanks 12 or remain in the plating solution. In any case, one reduces increasing concentration of unwanted metal ions affect the plating efficiency. Eventually, the plating solution must be discarded, which makes loss more valuable Lethal ions in the discarded solution means or else the sludge must be removed removed from the plating tank, which means the plating operations are suspended.

Die Ansammlung dieses Schlamms wäre insbesondere dort deutlich, wo der Prozesszyklus in Form einer, wie gezeigt, geschlossenen Schleife abgewickelt wird. Die Reinigung des ankommenden frischen Wassers würde dieses Problem verringern oder eliminieren.The accumulation of this sludge would be particularly evident where the process cycle is handled in the form of a closed loop as shown will. Purifying the incoming fresh water would alleviate this problem or eliminate.

Fig. 2 zeigt eine ins einzelne gehende Ansicht einer Dampfkompressionsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Arbeitsweise dieser Einheit wird unter Bezugnahme auf Plattierspülwasser beschrieben. Das System könnte auch zur Behandlung anderer Flüssigkeiten, wie beispielsweise von Fruchtsäften, organischen Lösungsmitteln oder Meereswasser, verwendet werden. Ein im ganzen zylindrisches, vertikal orientiertes Gehäuse 39 definiert eine Verdampfungskammer 40, die verdampftes Wasser von der Innenseite der Rohre 54 sammelt, und zwar ist sie angeordnet an einem Ende des Gehäuses nahe einem Kompressor 42. Der Kompressor 42 weist ein Kompressorrad 43, eine Volute 45 und Antriebsmittel 46 auf. Wie gezeigt, sind die Antriebsmittel in Form eines Elektromotors 47 vorgesehen, der auf einem am Gehäuse 39 befestigten Bügel 48 angeordnet ist. Der Motor 47 treibt einen V-Bandantrieb 49 an, der seinerseits das Kompressorrad 43 dreht.Figure 2 shows a detailed view of a vapor compression device according to the invention. The operation of this unit will be described with reference to plating rinse water described. The system could also be used to treat other liquids, such as fruit juices, organic solvents or sea water. A generally cylindrical, vertically oriented housing 39 defines an evaporation chamber 40, which collects evaporated water from the inside of the tubes 54, namely is they are located at one end of the housing near a compressor 42. The compressor 42 has a compressor wheel 43, a volute 45 and drive means 46. As shown, the drive means are provided in the form of an electric motor 47, which is on a bracket 48 attached to the housing 39 is arranged. The motor 47 drives a V-belt drive 49, which in turn rotates the compressor wheel 43.

Das Kompressorrad 43 entzieht der Verdampfungskammer Dampf und hält die Verdampfungskammer auf einem verminderten Druck von beispielsweise 0,5 bis 1,5 pisa (engl. Pfund pro Qudratzoll absolut). Wie gezeigt, transportieren Querrohre 50 komprimierten Dampf von der Volute 45 zu einer Kondensationswärmeaustauscherkammer 52.The compressor wheel 43 extracts and holds steam from the evaporation chamber the evaporation chamber at a reduced pressure of, for example, 0.5 to 1.5 pisa (English pound per square inch absolute). As shown, transport cross tubes 50 compressed steam from volute 45 to a condensation heat exchange chamber 52.

Am unteren Ende des Gehäuses, entfernt gegenüber dem Kompressor 42, sind eine Anzahl von Konzentrationskammern (drei sind dargestellt) 44a, 44b, 44c vorgesehen, die mit zu konzentrierendem Spülwasser oder ankommendem, zu reinigendem frischen Wasser gefüllt sind. Jede Konzentrationskammer ist strömungsmittelmäßig mit der Verdampfungskammer 40 durch eine Verdampfungsoberfläche verbunden. Wie gezeigt, erfolgt die Strömungsmittelverbindung mittels Kapillarrohren 54, die sich vom unteren Teil der entsprechenden Konzentrationskammern aus erstrecken und in einer Platte 56 enden, die den Boden der Verdampfungskammer 40 bildet.At the lower end of the housing, away from the compressor 42, are a number of concentration chambers (three are shown) 44a, 44b, 44c provided with rinsing water to be concentrated or incoming to be cleaned fresh water. Each concentration chamber is fluid with the evaporation chamber 40 connected by an evaporation surface. As shown, the fluid connection takes place by means of capillary tubes 54, which extend from the lower Part of the corresponding concentration chambers extend out and in a plate 56 ends, which forms the bottom of the evaporation chamber 40.

Im allgemeinen ist eine Vielzahl von Rohren vorhanden, die sich von jeder Konzentrationskammer aus in die Verdampfungskammer erstrecken, wobei aus Gründen der Klarheit nur ein Rohr pro Konzentrationskammer dargestellt ist. Die Innenwände der Kapillarrohre 36 sind durch die zu konzentrierende Flüssigkeit naß und sehen eine große Oberflächenzone für die Bildung von Wasserdampf vor, der in die Verdampfungskammer 40 gelangt.In general there are a variety of pipes extending from each concentration chamber from extending into the evaporation chamber, being for reasons only one tube per concentration chamber is shown for clarity. The interior walls of the capillary tubes 36 are wet and see through the liquid to be concentrated a large surface area for the formation of water vapor entering the evaporation chamber 40 arrives.

Abfühlmittel 58a, 58b und 58c sind in jeder Konzentrationskammer zur Messung der Konzentration der verbleibenden Flüssigkeit eingebaut. Wie man erkennt, erzeugen die verschiedenen Abfühlmittel ein elektrisches Signal, welches in eine Steuervorrichtung 60 eingespeist wird. Die Steuermittel 60 aktivieren das Dreiwegventil 32 derart, daß die Konzentrationskammern geleert werden können, wenn die Flüssigkeit in den Kammern die gewünschte Konzentration erreicht. Ein Mittel zur Bestimmung der Konzentration der verbleibenden Flüssigkeit ist die Messung von deren Dichte.Sensing means 58a, 58b and 58c are in each concentration chamber for Built-in measurement of the concentration of the remaining liquid. How to see the various sensing means generate an electrical signal which is converted into a Control device 60 is fed. The control means 60 activate the three-way valve 32 such that the concentration chambers can be emptied when the liquid reaches the desired concentration in the chambers. A means of determination the concentration of the remaining liquid is the measurement of its density.

Geeignete Dichtemeßvorrichtungen sind auf dem Gebiet der Flüssigkeitsverarbeitung bekannt. Ein allgemeines Verfahren zur Dichtemessung, welches bei Durchführung der Erfindung verwendet werden könnte, ist die Messung unter Verwendung eines Schwimmkörpers.Suitable densitometers are in the liquid processing field known. A general method of density measurement that is used when performing the Invention could be used is the measurement using a float.

Derartige Vorrichtungen arbeiten untergetaucht in einer Flüssigkeit und erzeugen kontinuierlich ein veränderbares Signal proportional zur Dichte der umgebenden Flüssigkeit. Weitere Information in dieser Hinsicht kann der folgenden Literaturstelle entnommen werden: "Chemical Engineers Handbook", 5. Ausgabe, McGraw-Hill, New York 1973, insbesondere Seiten 22-49.Such devices operate submerged in a liquid and continuously generate a variable signal proportional to the density of the surrounding liquid. More information in this regard can be found in the following Reference can be taken from: "Chemical Engineers Handbook", 5th edition, McGraw-Hill, New York 1973, especially pages 22-49.

Im allgemeinen sind (nicht gezeigte) Pumpen mit den verschiedenen Ventilen verbunden, um die Flüssigkeit innerhalb des Systems nach Bedarf zu bewegen. Die Kammer würde über Ventil 30 mit mehr zu konzentrierender Flüssigkeit nach Bedarf nachgefüllt.In general, pumps (not shown) are associated with the various Valves connected to move the fluid within the system as needed. The chamber would have valve 30 with more liquid to be concentrated refilled as required.

Eine vertikal angeordnete, einen großen Durchmesser aufweisende Leitung 51 erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Mittellinie des Gehäuses 39. überfließende Flüssigkeit von den Rohren 54 fließt in die Leitung 51 und in ein Reservoir 65. Die Flüssigkeit im Reservoir 65 kann ihrerseits durch eine Pumpe 66 durch ein Ventil 68 zum Einlaß des Ventils 30 gepumpt werden, wobei die überfließende Flüssigkeit in die Konzentrationskammern zurückgebracht wird.A large diameter conduit arranged vertically 51 extends longitudinally along the center line of the housing 39. overflowing Liquid from tubes 54 flows into line 51 and into a reservoir 65. The liquid in the reservoir 65 can in turn by a pump 66 through a valve 68 are pumped to the inlet of valve 30, the overflowing liquid is returned to the concentration chambers.

Fig. 3 zeigt eine alternative Anordnung der Kapillarrohre 54.3 shows an alternative arrangement of the capillary tubes 54.

Bei dieser Anordnung sind die Rohre 54 derart angeordnet, daß sämtliche Rohre in einer speziellen Konzentrationskammer in der gleichen allgemeinen Fläche enden. Eine Prallplatte 70 ragt von der Platte 56 weg und unterteilt die Fläclie unmittelbar oberhalb der Platte in drei gleiche Abschnitte. Aus den Rohren 54 überfließende Flüssigkeit wird innerhalb der durch die Prallplatte 70 und das Gehäuse 39 definierten Fläche eingefaßt.In this arrangement, the tubes 54 are arranged so that all Tubes in a special concentration chamber in the same general area end up. A baffle 70 protrudes from the plate 56 and divides the area immediately above the plate into three equal sections. Overflowing from the pipes 54 Liquid is within the defined by the baffle 70 and the housing 39 Bordered area.

Ein Überflußrohr 72 ist für jeden Abschnitt vorgesehen und bringt einen Flüssigkeitsüberfluß direkt zur Konzentrationskammer bedient durch die Kapillarrohre.An overflow pipe 72 is provided for each section and carries an overflow of liquid directly to the concentration chamber served by the capillary tubes.

Es sei nunmehr auf die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingegangen. Im allgemeinen wird wie bei Destilliervorrichtungen dieser Bauart Dampf von der in Behandlung stehenden Flüssigkeit auf einer Verdampfungsoberfläche erzeugt. Der erzeugte Dampf wird in einen Kompressor gezogen, komprimiert und der komprimierte Dampf wird kondensiert. Im allgemeinen wird der Dampf derart kondensiert, daß die latente Kondensationswärme zur in Behandlung stehenden Flüssigkeit übertragen wird, wodurch mehr Dampf für die Kompression erzeugt wird.Let us now turn to the mode of operation of the device according to the invention received. In general, as with stills of this type, steam is used generated by the liquid under treatment on an evaporation surface. The generated steam is drawn into a compressor, compressed and the compressed Steam is condensed. In general, the steam is condensed in such a way that the latent heat of condensation is transferred to the liquid being treated, creating more steam for compression.

Im einzelnen wird der am oberen Ende der Rohre 54 austretende Dampf in die Verdampfungskammer 40 eintreten und über die Querrohre 50 laufen. Wenn der Dampf an den Querrohren 50 vorbeiläuft, entnimmt er einen Teil Wärme von den Querrohren, was den Dampf überhitzt und die Wärme im komprimierten Dampf absenkt. Der Dampf tritt in eine Flüssigkeitsbarriere 74 ein, die jegliche verbleibenden flüssigen, im Dampfstrom mitgeführten Flüssigkeitströpfchen entfernt. Die Barriere ist als ein Sieb dargestellt, es können aber auch andere bekannte Materialien verwendet werden, wobei ein Barrierenmaterial eine poröse Agglomeratplatte ist.In detail, the steam exiting at the upper end of the tubes 54 is enter the evaporation chamber 40 and run over the cross tubes 50. If the Steam passes the cross tubes 50, it removes part of the heat from the cross tubes, What superheats the steam and lowers the heat in the compressed steam. The vapor enters a liquid barrier 74, any remaining liquid droplets of liquid entrained in the vapor stream are removed. The barrier is shown as a sieve, but other known materials can be used wherein a barrier material is a porous agglomerate plate.

Der flüssigkeitsfreie Dampf tritt in das das sich drehende Kompressorrad umgebende Gehäuse ein und wird durch das Rad 43 beschleunigt und in die Volute 45 gestoßen, wo die Geschwindigkeit des Dampfes sich verringert und der Druck ansteigt.The liquid-free vapor enters the rotating compressor wheel surrounding housing and is accelerated by the wheel 43 and into the volute 45 encountered where the speed of the steam decreases and the pressure increases.

Der Dampf von der Volute 45 aus tritt in die Querrohre 50 ein und läuft durch die Rohre zu einem Raum oder Plenum 76, angeordnet innerhalb des Gehäuses. Vom Raum 76 aus tritt der komprimierte Dampf in eine Wärmeaustauschkammer mit veränderbarer Kapazität ein. Die Wärmeaustauschkammer umfaßt die durch Platte 56, die obere Oberfläche der Konzentrationskammer 44a und das Gehäuse 39 gebildete Kammer 52. Der in die Kammer 52 eintretende Dampf wird den Aussenwänden der Rohre 54 ausgesetzt und, da sich der Dampf auf einer höheren Temperatur und einem höheren Druck als die Flüssigkeit-innerhalb der Rohre befindet, kondensiert zur Bildung einer Flüssigkeit. Wie gezeigt, enthält die Kammer 52 eine Menge an Flüssigkeit und einen dampfgefüllten Raum 66 oberhalb der Flüssigkeit. Die Wärmeübertragung zu den Kapillarrohren ist unterschiedlich für die dampfgefüllte Phase und die Flüssigkeitsphase. Durch Veränderung des Flüssigkeitsniveaus innerhalb der Wärmeaustauschkammer 52 kann die auf die Flüssigkeit innerhalb der Rohre 36 übertragene Wärmemenge,und somit die Menge zusätzlich erzeugten Dampfes,gesteuert werden. Die Wärmeübertragung,und somit die Dampfmenge, kann ebenfalls gesteuert werden durch Veränderung der Höhe des Lösungsmittels innerhalb der Rohre, wobei ein niedrigerer Flüssigkeitspegel eine niedrigere Wärmeübertragung zur Folge hat.The steam from the volute 45 enters the cross tubes 50 and runs through the tubes to a space or plenum 76 located within the housing. From space 76, the compressed steam enters a heat exchange chamber with variable Capacity one. The heat exchange chamber includes, by plate 56, the top surface the concentration chamber 44a and the housing 39 formed chamber 52. The in the Chamber 52 entering steam is exposed to the outer walls of the tubes 54 and, there the vapor is at a higher temperature and pressure than the liquid-within of the tubes condenses to form a liquid. As shown, contains the chamber 52 an amount of liquid and a vapor-filled space 66 above the liquid. The heat transfer to the capillary tubes is different for the vapor-filled phase and the liquid phase. By changing the fluid level within the heat exchange chamber 52, the on the liquid within the Pipes 36 transferred amount of heat, and thus the amount of additional steam generated, controlled will. The heat transfer, and thus the amount of steam, can also be controlled are by changing the level of solvent inside the tubes, wherein a lower liquid level results in lower heat transfer.

Natürlich umfaßt die Steuerung der Dampfkompression noch weitere Variable zusätzlich zum Flüssigkeitspegel in der Kammer 52 oder den Rohren 54. Bei einem gegebenen Kompressorrad ändert sich die Fltissigkeitsmenge abgezogen aus den Künzentrationskarnniern als Funktion von: Kompressorraddrehzahl, Einlaßgeometrie und Führungsschaufelwinkel. Allgemein gilt, daß dann, wenn der Flüssigkeitspegel in der warmeaustauschkammer vergrößert wird, die zur Verdampfung des Lösungsmittels und Konzentration der Flüssigkeit verfügba. Wärmemenge verringert wird.Of course, steam compression control involves other variables as well in addition to the liquid level in the chamber 52 or the pipes 54. For a given compressor wheel, the amount of liquid withdrawn will vary from the künzentrationskarnniern as a function of: compressor wheel speed, inlet geometry and guide vane angle. In general, if the liquid level is in the heat exchange chamber is enlarged, which leads to the evaporation of the solvent and concentration of the liquid available. Amount of heat is reduced.

Die Einlaßgeometrie kann geändert werden, um die Kompressorbetriebskapazität zu ändern. Derartige variable Einlaßgeometrien sind bekannt und brauchen daher im folgenden nicht weiter besciirieben zu werden.The inlet geometry can be changed to accommodate the compressor operating capacity to change. Such variable inlet geometries are known and therefore need in the not to be further described in the following.

Ein Verfallrell zum Betrieb des Kompressors dieses Systems besteht darin, die Kompressorkapazität zu vergrößern, beispielsweise durch Vergrößerung der Kompressorradgeschwindigkeit, bis der Kompressor die Saug- oder Pumplinie übersteigt und anfängt zu pumpen. Die Kompressorkapazität könnte sodann um eine feste Größe reduziert werden, um die Kapazität auf den gewünschten Betriebswirkungsgrad zu bringen. Die Betriebswirkungsgradkurven werden durch die im System vorhandejien Variablen bestimmt.There is a deterioration in the operation of the compressor of this system in increasing the compressor capacity, for example by enlarging it the compressor wheel speed until the compressor exceeds the suction or pumping line and starts pumping. The compressor capacity could then be set at a fixed level be reduced in order to bring the capacity to the desired operating efficiency. The operating efficiency curves are determined by the variables present in the system certainly.

Derartige Darstellungen zeigen Wirkungsgradinseln als Funktion des Druckverhältnisses abhängig von der Strömung bei einer konstanten Radspitzengeschwindigkeit, was ebenfalls wohlbekannt ist.Such representations show efficiency islands as a function of the Pressure ratio dependent on the flow at a constant wheel tip speed, which is also well known.

Ein Beispiel einer Zentrifugalkompressor-Leistungsdarstellung ist in folgender Literaturstelle zu finden: Gas Turbinen, Sorenson, Ronald Press Coo, New York 1951, insbesondere Seite 267.An example of a centrifugal compressor performance graph is to be found in the following literature: Gas Turbinen, Sorenson, Ronald Press Coo, New York 1951, especially page 267.

Üblicherweise ist die Veranlassung eines Zentrifugal-Kompressorrades zum Pumpen kein zweckmäßiges Mittel zur Steuerung eines Prozesses. Weil jedoch das Kompressorrad bei einem verminderten Druck arbeitet, ist die an das Rad während des Saugens oder Pumpens angelegte Energiemenge minimal. Die Verwendung des Saugpunkts oder Pumppunkts des Kompressors als Steuermessung ist ein schnelles und einfaches Verfahren zur Bestimmung der Betriebsbedingungen zu einer gegebenen Zeit, da sich das Druckverhältnis deutlich ändert, wenn der Kompressor saugt ("surge"). Druckabfühlvorrichtungen sind wohlbekannt, so daß hier eine ins einzelne gehende Beschreibung weggelassen werden kann.Usually the cause is a centrifugal compressor wheel not a convenient means of controlling a process for pumping. But because that Compressor wheel works at a reduced pressure, which is on the wheel during the amount of energy applied during suction or pumping is minimal. The use of the suction point or pump point of the compressor as a control measurement is a quick and easy one Method of determining the operating conditions at a given time since the pressure ratio changes significantly when the compressor sucks ("surge"). Pressure sensing devices are well known, so here one goes into detail detailed description can be omitted.

Die oben beschriebenen Betriebs schritte könnten durch einen Mikroprozessor ausgeführt werden, der die relevanten Daten empfangen würde und die Betriebsbedingung des Systems feststellen würde, und zwar durch einen Vergleich mit einer vorbestimmten Leistungskarte. Wenn das System der Korrektur bedarf, so wäre der Mikroprozessor dann derart programmiert, daß er das System in den Saugzustand treibt und die Kompressorkapazität, wie oben diskutiert, einstellt.The operating steps described above could be performed by a microprocessor which would receive the relevant data and the operating condition of the system would determine by comparing it with a predetermined one Performance card. If the system needed correction, it would be the microprocessor then programmed in such a way that it drives the system into the suction state and the compressor capacity, as discussed above.

Wenn die Flüssigkeit in einer der Konzentrationskammern 44a, 44b und 44c die gewünschte Konzentration erreicht, so werden die mit der Kammer verbundenen Abfühlmittel die Steuermittel 60 aktivieren, die ihrerseits das Ventil 32 aktivieren, um die Konzentrationskammern zu leeren. Die geleerte Kammer wird wieder angefüllt und der Prozess setzt sich fort.When the liquid in one of the concentration chambers 44a, 44b and 44c reaches the desired concentration, the associated with the chamber Sensing means activate the control means 60 which in turn activate the valve 32, to empty the concentration chambers. The emptied chamber is refilled and the process continues.

Abwandlungen sind im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die Destilliervorrichtung der Erfindung zur Konzentration von Fruchtsaft und zur Entsalzung von Wasser zusätzlich zur Behandlung von Plattierspülwasser verwendet werden.Modifications are possible within the scope of the invention. For example can use the still of the invention to concentrate fruit juice and used for the desalination of water in addition to the treatment of plating rinse water will.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit vor, daß eine Flüssigkeit, die ein zu verdampfendes Lösungsmittel enthält, in eine Konzentrationskammer eingegeben wird, die strömungsmittelmäßig mit einer auf einem verminderten Druck gehaltenen Verdampfungskammer verbunden ist. Dampfkompressionsmittel entziehen Lösungsmitteldampf aus der Verdampfungskammer, komprimieren den Dampf und drücken den komprimierten Dampf in eine Verflüssigungskammer. Reguliermittel sprechen auf die Dichte der innerhalb der Konzentrationskammer verbleibenden Flüssigkeit an und regulieren die Lösungsmittelverdampfungsrate, um eine für die Rückführung (recycling) geeignete Konzentration vorzusehen. Bei einer Form der Erfindung kann ein eine veränderbare Kapazität aufweisender Wärmeaustauscher zur Steuerung der Lösungsmittelelltfernungsrate verwendet werden. Der Wärmeaustauscher besitzt eine Verflüssigungskamnier, um zusammengepreßten Dampf aufzunehmen, und umgibt eine Verdampfungsoberfläche in Strömungsmittelverbindung mit der Konzentrationskammer. Ein Teil der Verflüssigungskammer ist mit Flüssigkeit gefüllt. Die Größe der Verdampfunysoberfläche, die mit der Flüssigkeit oder dem Dampf in Berührung steht, kann dadurch verändert werden, und zwar durch Veränderung der Wärmemenge, die vom Kompressionsdampf zum zu verdampfenden Lösungsmittel übertragen wird. Da der dampf und die Flüssigkeit normalerweise unterschiedliche Wärmeübertragungsraten besitzen, verändert sich auch die auf die Verdampfungsoberfläche gegebene Wärmemenge.In summary, the invention thus provides that a liquid, which contains a solvent to be evaporated, placed in a concentration chamber is maintained fluidly at a reduced pressure with a Evaporation chamber is connected. Vapor compression agents remove solvent vapor from the evaporation chamber, compress the vapor and push the compressed Steam in a liquefaction chamber. Regulators speak to the density of within liquid remaining in the concentration chamber and regulate the solvent evaporation rate, in order to provide a concentration suitable for return (recycling). at One form of the invention may be a variable capacity heat exchanger to control the rate of solvent removal be used. The heat exchanger has a liquefaction chamber to handle compressed steam and surrounds an evaporation surface in fluid communication with the concentration chamber. Part of the liquefaction chamber is with liquid filled. The size of the evaporation surface area associated with the liquid or the When steam is in contact, it can be changed, by changing it the amount of heat transferred from the compression steam to the solvent to be evaporated will. Because the vapor and the liquid usually have different heat transfer rates own, the amount of heat given to the evaporation surface also changes.

Claims

Claims 1. Mechanical system for treating a liquid to form a concentrate, not indicated by a closed Housing with an evaporation chamber (40) maintained at a reduced pressure therein, at least one concentration chamber (44a, ...) arranged within the closed housing to contain the mentioned liquid, fluid connection means, which connect the evaporation chamber and the concentration chamber and an evaporation surface provide vapor compression means for the evaporation of vapor from the liquid located at the end of the housing adjacent to the evaporation chamber and operated to maintain the evaporation chamber at a reduced pressure and to Compression of the vapor withdrawn from the liquid and in contact with it with the surface of the fluid connecting means that is not in contact with of the liquid are to bring, thereby removing heat from the compressed vapor to the Liquid is transferred, means for sensing the density of the liquid remained in the concentration chamber and to generate a signal proportional to the concentration and means responsive to the signal generated by the sensing means to to control the withdrawal of the concentrate from the concentration chamber.

2. System according to claim 1, characterized by transverse tubes (50) which extend across the evaporation chamber and compress vapor from the Vapor compression means to a location near the fluid connection means to lead.

1 system according to claim 1 and / or 2, characterized in that the Fluid connection means comprise a plurality of capillary tubes which have a first end which terminates in a wall of the evaporation chamber, and which have a second end which passes through the wall of the concentration chamber runs, and the inner surface of these tubes has an evaporation surface and the exterior of the tubes forms a concentration surface, and the wall of the Evaporation chamber, the wall of the concentration chamber and part of the housing form a heat exchange chamber to receive compressed steam containing the The condensation surface of the capillary tubes can contact a liquid condenses and latent heat of condensation on the liquid inside the tubes transfers, creating additional steam.

4. System according to claim 3, characterized by means for controlling the liquid level in the heat exchange chamber to control the condensation available surface zone to thereby control the amount of steam generated.

5. Steam distillation system for concentrating a liquid by Extraction of a component from it, characterized by a housing with an evacuated one Evaporation chamber operating at a reduced pressure to facilitate vapor formation is held, a suitable one for containing the liquid to be concentrated Concentration chamber, an evaporation surface which fluidly conveys the Concentration chamber with the evaporation chamber connects to a compressor Absorption of steam formed on the evaporation surface and compression of the steam thus formed, a heat exchanger having a variable capacity to receive the compressed vapor from the compressor and to condense the Steam, which gives off the latent heat of vaporization and to conduct the released Heat to the liquid to form vapor, and with means to remove the concentrated liquid from the concentration chamber when the liquid has reached the desired concentration.

6. System according to claim 5, characterized in that the evaporation surfaces having a plurality of capillary tubes with a first end which ends in one wall of the evaporation chamber, and a second end which passes through the wall of the concentration chamber runs and ends in the concentration chamber, the inner surface of said tubes forming an evaporation surface and the outside of said tubes forms a condensation surface, and further wherein the wall of the evaporation chamber, the wall of the concentration chamber and part of the housing forming a heat exchange chamber around the compressed Compress steam that may touch the outer surface of the capillary tubes, to condense into a liquid and latent heat of condensation on the liquid inside the tubes, creating additional steam, whereby the level of the condensed liquid within the heat exchange chamber is controlled is to change the amount of condensing liquid and thereby the Amount of steam generated.

7. Heat exchanger for a vapor compression system, marked through a housing, a plurality of tubes extending through the housing, wherein one side of the tubes is in contact with a compressed vapor which is condensing and the other side is in contact with a liquid, which contains a material, which by the heat transfer from the condensation of the compressed vapor is to be evaporated, and where the amount of liquid, which contacts the tubes is changed to the amount transferred to the liquid Amount of heat as a function of the sum of heat transferred from steam condensation and to alter heat transfer from the liquid phase.