DE3016406A1 - Mehrstufige verdampferanlage mit kombiniertem bruedenverdichter und waermetransformator zur rueckgewinnung der in den brueden enthaltenden waerme - Google Patents
Mehrstufige verdampferanlage mit kombiniertem bruedenverdichter und waermetransformator zur rueckgewinnung der in den brueden enthaltenden waermeInfo
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Description
24aschinenfabrik Buckau B. Wolf Aktiengesellschaft
Mehrstufige Verdampferanlage mit kombiniertem
Brüdenverdichter und Wärmetransformator zur Rückgewinnung der in den Brüden enthaltenen
Wärme
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Mehrstufige Verdampferanlage mit kombiniertem Brüdenverdichter
und Wiirmetransformator zur Rückgewinnung der in den Brüden enthaltenen Wärme
Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Verdampferanlage
mit einem Wärmerückgewinnungssystem, das Brüdenkompressoren und nach dem Wärmetransformatorprinzip arbeitende Apparate
miteinander kombiniert. Durch das Wärmerückgev/innungssystem wird die in den Brüdendämpfen der letzten Verdampferstufen
vorhandene Wärmeenergie so genutzt, daß sie mit minimalem' Einsatz höherwertiger Energie auf Prozeßwärmeniveau aufgewertet
und der ersten oder den vorderen Verdampferstufen als Prozeßwärme wieder zugeführt v/erden kann. Derartige Anlagen
finden in der thermischen Verfahrenstechnik,ζ. B. beim Aufkonzentrieren
von Lösungen oder bei Destillierprozesscn Verwendung
und dienen hierbei der weiteren Verminderung des Prozeßwärmeeinsatzes gegenüber herkömmlichen Anlagen.
Zur Verminderung des Prozeßenergiebedarfs bei thermischen
Stofftrennverfahren werden zur Zeit mehrstufige Verdampferanlagen, Verdampferanlagen mit Brüdenkompressoren oder kombinierte
Mehrstufenverdampfer mit Brüdenverdichtern verwendet.
Die Energieeinsparung bei Mehrstufenverdampfern wird dadurch
erzielt, daß die in den Brüden der einzelnen Verdampferstufen
enthaltene Wärme zur Beheizung der jeweils nächsten Stufe genutzt wird. Die Brüden der letzten Verdampferstufe werden in
Brüdenkondensatoren verflüssigt und das Kondensat an die Umgebung abgeführt, da eine wirtschaftliche Nutzung der in diesen
Brüden enthaltenen Wärme meist nicht möglich ist. Gegebenenfalls kann die· Verdampfungsenthalpie der Brüden zur vorwärmung
der einzudampfenden Lösung herangezogen werden; da diese jedoch immer größer ist als die an die aufzuwärmende Lösung übertragbare
Wärmemenge, muß der größte Teil der Brüdenwärme ungenutzt an die Umgebung abgeführt werden. Die optimale Stufenzahl
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und damit die mögliche Energieeinsparung bei Mehrstufenverdampfern
wird durch die technischen, theirmodynamischen und insbesondere die ökonomischen Randbedingungen bestimmt,
da die Eindampfvorgänge nur in begrenzten Temperaturintervallen stattfinden können, die durch die Werkstoffeigenschaften,
die verfügbaren Prozeßdampftemperaturen und die Stoffdaten der einzudampfenden Lösungen bestimmt werden und
weiterhin der Investitions- und Wartungsaufwand mit zunehmender Stufenzahl überproportional zur Energieeinsparung ansteigt.
Die andere Möglichkeit, hochwertige Energie bei Verdampfungsprozessen rationell einzusetzen, besteht darin, die Brüden
auf den höheren Heizdampfdruck zu komprimieren und dem Verdampfer - moist demselben Apparat, in dem diese entstanden
sind - als Prozeßdampf wieder zuzuführen. Hierbei gehören sowohl die Kompression der Brüden mittels mechanischen Kompressoren
· als auch die mittels Dampfstrahlgebläse^ zum Stand der
Technik. Die Brüdenverdichtung mit mechanischen Kompressoren ist jedoch wirtschaftlich und thermodynamisch nur dann sinnvoll,
wenn der Dampfdurchsatz groß und das Verhältnis zwischen Brüden- und Heizdampfdruck möglichst klein ist. Bei ausgeführten
Anlagen liegt die günstige Temperaturdifferenz zwischen Brüden und Heizdampf bei 10 K bis 20 K, über diese Temperaturdifferenz
hinaus arbeiten mechanische Brüdenkompressoren unwirtschaftlich.
An Stelle der teuren und vielfach wartungsintensiven mechanischen
Verdichter können die billigeren und robusten Dampf- -strahlgebläse 'verwendet werden. Der Strahlverdichter benötigt
je kg Brüden eine beträchtliche Menge Treibdampf, die um so größer wird, je kleiner die Differenz zwischen Brüden- und
Treibdampftemperatur und je größer die zwischen Brüden- und
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Heizdampftemperatur ist. Da die benötigte Heizdampfmenge jedoch
die Brüdenmenge nicht beträchtlich übersteigt, folgt daraus, daß auf diese Art nur ein Teil des Brüdendampfes verdichtet
werden kann, während der Rest, wenn er nicht anderweitig zu nutzen ist, als Abwärme an die Umgebung abgegeben
werden muß.
Da also mit zunehmender Temperaturdifferenz zwischen Brüdendampf
und Heizdampf der Energieverbrauch für den Betrieb der Kompressoren und/oder der technische Aufwand stark zunehmen,
ist eine Kombination von Mehrstufenverdampfern und Brüdenverdichtern
mit dem Ziel, die Differenz zwischen Prozeßdampfund Umgebungstemperatur soweit als möglich im Verdampferteil
auszunutzen, um dann die möglichst niedrige Brüdentemperatur in der letzten Stufe mittels Brüdenverdichter wieder auf Prozeßdampfniveau
anzuheben, unwirtschaftlich und energetisch nicht sinnvoll. Die Vorteile des einen Systems - Energieeinsparung
durch Ausnutzung des großen Temperaturabstands zwischen den Brüden der letzten Stufe und dem Heizdampf für die erste
Stufe beim Mehrstufenverdampfer - können die Vorteile des anderen
Systems - je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Brüden
und Heizdampf, desto geringer der Energieaufwand bei Brüdenkompressoren - vollkommen ausgleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines geeigneten
Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens die Brüdenwärme bei Verdampfungsprozessen zur Bereitstellung
von Prozeßwärme so zu nutzen, daß auf die Vorteile der Brüdenkompression zurückgegriffen werden kann, ohne auf die Vorteile
von Mehrstufenverdampfern zu verzichten. Das Verfahren und
die Vorrichtung sollen also so ausgestaltet sein, daß der Prozeßenergieaufwand
gegenüber Anlagen vergleichbarer Durchsatzleistung erheblich vermindert wird.
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches im wesentlichen die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Der der Erfindung zugrunde liegende Lösungsgedanke besteht demnach darin, einen Teil der Brüdendämpfe aus der letzten
oder aus einer der letzten Verdampferstufen einem Dampfstrahlgebläse
und den Teil der Brüdendämpfe, der in diesem nicht komprimiert werden kann, einem Wärmetransformatorteil zuzuführen
(Anspruch 2), wo deren Wärme zumindest teilweise auf eine höhere Temperatur, insbesondere aber auf das Temperaturniveau
des Gemischdampfes hinter dem Dampfstrahlgebläse angehoben wird. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Brüdendämpfen und der
Heizdampftemperatur in der ersten oder einer der vorderen Verdampferstufen zu groß ist, als daß sie mit dem Wärmetransformatorteil
allein .überbrückt werden kann, wird die Aufgabe so gelöst, daß der gesamte Brüdendampf aus der letzten oder aus einer
der letzten Verdampferstufen dem Wärmetransformatorteil zugeführt und der in diesem erzeugte Dampf höherer Temperatur anschließend
mit Brüdenverdichtern auf Prozeßdampfniveau komprimiert wird (Ansprüche 3, 4, 5, 6). Der Wärmetransformatorteil,
in dem die Brüdenwärme zumindest teilweise ohne nennenswerten Einsatz höherwertiger Energie auf ein höheres Temperaturniveau
angehoben wird, der insbesondere aber zur Dampferzeugung dient (Anspruch 13), wird in integrierter Bauweise ausgeführt, d. h.
die Brüdendämpfe werden von dem im Wärmetransformatorteil zirkulierenden Arbeitsstoffgemisch als leichterflüchtige Komponente
- das sogenannte Arbeitsmittel - absorbiert (Anspruch 7) und aus diesem bei niedrigem Druck wieder ausgedampft (Anspruch 8, 9).
Für Verdampferanlagen, in denen beispielsweise Wasser ausgedampft wird, eignen sich als Arbeitsstoffgemische im Wärmetransformatorteil
LiBr - H2O--, NaOH - H3O - oder KOH - H3O - Gemische. Ebenso
kann der Wärmetrahsformatorteil in angekoppelter Bauweise ausgeführt werden (Anspruch 10) . In diesem Fall sind die den Verdampferteil
durchlaufenden und die im Wärmetransformatorteil zirkulierenden
Stoffströme voneinander vollkommen getrennt.
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Der Wärmetransformatorteil und der Brüdenverdichterteil sind so miteinander verschaltet, daß die den beiden Teilen zuzuführenden
Brüdendampfanteile unabhängig voneinander geregelt werden können, insbesondere die Brüden ggf. sämtlich dem Wärmetransformator
oder sämtlich den Brüdenkompressoren zugeführt werden (Anspruch 14). Weiterhin kann zum Zwecke einer größeren Temperaturerhöhung
der Wärmetransformatorteil mit dem Verdampferteil so verschaltet sein, daß die zur Beheizung der Austreibstufen
benutzten Brüden einer anderen als derStufe des Verdampferteils entnomen werden können, die über eine Brüdendampfleitung
mit dem Absorber verbunden ist (Anspruch 9). Beim Wärmetransformator in angekoppelter Bauweise wird dieser Effekt erzielt,
indem man die Austreibstufen und die oder den Arbeitsmittelverdampfer
des Wärmetransformators mit Brüden unterschiedlicher Temperatur beheizt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen und im Anschluß daran anhand zweier Anwendungsbeispiele im einzelnen
näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau der neu vorgeschlagenen
Vorrichtung mit .integriertem Wärmetransformatorteil und parallel dazu betriebenem Dampfstrahlgebläse
in Zusammenwirkung mit einem Vierstufenverdampfer .
Fig. 2 in schematischer Darstellung den Aufbau der neu vorgeschlagenen
Vorrichtung mit angekoppeltem Wärmetransformator und dazu in Reihe geschalteten Brüdenkompressoren.
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Der schematisch dargestellte Mehrstufenverdampfer (in der gezeigten Ausführung, Fig. 1, vier Stufen: 1, 2, 3, 4 in
Gegenstromschaltung) wird über die Leitung 26 mit Prozeßdampf versorgt; die Verdampferstufen. sind über die Brüdendampfleitungen
11, 21 und 31 miteinander verbunden. Die neu
vorgeschlagene Vorrichtung weist als wesentliche Bestandteile einen Dampfstrahlapparat 6, einen Absorber 8, einen
Austreiber 10, einen Wärmetauscher 11 und einen Kondensator 12 auf.
Der Brüdendampf der letzten Verdampferstufe wird über die
Leitung 4' einem Verteiler 61 zugeführt. Dieser ist über die
Leitung 4" mit einem Dampfstrahlapparat 6 und über die Leitung 7 bzw. 7' und 7" mit der Wärmeabgabeseite (Absorptionsseite) des Absorbers 8 und der Wärmeabgabeseite des Austreibers
10 verbunden. Ein Teil der Brüden in Leitung 41 gelangt
über die Leitung 4" in den Dampfstrahler 6 und wird dort mit
Hilfe des Treibdampfes aus Leitung 5 auf Prozeßdampfniveau komprimiert. Der überschüssige Anteil in Leitung 7, dessen
Menge vorwiegend durch die Enthalpiewerte des Brüdendampfs und des Treibdampfs sowie durch den Wirkungsgrad des Dampfstrahlers
bestimmt wird, gelangt zu weiteren Teilen über die Leitungen 7 und 7' in den Absorber 8, wo er von einem dort
vorhandenen geeigneten Mehrstoffgemisch absorbiert wird, und
über die Leitungen 7 und 7" in den Austreiber 10, wo er durch
Kondensation Wärme an das dem Absorber 8 über die Leitung 13' entnommene Mehrstoffgemisch abgibt.
Dem Austreiber 10 wird über eine weitere Zuführleitung 7'"
ebenfalls Dampf zugeführt, der einem Kondensatentspannungsgefäß 18 entnommen wird, in das über die Leitung 20 das in
den Sammeltöpfen 21,· 22 und 23 aufgefangene Kondensat aus den Verdampferstufon 2, 3 und 4 eingetragen wird. Das Regelventil
9 dient zur Einstellung der jeweils in den Apparaten 8 und 10 benötigten Brüdenmengen.
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Der Absorber 8 weist auf der Wärmeaufnahmeseite ein Dampferzeugersystem
auf und ist über die Leitungen 27 mit dem Kondensatsammeigefäß 31 sowie über die Leitung 25 mit der
Dampfleitung 24 verbunden. Der Dampf aus den Leitungen 24 und 25 wird gemeinsam durch die Leitung 26 der ersten Verdampferstufe
1 als Prozeßdampf zugeführt. Dem Absorptionsteil (Wärmeabgabeseite) des Absorbers 8 wird kontinuierlich
über die Leitung 13 ein ungesättigtes Mehrstoffgemisch zugeführt,
das den über die Leitung 71 eingetragenen Brüdendampf
unter Wärmeentwicklung bis zum Sättigungszustand absorbiert. Das gesättigte Gemisch verläßt den Absorber 8 über
die Leitung 13', gibt im Wärmetauscher 11 Wärme an das kältere
Gemisch in Leitung 13 ab und wird nach Drosselung im
Reduzierventil 15 dem Austreiber 10 zugeführt. Hier wird der im Absorber 8 aufgenommene Brüdendampf bei niedrigerem Druck
durch Wärmeaufnahme von den Brüden, die in den Austreiber 10 über die Leitungen 7" und 7"' gelangen, wieder ausgetrieben.
Das so regenerierte Gemisch wird über die Leitung 13 abgezogen und mittels der Pumpe 14 nach Wärmeaufnahme im Wärmetauscher
11 in den Absorber 8 zurückgepumpt. Der ausgetriebene
Brüdendampf verläßt den Austreiber 10 und wird im Kondensator 12 bei niedriger Temperatur, z. B. Umgebungstemperatur, verflüssigt.
Das Kondensat wird über die Leitung 17 abgezogen, mit dem Kondensat aus der Leitung 17* und über die Leitung 19 mit
dem in Leitung 19' gemischt.
1. Beispiel:
Eine aufzukonzentrierende wäßrige Lösung durchläuft nacheinander
die Verdampferstufen 4, 3, 2 und 1, s. Fig. 1. Die Temperatur des Heizdampfes für die erste Stufe 1 beträgt 110 °C, der
Brüdendampf, der die Stufe 4 verläßt, besitzt eine Kondensationstemperatur von 70 0C. Zur Verfügung steht Sattdampf mit einer
Temeratur von 200 0C. Die Kühlmediumtemperatur beträgt 15 0C.
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Bei den gegebenen Temperatur- und Druckverhältnissen können pro kg Treibdampf etwa 0,27 kg Brüdendampf, der den
Verdampfer 4 mit einem Druck von ca. 0,31 bar verläßt, auf 1,43 bar, entsprechend 110 0C, verdichtet werden. Der
überschüssige Brüdendampf wird in den Wärmetransformatorteil geleitet. Etwa 52 % der überschüssigen Brüden gelangen
über die Leitung 7' in den Absorber 8, dem gleichzeitig eine
wäßrige Lösung, beispielsweise ein Lithiumbromid-Wasser-Gemisch
mit ca. 62,5 % Lithiumbromidanteilen oder Natronlauge
mit ca. 57,5 % NaOH-Anteilen,.bei einem Druck ρ ί 0,31 bar
über die Leitung 13 zugeführt wird. Der Brüdendampf wird durch das Lithiumbromid-Wasser-Gemisch oder die Natronlauge
unter Wärmeentwicklung bis zum Sättigungszustand absorbiert; das gesättigte Gemisch wird über die Leitung 13' abgezogen,
nach Wärmeabgabe im Temperaturwechsler 11 im Drosselventil 15 auf den Druck P„ 2 0,023 bar gedrosselt und dem Austreiber 10
zugeführt. Durch die sich entwickelnde Absorptionswärme, die im Absorber bei einer mittleren Temperatur von ca. 114 C frei
wird, kann das über die Leitung 27 eingebrachte Heizdampfkondensat,
dessen Temperatur mit .100 °C angenommen ist, wieder verdampfen und der Dampf mit einer Temperatur von ca. 110 0C
über die Leitung 25 dem den Dampfstrahler 6 verlassenden Dampf
in Leitung 24 zugemischt werden.
Das über die Leitung 13' in den Austreiber 10 gelangte angereicherte
Stoffgemisch wird mit dem über die Leitungen 7" und 7"'
eingebrachten Dampf in wärmetauschenden Kontakt gebracht. Hierbei wird der im Absorber 8 aufgenommene Brüdendampf aus dem Gemisch
bei einer Temperatur von 65 °C wieder ausgetrieben, über die Leitung 16 einem Kondensator 12 zugeführt und dort bei einer
Temperatur von 20 0C verflüssigt. Das regenerierte Gemisch, das
etwa 5 % weniger Wasser enthält als das gesättigte Gemisch nach dem Absorptionsvorgang, wird dem Austreiber entnommen, mittels
der Pumpe 14 in den Temperaturwechsler gefördert, wo es sich bis
nahezu auf die Absorberanfangstemperatur erwärmt, und gelangt anschließend
zurück in den Absorber 8. Das. Verhältnis der in den
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Leitungen 7" und 7"' zu der in der Leitung 7' transportierten
Dampfmenge beträgt etwa 1,2:1.
Mit der dargestellten Vorrichtung ist es bei den angenommenen Temperatur- und Druckverhältnissen sowie den genannten
Prozeßbedingungen möglich, bei einem Einsatz von 1 kg Treibdampf der Temperatur 200 0C ca. 2,20 kg Heizdampf von
110 C zu erzeugen. Dies entspricht einem spezifischen Dampfverbrauch
für die Gesamtanlage von 0,136 kg Dampf pro kg verdampftes Wasser, ein Wert der etwa 55 % niedriger liegt als
der für vergleichbare Vierstufenverdampfer ohne Wärmerückgewinnsystem
oder der theoretisch nur in einem neunstufigen Verdampfer erreicht werden kann.
2. Beispiel;
In einem mehrstufigen Verdampfer wird eine Lösung eingedampft, deren Brüden aus der letzten Stufe sich für die Anwendung der
Thermokompression nicht eignen. Die Temperatur des Heizdampfes für die erste Stufe beträgt 130 0C, die Kondensationstemperatur
der Brüden aus der letzten Stufe 70 0C. Als Prozeßdampf
steht überhitzter Dampf bei 16 bar und einer Temperatur von 215 0C zur Verfügung. Die Kühlmitteltemperatur beträgt 15 0C.
Der Wärmerückführteil ist entsprechend Fig. 2 gestaltet; der Transformatorteil besitzt als Hauptunterscheidungsmerkmal gegenüber
dem in Fig. 1 gezeigten einen zusätzlichen Verdampfer 33, einen weiteren Wärmetauscher 34 und die Verbindungsleitungen
16' und 35, die den Verdampfer 33 jeweils mit dem Kondensator
12 bzw. mit dem Absorber 8 verbinden.
Der Brüdendampf in Leitung 7' wird also nicht direkt in den Absorber
8 geleitet, sondern wird zur Verdampfung der im Austreiber 10 ausgetriebenen, anschließend im Kondensator 12 verflüssigten
und mit der Pumpe 32 in den Verdampfer 33 beförderten
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leichter siedenden Komponente verwendet. Diese Verfahrensschaltung ist zwar gegenüber der im ersten Beispiel beschriebenen
apparativ aufwendiger und exergcLisch etwa ungünstiger,
dafür ist man aber in der Wahl des Absorptionsgemisches frei, da der Brüdendampf nicht gleichzeitig als
Arbeitsmittel für den Absorptionsprozeß verwendet wird. Somit läßt sich auch der Wärmeinhalt von Brüden ausnutzen,
die entweder stark mit Fremdstoffen beladen sind oder zu denen sich keine geeigneten Absorptionspartner finden lassen.
/ils Arbeitsstoffpaar wird das Gemisch Ammoniak - Wasser gewählt,
bei dem Ammoniak als leichter siedende -Komponente auftritt, das im Austreiber 10 bei einer Temperatur von 65 C
ausgetrieben, im Kondensator 12 bei 20 0C verflüssigt, anschließend
im Verdampfer 33 bei 65 C verdampft und im Absorber 8 unter dem Druck ρ = 27 bar von der schwächer konzentrierten
Lösung aus Leitung 13 wieder absorbiert wird. Die Ammoniakkonzentration nach dem Austreibvorgang beträgt 46 %r
die nach dem Absorptionsvorgang 51 %.
Unter der Voraussetzung, daß das dem Absorber über die Leitung 27 zufließende Heißwasser bei einem Druck von 1 bar annähernd
Siedetemperatur besitzt, werden mit der dargestellten Vorrichtung pro kg Brüdendampf, der dem Tranεformatorteil über
die Leitungen T, 7" und 7"' zugeführt wird, ca. 0,41 kg Sattdampf
mit der Temperatur 100 0C erzeugt. Dieser Dampf wird im
Dampfstrahlapparat 6 durch den Treibdampf aus Leitung 5 (16 bar ,
215 0C) auf 2,7 bar, entsprechend einer Sättigungstemperatur von
130 C verdichtet. Die'hierzu benötigte Treibdampfmenge beträgt
ca. 2,1 kg pro kg Saugdampf. Pro kg Prozeßdampf des oben angegebenen Zustands werden also insgesamt 1,48 kg Heizdampf von 130 C
für die erste Verdampferstufe bereitgestellt. Dies entspricht einer Senkung des spezifischen Dampfverbrauchs von 32 S, gegenüber
dem für einen Mehrstufenverdampfer, der mit der gleichen
Stufenzahl ohne den beschriebenen Wärmerückführteil in dem Temperaturbereich 130 °C/70 0C arbeitet.
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U ORfG
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Im stationären Zustand ist der Dampfstrahlapparat 6 außer Betrieb und das Ventil 37 nur zur Leitung 26 hin geöffnet. Für
den Fall, daß sich die Betriebs zustände ändern, z. B. beim Anfahren der Anlage, bei Absinken der Brüdentemperatur oder
bei Absinken der Dampfmenge und/oder -temperatur in Leitung
25, wird zusätzlich der Dampfstrahlapparat 6'in Betrieb genommen,
dem über die Leitung 5'Treibdampf des gleichen Zustands wie in Leitung 5 zugeführt wird. Der Dampfstrahler 61 kann so
betrieben werden, daß sich der Druck des Mischdampfes nur unwesentlich von dem des Saugdampfes unterscheidet und somit der
Apparat nur der Mengenregulierung dient, er kann aber auch so ausgelegt sein, daß hier der den ersten Dampfstrahler verlassende
Mischdampf nochmals zum Zweck einer weiteren deutlichen Temperaturanhebung komprimiert wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zurückgewonnene Heizwärme als Prozeßdampf vorliegt,
der im Prozeß selbst wieder verwendet werden kann. Somit wird der Primärenergieaufwand für den Verdampfungsprozeß
erheblich gegenüber Mehrstufenverdampfe.rn gleicher Stufenzahl
und gleicher Leistung vermindert. Die Erfindung gestattet die Kombination der Vorteile von Mehrstufenverdampfern mit denen
von Brüdenverdichtern, ohne daß die Ausnutzung der Vorteile des einen Verfahrens die Wirkungsweise des anderen Verfahrens
nachteilig belastet. In Ergänzung zu den beiden dargestellten Beispielen ist es natürlich auch möglich, die bisher angewandte
Methode der Brüdenkompression mit DampfStrahlverdichtern vorteilhaft
zu beeinflussen, indem man einen Teil der Brüden aus der ersten Verdampferstufe mit Hilfe eines Dampfstrahlverdichters
in bekannter Weise komprimiert, den Mischdampf der ersten Stufe auf der Heizseite wieder zuführt und die überschüssigen Brüden
in weitere Verdampferstufen leitet, die mit einem Wärmetransformator kombiniert sind. Hierbei wird der im Wärmetransformatorteil
erzeugte Dampf zusammen mit den öberschußbrüden aus der ersten Verdampferstufe der zweiten Verdampferstufe zugeführt.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht in der Verminderung der thermischen Umweltbelastung und damit in der Herabsetzung
der Investitions- und Betriebskosten für die bei thermischen Prozessen erforderlichen Kühlvorrichtungen.
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Claims (14)
1.7 Mehrstufenverdampfer bestehend aus einem Verdampferteil und einem Wärmerückführteil, das die in den Brüden
des Verdampferteils enthaltene Wärme zumindest teilweise wieder in Nutzwärme umformt, deren Temperatur
deutlich über der Brtidentemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerückführteil aus
einer Kombination eines Brüdenkompressors mit einer nach dem Wärmetransformatorprinzip arbeitenden Anlage
besteht.
2. Verfahren und Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brüden
aus einer oder mehreren Verdampferstufen teilweise einem Dampfstrahlverdichter und teilweise einem
Wärmetransformator zugeführt werden.
3. Verfahren und Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüdendampf
aus einer oder mehreren Verdampferstufen sämtlich einem Wärmetransformator zugeführt, dort zumindest
teilweise ohne nennenswerten Einsatz höherwertiger Energie in Dampf höherer Temperatur umgeformt
und anschließend in einem Brüdenverdichter auf den erforderlichen Prozeßdampfdruck komprimiert wird.
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4. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der den Brüdenverdichter verlassende Dampf dem Prozeßdampf zum Betreiben
der Verdampferanlage beigemischt wird.
5. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Brüdenverdichter ein
Dampfstrahlapparat verwendet wird, dem Dampf mit hohem
Druck als Treibdampf über eine By-pass-Leitung zugeführt wird und daß der. nicht durch den By-pass
strömende Hochdruckdampf entweder in einem weiteren Dampfstrahlapparat oder durch Drosselung und Wassereinspritzung
auf Prozeßdampfniveau gebracht und zusammen mit dem Mischdampf des ersten Dampfstrahlapparates
in die erste Verdampferstufe eingeleitet wird.
6. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brüdehverdichter ein
mechanischer Kompressor verwendet wird, der von einer Wärme-Kraft-Maschine getrieben wird, in der Dampf auf
das Niveau des den Kompressor verlassenden Dampfes entspannt und der mit diesem gemeinsam dem Verdampferteil
als Prozeßdampf zugeführt wird.
7. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Wärmetransformatorteil
zugeführte Brüdendampf teilweise direkt in einen Absorber geleitet wird, in dem sich ein ungesättigtes
Mehrstoffgemisch befindet, das diesen unter Wärmeentwicklung absorbiert.
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8. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nach erfolgter Absorption gesättigte
Mehrstoffgemisch, die sogenannte reiche Lösung,
über eine Leitung einem Austreiber zugeführt wird, der unter einem niedrigeren Druck steht als
der Absorber und in dem unter Wärmezufuhr das angereicherte Gemisch durch Ausdampfen der absorbierten
Komponente regeneriert wird; daß das regenerierte Gemisch, die sogenannte arme Lösung, mittels einer
Pumpe in den Absorber zurückgefördert und die arme Lösung hinter der Pumpe mit der reichen Lösung in
wärmetauschenden Kontakt gebracht wird, bevor diese auf den niedrigeren Austreiberdruck gedrosselt wird.
9. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Austreibung der absorbierten Komponente benötigte Wärme die gleiche oder eine andere
Temperatur besitzt als der in den Absorber eingeleitete Brüdendampf, insbesondere aber die Brüden
aus einer oder mehreren Stufen des Verdampferteils zur Beheizung verwendet werden..
10. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der für den Wärmetransformatorteil vorgesehene Brüdenanteil einer Austreibstufe und einer
Verdampferstufe zugeführt wird, wobei durch Wärmekontakt mit dem Brüdendampf in der Austreibstufe bei
niedrigem Druck leicht siedende Bestandteile eines Mehrstoffgemisches ausgedampft, diese in einem Kondensator
anschließend verflüssigt, mittels einer Pumpe in die unter einem höheren Druck stehende Verdampferstufe
befördert, dort durch Wärmekontakt mit dem Brüdendampf wieder verdampft und anschließend von einem
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an Leichtsiedebestandteilen armen Mehrstoffgemisch
in einer Absorptionsstufe unter Wärmeentwicklung absorbiert werden; daß die Austreibstufe und die
Absorptionsstufe über Leitungen derart miteinander verbunden sind, daß in einer Leitung das nach der
Absorption gesättigte Mehrstoffgemisch auf den Austreiberdruck gedrosselt und in diesen eingeleitet
und über eine andere Leitung das an Leichtsiedendem verarmte Gemisch dem Austreiber entnommen und mittels
einer Pumpe in den unter dem höheren Druck stehenden Absorber zurückgefördert wird, wobei das gesättigte
und das verarmte Gemisch bei dem höheren Druck ebenso in Wärmetauschkontakt gebracht werden wie die unter
dem höheren Druck stehenden flüssigen Leichtsiedebestandteile mit den dampfförmigen Leichtsiedebestandteilen
nach dem Austreibvorgang.
11. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Austreibstufen verlassenden dampfförmigen Komponenten bei niedriger Temperatur,
vorteilhaft bei Umgebungstemperatur, verflüssigt werden.
12. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die in den Brüdenkondensaten der zum Verdampferteil gehörenden Verdampferstufen enthaltene
Wärme zusätzlich zur Beheizung der Austreiber- und/oder Verdampferstufen des Wärmerückführteils verwendet
werden.
130045/0164
13. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberstufen auf der Wärmeabgabeseite mit einem Dainpferzeugorsystem
ausgerüstet sind.
14. Verfahren und Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die zum Wärmerückführteil führenden Brüdendampfleitungen so miteinander
verbunden sind, daß mit Hilfe von Regelventilen die dem Wärmetransformatorteil und dem Brüdenverdichterteil
zugedachten Brüdenanteile beliebig abhängig und unabhängig voneinander eingestellt werden können.
130045/0164
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