DE3038789A1 - Fractionated condensation of solvent vapour mixt. - by compressed carrier gas through multistage turbine and condensate fraction after each stage - Google Patents
Fractionated condensation of solvent vapour mixt. - by compressed carrier gas through multistage turbine and condensate fraction after each stageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur fraktioniertenThe invention relates to a plant for fractionated
Kondensation von Lösungsmitteldampfgemischen aus einem Trägergasstrom.Condensation of solvent vapor mixtures from a carrier gas stream.
Bei den bekannten Verfahren und Anlagen, die beispielsweise in "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. 1 (1951), Seite 338 beschrieben sind, wird ein in einem Verdämpfungsraum mit Lösungsmitteldämpfen beladener Trägergasstrom zum Auskondensieren der Lösungsmitteldä#ofe und zur Abscheidung der Lösungsmittel abgekühlt, worauf der an Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom nach erneuter Erwärmung in den Verdampfungsraum zurückgeleitet wird. Die Lösungsmitteldämpfe- werden hierbei nicht vollständig aus dem Trägergasstrom auskondensiert; es verbleibt im Trägergasstrom noch eine gewisse Restmenge an Lösungsmitteldampf, die dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Kühlmittels entspricht. Um Lösungsmittelverluste zu vermeiden, fühstman den Trägergasstroms daher im Kreislauf. Die Aufnahmefähigkeit des an Lösmnsinitteldämpfen armen Trägergasstromes für Lösungsmittel dämpfe wird hierdurch zwar etwas herabgesetzt, was jedoch für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ohne Belang ist.In the known processes and systems, which are described, for example, in "Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 1 (1951), page 338 is described a carrier gas stream loaded with solvent vapors in an evaporation chamber to condense the solvent vapors and to separate the solvents cooled, whereupon the carrier gas stream poor in solvent vapors after renewed Heating is returned to the evaporation chamber. The solvent vapors are not completely condensed out of the carrier gas stream; it remains there is still a certain residual amount of solvent vapor in the carrier gas flow, which corresponds to the vapor pressure of the solvent corresponds to the temperature of the coolant. About solvent losses To avoid this, the carrier gas flow is therefore circulated. The receptivity of the carrier gas stream, which is poor in solvent vapors, for solvent vapors this is somewhat reduced, but this affects the economy of the process is irrelevant.
Das Verfahren eignet sich ganz allgemein zur Trennung von flüchtigen Lösungsmitteln von unverdampfbaren Substraten.The process is generally suitable for the separation of volatile Solvents from non-evaporable substrates.
Ein Anwendungsgebiet ist die Entfernung von LösungsmItte#-resten aus chemischen Substanzen , die unter Verwendung von Lösungsmitteln hergestellt oder gereinigt wurden. Weitere Anwendungsgebiete liegen auf dem Farben- und Lacksektor, auf dem Sektor der chemischen Reinigung von Textilien, auf dem Film- und Foliensektor, dem Kautschukverarbeitun#ssektor und dem Klebs£off- und KlebmaterialienseXtor.One area of application is the removal of solvent residues chemical substances made using solvents or have been cleaned. Further areas of application are in the paint and varnish sector, in the sector of dry cleaning of textiles, in the film and foil sector, the rubber processing sector and the adhesive off and adhesive materials sensor.
Bei den bekannten Anlagen sind im allgemeinen getrennte Kühleinrichtungen zum Auskondenßieren der Lösungsmitteic$:1tfe und Einrichtungen zum Wiederewärmen des an Löswngsmitteldämpfen armen Trägergasstromes vorgesehen, wodurch eire#-seits beträchtliche Mengen an Kühltmedium benötigt werden und andererseits ein hoher Energiebedarf erforderlich ist, um das an Lösungsmitteldämpfen arme Trägermedium wieder zu erwärmen. Diese Wiedererwärmung des Trägergasstromes ist notwendig, damit sich dieser im Verdampfungraum schnell wieder mit einer ausreichenden Menge Lösungsm'tteldampf beladen kann, d.h. daß das Substrat schneller getrocknet wird. Ferner ist eine Fraktionierung des Lösungsmittelgemisches während der Abtrennung nicht vorgesehen Aus der DE-PS 27 25 252 ist ferner eine Anlage zur Lösungsmittelrückgewinnung aus einem mit LösungsmitteldägWen beladenen wärmen Trägergasstrom bekannt, bei der dieser zum Auskondensieren der Lösungsmitteldampfe und zum AbscheIden der Lösungsmittel verdichtet, abgekühlt und unter Arbeitsleistung entspannt wird, wobei der an Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom nach erneuter Erwärmung in dem Verdampfungsraum zurückgeleitet wird.In the known systems there are generally separate cooling devices for condensing out the solvent: 1tfe and facilities for reheating of the carrier gas flow poor in solvent vapors, whereby a # -side considerable amounts of cooling medium are required and, on the other hand, a high energy requirement is required to reheat the carrier medium, which is poor in solvent vapors. This reheating of the carrier gas flow is necessary so that it is in the evaporation chamber can quickly be reloaded with a sufficient amount of solvent vapor, i.e. that the substrate is dried faster. There is also a fractionation of the solvent mixture not provided during the separation From DE-PS 27 25 252 is also one Plant for the recovery of solvents from a loaded with solvent dyes warm carrier gas flow known, in which this to condense out the solvent vapors and compressed to separate the solvents, cooled and working is relaxed, the carrier gas stream poor in solvent vapors after renewed Heating is returned in the evaporation space.
Die Rückleitung dieses Trägergasstromes erfolgt Jedoch im Gemisch mit einem dem Verdampfungsraum entnommenen, mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstrom. Dieser wird, nachdem er in indirekten Wärmeaustausch mit dem verdichteten Trägergasstrom erwärmt wurde, in einer Leitungsschleife zusammen mit dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom in den Verdampfungaraum zurückgeleitet.However, the return of this carrier gas flow takes place in a mixture with a carrier gas stream which is taken from the evaporation chamber and is laden with solvent vapors. This is after going into indirect heat exchange with the compressed carrier gas flow was heated, in a pipe loop together with the solvent vapors poor carrier gas flow returned to the evaporation chamber.
Es soll damit eine bessere lldrmeregelung bezweckt werden, -wobei allerdings der Nachteil in Kauf genommen wird, daß der in den Verdampfungsraum zurückgeleitete Trägergasstrsm einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Lösungsmitteldämpfen hat. Auf diese Weise wird der Trocknungseltekt im Verdampfungaraum herabgesetzt. Ferner ist in der DE-PS 27 25 252 angegeben, daß die bei der Entspannung in einer Expansionturbine freiwerdende Arbeit zurückgewonnen werden kann. Es fehlt jedoch ein Hinweis darüber, wo diese Arbeit nutzbringend eingesetzt werden kann.It is to be aimed at a better noise regulation, whereby however, the disadvantage is accepted that the returned to the evaporation chamber Carrier gas stream has a relatively high content of solvent vapors. on In this way, the drying effect in the evaporation room is reduced. Furthermore is in DE-PS 27 25 252 stated that the relaxation in an expansion turbine freed work can be regained. However, there is no indication that where this work can be put to good use.
Schließlich enthält die DE-PS 27 25 252 keine Hinweise auf eine fraktionierte Kondensation der Lösungsmitteldampfgemische.Finally, DE-PS 27 25 252 contains no references to a fractionated Condensation of the solvent vapor mixtures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage der vorstehend bezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, daß bei geringem apparativem Aufwand einerseits die bei der Entspannung des verdichteten, mit.The invention is based on the object of a method and a system the above-mentioned genus to the effect that at low Apparatus expenditure on the one hand with the relaxation of the compressed, with.
Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes anfallende Arbeitsleistung nutzbringend verwertet wird und gleicnzeit#g eine Fraktionierung des aus den Lösungsmitteldampfgemisch#n erhaltenen Kondensats erzielt wird, so daß verhältnismäßig reine, unmittelbar wiederverwendbare Lösungsmittelfraktionen erhalten bzw. unerwünschte Fraktionen entfernt werden können.Work performed by the carrier gas stream laden with solvent vapors is beneficially recycled and at the same time # g a fractionation of the solvent vapor mixture # n obtained condensate is achieved, so that relatively pure, immediately reusable Solvent fractions can be obtained or undesired fractions can be removed.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur frakticnierten Kondensation von Lösungsmitteldampfgemischen aus einem Trägergasstrom, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen komprimierten und gegebenenfalls vorgekühlten Trägergasstrom in einer mehrstufigen Entspannungsturbine unter Arbeitsleistung stufenweise abkühlt und die nach jeder Entspannungsstufe anfallende Lösungsmittel-Kondensatfraktion aus dem Trägergasstrom abscheidet.The invention thus relates to a method for fracturing Condensation of solvent vapor mixtures from a carrier gas stream, which thereby is characterized in that one is loaded with the solvent vapors compressed and optionally precooled carrier gas flow in a multi-stage expansion turbine gradually cools down during work and that which occurs after each relaxation step Separates solvent condensate fraction from the carrier gas stream.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: mindestens einen Verdichter zum Komprimieren des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstro mes, gegebenenfalls mindestens einen Kühler vom Vorkühlen des komprimierten, mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes und eine mehrstufige Entspannungsturbine, deren einzelne Stufen durch Trägergasstrom-Leitungen miteinander verbunden sind, in die Lösungsmittelabscheider eingeschaltet sind.The invention also relates to a system for implementation this procedure, which is characterized by the following features: at least one Compressor for compressing the carrier gas flow loaded with solvent vapors mes, optionally at least one cooler from the pre-cooling of the compressed, with the carrier gas flow loaded with solvent vapors and a multi-stage expansion turbine, the individual stages of which are connected to one another by carrier gas flow lines, in which solvent separators are switched on.
Die durch die Entspannungsturbine geleistete Arbeit wird vorzugsweise unmittelbar zur Komprimierung des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes verwendet, was - dia R H; o mehrstufige w.nt Entspannungsturbine mechanisch mit einem Verdichter gekoppelt ist.The work done by the expansion turbine is preferred directly to the compression of the carrier gas stream laden with solvent vapors used what - dia R H; o multi-stage w.nt expansion turbine mechanically is coupled to a compressor.
Mit Hilfe der Erfindung wird also nicht nur die bei der Entspannung des komprimierten Trägergasstromes geleistete Arbeit nutzbringend verwertet, sondern gleichzeitig auch eine Fraktionierung des Lösungsmitteldampfgemisches erzielt.With the help of the invention not only the relaxation the work performed by the compressed carrier gas stream is usefully utilized, but at the same time fractionation of the solvent vapor mixture is also achieved.
Durch eine genaue Abstufung der Kondensationstemperaturen können die Lösungsmittelgemische derart voneinander getrennt werden, daß sie als Einzelkomponenten bzw in Form von azeotropen Gemischen wieder einsetzbar sind. Es ist also nur ein Arbeitsprozeß notwendig, ohne daß es einer zusatzlichen Destillier-bzw. Fraktioniereinheit bedarf. Ferner ist ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet, dh. die Anlage benötigt keine Stabilisierungszeit. Zusätzliches überwachungspersonal bzw. automatische Uberwachungseinrichtungen sind nicht erforderlich.With a precise gradation of the condensation temperatures, the Solvent mixtures are separated from one another in such a way that they are used as individual components or can be reused in the form of azeotropic mixtures. So it's only one Work process necessary without there being an additional distillation or. Fractionation unit requirement. Furthermore, continuous operation is guaranteed, ie. the system needs no stabilization time. Additional monitoring personnel or automatic monitoring devices are not required.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, so daß empfindliche Lösungsmittel, z.B. chlorierte Kohlenwasserstoffe, nicht unter Bildung von korrodierenden Zersetzungsprodukten, wie Chlorwasserstoffsäure, zersetzt werden Es sind also keine zusätzlichen Adsorptionsstufen zur Entfernung dieser korrodierenden Substanzen erforderlich.The method according to the invention operates at relatively low levels Temperatures so that sensitive solvents, e.g. chlorinated hydrocarbons, does not result in the formation of corrosive decomposition products such as hydrochloric acid, There are no additional adsorption steps for removal these corrosive substances are required.
Sollten jedoch Zersetzungsprodukte auftreten bzw. störende Substanzen aus dem Trocknungsprozeß eingeschleppt werden (z.B. Wasser in einem Gemisch organischer Lösungsmittel) so können diese störenden Substanzen mit Hilfe der erfindungsgemäßen fraktionierten Kondensation aus dem Lösungsmitteldampigemisch entfernt und verworfen werden.However, should decomposition products occur or interfering substances brought in from the drying process (e.g. water in a mixture of organic Solvent) so these interfering substances with the help of the invention fractional condensation removed from the solvent vapor mixture and discarded will.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei dar Herstellung von flächigem Klebmaterial angewendet werden, wobei ein Klebstoff auf Papier oder Textilbahnen oser -bänder aufgetragen wird. Derartige Bänder können beispielsweise als technische Klebebänder oder als Bänder bzw Bahnen für medizinische Zwecke (z.B. Heftpflaster) verwendet werden. Zum Aufbringen des Klebstoffes auf die Papier- oder Textilbahn wird dieser mit Hilfe von flüssigen Lösungsmitteln in einen fließfähigen Zustand gebracht9 so daß er sich in hinreichend dünnen und gleichmäßigen Schichten aufbringen läßt. Beim Trocknen verdampft das Lösungsirittel4 Hierzu verbleibt das Produkt während einer durch die Flüchtigkeit und die Menge des Lösungsmittels bestimmten Zeit in einem Verdampfungsraum in Kontakt mit dem Trägergas , das die Lösungsmitteldämpfe aufnimmt.The method according to the invention can be used, for example, in the production of flat adhesive material, with an adhesive on paper or Textile webs oser tapes is applied. Such bands can, for example as technical adhesive tapes or as tapes or sheets for medical purposes (e.g. Adhesive plaster). For applying the adhesive to the paper or Textile web turns this into a flowable one with the help of liquid solvents Condition brought9 so that it is in sufficiently thin and even layers can raise. The solvent evaporates during the drying process Product during a determined by the volatility and the amount of solvent Time in an evaporation room in contact with the carrier gas, which is the solvent vapors records.
Weitere Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise bei der Lackierung und Entfettung von Metallgegenständen, z.B. im Automobilbau.Further areas of application of the method according to the invention are, for example in the painting and degreasing of metal objects, e.g. in the automotive industry.
Als Losunbsmittel für Klebstoffe sowie für viele andere Anwendungszwecke werden in der Regel Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische verwendet, deren Dämpfe entzündlich sind. Zur Rückgewinnung derartiger Lösungsmitteldämpfe kann man daher ein Trägergas mit einem unterhalb der Entzündungsgrenze liegenden Sauerstoffgehalt verwenden.As a solvent for adhesives as well as for many other purposes Usually solvents or solvent mixtures are used, their vapors are flammable. To recover such solvent vapors one can therefore a carrier gas with an oxygen content below the ignition limit use.
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise von vornherein Inertgase, wie Stickstoff oder K#ohlendioxid, verwenden; man kann aber auch den Sauerstoffgehalt von Luft durch Zumischen eines Inertgases soweit herabsetzen, daß die Entzündungsgrenze nicht mehr erreicht wird. In gewissen Fällen ist es auch möglich, Verbrennungsabgasa mit einem niedrigeren Sauerstoffgehalt zu verwenden.For this purpose, for example, inert gases, such as nitrogen or carbon dioxide, use; but you can also check the oxygen content reduce the amount of air by adding an inert gas, that the ignition limit is no longer reached. In certain cases it is also possible To use combustion exhaust gases with a lower oxygen content.
Die Entzündbarkeit der Lösungsmitteldämpfe ist aber nicht nur eine Funktion des Sauerstoffgehalts im Trägergas, sondern hängt auch von der Konzentration und der Art des Lösungsmitteldampfes ab. So ist beispielsweise die Erizundungsgefahr bei niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen und Äthern größer als bei Halogenkohlenwasserstoffen. Die Entzündungseigenschaften verschiedener Lösungsmitteld fe sind aber bekannt, und es können die zulässigen Lösungsmitteldampfkonzentrationen und Sauerstoffgehalte aus der Literatur entnommen bzw. durch einfache Versuche festgestellt werden. The flammability of solvent vapors is not just one Function of the oxygen content in the carrier gas, but also depends on the concentration and the type of solvent vapor. For example, there is a risk of explosion higher for low-boiling hydrocarbons and ethers than for halogenated hydrocarbons. However, the ignition properties of various solvent fields are known, and there can be the permissible solvent vapor concentrations and oxygen levels taken from the literature or determined by simple experiments.
Die Verwendung eines inerten bzw. sauerstoffarmen Trägergasstromes bietet den Vorteil, 'daß der Trägergasstrom eine große Menge Lösungsmitteldämpfe aufnehmen kann, ohne daß die Gefahr einer Explosion auftritt. Auf diese Weise kamin die umzuwälzende Trägergasmenge niedrig gehalten werden so daß die zum Abkühlen bzw. Wiedererwärmen des Trägergases erforderliche Energiemenge reduziert werden kann. The use of an inert or low-oxygen carrier gas stream has the advantage that the carrier gas stream contains a large amount of solvent vapors can absorb without the risk of explosion occurs. That way, chimney the amount to be circulated carrier gas can be kept low so that the cooling or rewarming of the carrier gas required amount of energy can be reduced can.
Das Verfahren gemaß der Erfindung ist nicht auf die Rücewinnung von organischen Lösungsmitteln beschränkt; es können auch anorganische Lösungsmittel 9 wie Ammoniak und Schwefaldioxid, verwendet werden, desgleichen Lösungsmittel, die zwischen den anorganischen und den organischen Lösungsmitteln stehen, wie Schwefelkohlenstoff oder Tetrachiorkohlenstoff. Da diese Lösungsmittel (ausgenommen S#h#efelkohlenstoff) unbrennbar sind, ist die Einhaltung einer bestimmten Sauerstoffkonzentration sm Trägergas in diesen Fällen nicht erforderlich, d.h man kann im einfachsten Fall Luft als Trägergas verwenden, wie es beispielsweise in der Lackiertechnik üblich ist.The method according to the invention is not based on the recovery of restricted to organic solvents; inorganic solvents can also be used 9 such as ammonia and sulfur dioxide, are used, as well as solvents, that stand between the inorganic and organic solvents, such as carbon disulfide or carbon tetrachloride. Since these solvents (with the exception of carbon disulfide) are non-flammable, compliance with a certain oxygen concentration sm Carrier gas in these Cases not required, i.e. you can use the In the simplest case, use air as the carrier gas, as is the case, for example, in painting technology is common.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt beispielsweise auch die Abscheidung von Wasser aus einem organischen Lösungsmitteldampfgemisch, da sein Siedepunkt höher ist als der vieler organischer Lösungsmittel.With the help of the method according to the invention it is possible, for example also the separation of water from an organic solvent vapor mixture, because its boiling point is higher than that of many organic solvents.
Obwohl Wasser in organischen Lösungsmittelgemischen, z.i3#.Although water in organic solvent mixtures, e.g. i3 #.
für die ijblichen selbstklebenden Klebstoffe, nicht verwendet wird, wird es dennoch in das System eingeschlep#Z, da es an den Papier- bzw. Textilbahnen adsorbiert ist, die als Unterlagen für das Klebmaterial verwendet werden.is not used for the usual self-adhesive adhesives, it is still introduced into the system because it is attached to the paper or textile webs is adsorbed, which are used as a base for the adhesive material.
Das Wasser kann z.B. auch in Form von Luftfeuchtigkeit eingeführt werden, wenn Luft, die nicht im Kreislauf geführt wird, als Trägergasstrom verwendet wird, wie es in der Lackierungstechnik üblich ist. In allen diesen Fällen muß das Wasser aus dem orgaIlischen Lösungsmittelgemisch entfernt werden, was erfindungsgemäß auf einfache Weise durch fraktionierte Kondensation geschieht.The water can e.g. also be introduced in the form of humidity are used when non-circulating air is used as the carrier gas stream as is customary in painting technology. In all of these cases it must Water can be removed from the organic solvent mixture, which according to the invention happens in a simple way by fractional condensation.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so duwcilgeführt, daß man den aus der Entspannungsturbine aust#rete#-den Trägergasstrom zur indirekten Kühlung des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen komprimierten Trägergasstromes verwendet, wobei dieser Trägergasstrom zweckmäßig unmittelbar vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine gekühlt wird.The method according to the invention is preferably carried out in such a way that that the carrier gas flow from the expansion turbine is discharged to the indirect one Cooling of the compressed carrier gas stream loaded with solvent vapors is used, this carrier gas stream expediently immediately before entering the expansion turbine is cooled.
Die entsprechende apparative Ausgestaltung ist dadurch g-ekennzeichnet, daß zwischen Verdichter und Entspannungsturine in den mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstrom ein Wärmeaustauscher eingeschaltet ist, der von dei.The corresponding equipment configuration is characterized by g-e, that between the compressor and relaxation turine in the laden with solvent vapors Carrier gas flow a heat exchanger is switched on, which is of dei.
kalten, an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchströmt ist.- Durch die Einschaltung dieses Wärmeaustauschers kann erreicht werden, daß auch Lösungsmittelfraktionen mit verhältnismäßig niedrigen Siedepunkten aus dem TragergaE-strom ausgeschieden werden können, wobei die Dimensionen von Verdichter und Entspannungsturbine verhaltnismäßig klein gehalten werden können.cold carrier gas stream, poor in solvent vapors, is flowing through it. By the connection of this heat exchanger can be achieved that also solvent fractions excreted from the TragergaE stream with relatively low boiling points can be, the dimensions of the compressor and expansion turbine in proportion can be kept small.
Außerdem wird der an Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom wieder erwärmt und kann in einem Kreislaufsystem als warmes Trocknungsgas wiederverwendet werden.In addition, the carrier gas stream, which is poor in solvent vapors, is restored heated and can be reused in a circulatory system as warm drying gas will.
Nach einer bevorzugten Ausf,ührungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß man den mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstrom in mindestens zwei stufen komprimiert und auf mindestens einer Zwischenstufe kühlt. Zu diesem Zweck enthält die erSindungsgemäße Anlage zwei Verdichter, von denen der erste mit einer äußeren Energiequelle und der zweite mit der Entspannungsturbine gekoppelt sind, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichter ein Kühler vorgesehen ist. Durch die direkte mechanische Kopplung der Entspannungsturine mit dem zweiten Verdichter kann ein Getriebe eingespart werden. Da ferner auf der ersten Kompressionsstufe nur die Differenz der Verdichtungs- und Entspannungsarbeiten mit Hilfe einer äußeren Energiequelle, z.B. einem Elektromotor, zuzuführen ist, können diese Elemente sowie die erforderlichen Kupplungen und Getriebe kleiner ausgelegt werden. Die Verwendung von zwei Verdichtern gestattet einem bessere Steuerung des Verdichtungsprozesses, und zwar über den ersten Verdichter, dessen Leistung mit Hilfe des Elektromotors geregelt werden kann. Der zwischen den beiden Verdichtern vorgesehene Kühler ermöglicht eine einfache Steuerung der Temperatur des in den zweiten Verdichter eintretenden Trägergases und somit indirekt eine Steuern der Kondensationstemperaturen nach den einzelnen Stufen der Entspannungsturbine.According to a preferred embodiment, the inventive Process carried out in such a way that the carrier gas stream laden with the solvent vapors Compressed in at least two stages and cooled in at least one intermediate stage. For this purpose, the system according to the invention contains two compressors, of which the first with an external energy source and the second with the expansion turbine are coupled, with a cooler between the first and the second compressor is provided. Due to the direct mechanical coupling of the relaxation urine with the second compressor can be saved with a gear. Since further on the first Compression level only includes the difference between the compression and relaxation work With the help of an external energy source, e.g. an electric motor, can these elements as well as the required clutches and gears are designed to be smaller will. The use of two compressors allows better control of the Compression process, namely via the first compressor, whose performance with Can be regulated using the electric motor. The one between the two compressors provided cooler allows easy control of the temperature of the in the second compressor entering carrier gas and thus indirectly a control of the Condensation temperatures after the individual stages of the expansion turbine.
Weitere Temperatursteuerungssöglichkeiten ergeben sich dadurch, daß gewisse Elemente der Anlage durch Bypass-Leitungen überbrückt werden können, z.B. die Verdichter, der Wärmeaustauscher zwischen dem zweiten Verdichter und der Entspannungsturbine und die Trägergasstrom-Leitungen zwischen den einzelnen Stufen der Entspannungsturbine.Further temperature control options result from the fact that certain elements of the system can be bridged by bypass lines, e.g. the compressors, the heat exchanger between the second compressor and the expansion turbine and the carrier gas flow lines between the individual stages of the expansion turbine.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfi*nL dungsgemäßen Anlage; Fig. 2 eine schematische Darstellung des Druck- und Temperaturverlaufes in der Anlage von Fig. 1.The invention is explained below with reference to the drawing. Show it: 1 shows a preferred embodiment of a system according to the invention; Fig. 2 a schematic representation of the pressure and temperature profile in the system of Fig. 1.
Der z.B. aus einer Trocknungsanlage (nicht dargestellt) kommende, mit Lösungsmitteldämpfen beladene Trägergasstrom 10 wird in einem ersten Verdichter 12 (üblicherw'c-'Ice einer Kompressorpumpe) verdichtet und hierbei adibatisch erhitzt. Der Verdichter 12 ist über eine Kupplung und ein Getriebe (nicht dargestellt) mit einem Elektromotolw 14 als äußere Energiequelle kraftschlüssig verbunden. Die Drehzahl des Elektromotors ist regelbar, wodurch eine wechselnde Verdichtung des Trägergasstromes möglich Ist. The, for example, coming from a drying plant (not shown), Carrier gas stream 10 laden with solvent vapors is in a first compressor 12 (usually a compressor pump) compressed and heated adibatically. The compressor 12 is connected via a clutch and a transmission (not shown) an electric motor 14 frictionally connected as an external energy source. The speed of the electric motor can be regulated, resulting in an alternating compression of the carrier gas flow is possible.
Nach dem Verdichter 12 tritt der komprimierte Trägergasstrom in den Kühler 16 ein, in welchem er mit Hilfe eines Kühlmittels, dessen Strömungsgeschwindigkeit durch das Ventil 18 regelbar ist abgekühlt wird. Mit Hilfe des Ventils 18 ist eine indirekte Temperaturregelung in den Entspannungsstufen möglich, welche nachstehend noch näher erläutert sind.After the compressor 12, the compressed carrier gas flow enters the A cooler 16, in which he with the help of a coolant, its flow rate can be regulated by the valve 18 is cooled. With the help of the valve 18 is a Indirect temperature control possible in the relaxation levels, which are shown below are explained in more detail.
Aus dem Kühler 16 gelangt der abgekühlte Trägergasstroz in den zweiten Verdichter 20, einen Hochdruckverdichter, der mit der nachstehend noch näher beschriebenen mehrstufigen Entspannungsturbine 22 (einem modifizierten Turbolader) unmittelbar mechanisch gekoppelt ist, was duch die mit 24 bezeichnete Welle angedeutet ist. Nach dem Verdichter 20 tritt der verdichtete Trägergasstrom 10 in den Wärmeaustauscher 26 ein, in welchem er in indirektem Wärmeaustausch mit dem an Lösungsmitteldj-#mpfon armen Trägergasstrom 28 abgekühlt wird. Der Wärmeaustauscher 26 kann durch eine Bypass-Leitung 30 mit Bypass-Ventil 32 (gestrichelt dargestellt) überbrückt sein, wodurch eine weitere Möglichkeit der Temperaturregelung des Trägergasstromes gegeben ist.The cooled carrier gas flows from the cooler 16 into the second Compressor 20, a high pressure compressor, which is described in more detail below with that multi-stage expansion turbine 22 (a modified turbocharger) immediately is mechanically coupled, which is indicated by the shaft designated 24. After the compressor 20, the compressed carrier gas flow 10 enters the heat exchanger 26 a, in which it is in indirect heat exchange with the solvent on j- # mpfon poor carrier gas stream 28 is cooled. The heat exchanger 26 can by a Bypass line 30 to be bridged with bypass valve 32 (shown in dashed lines), this provides a further possibility of regulating the temperature of the carrier gas flow is.
Falls nach dem Wärmeaustauscher bereits ein Teil der höhersiedenden Lösungsmitteldämpfe bzw. Wasser auskondensieren sollte, kann bereits vor der mehrstufigen Entspannungsturbine 22 ein Lösungsmittelabscheider vorgesehen sein (nicht dargestellt). Auf diese Weise kann ven#indert werden, daß abgeschiedene LZ5sungsmitteltröpfchen bzw.If, after the heat exchanger, some of the higher-boiling ones are already present Solvent vapors or water should condense out before the multi-stage Expansion turbine 22 may be provided with a solvent separator (not shown). In this way it can be prevented that separated liquid droplets respectively.
Eisteilehen in die Entspannungsturbine gelangen und zu einer Beschädigung der Beschaufelung führen können. Eine vorzeitige Ausscheidung von EisteiXhen bzw. Lösungsmitteltröpfchen kann auch durch Öffnung des Bypass-Ventils 32 verhindert werden.Ice parts get into the expansion turbine and cause damage the blading can lead. A premature elimination of ice axons or Solvent droplets can also be prevented by opening the bypass valve 32 will.
In die mehrstufige Entspannungsturbine 22 tritt also vorzugsweise ein Trägergasstrom ein, der nur Lösungsmitteldämpfe, ntht aber flüssige bzw. feste Lösungsmittelteilchen enthält. Die Entspannungsturbine 22 ist, wie schon erwähnt, ueber die Welle 24 unmittelbar mechanisch mit dem Verdichter 20 gekoppelt. Die in der Entspannungsturbine 22 gewonnene Arbeit kann also praktisch ohne Verluste zur Verdichtung des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Tragelgasstromes 10 im Verdichter 20 ausgenützt werden, da keine Getriebeverluste entstehen. Der Motor 14, der den ersten Verdichter 12 antreibt, ist die einzige äußere Energiequelle des Systems, wobei die Energiezufuhr je nach den Bedürfnissen des Systems flexibel gestaltet werden kann.The multistage expansion turbine 22 therefore preferably occurs a stream of carrier gas, which only contains solvent vapors, but which is liquid or solid Contains solvent particles. As already mentioned, the expansion turbine 22 is Mechanically coupled directly to the compressor 20 via the shaft 24. In the the expansion turbine 22 gained work can therefore practically without losses Compression of the carrier gas stream 10 laden with solvent vapors in the compressor 20 can be used as there are no transmission losses. The engine 14, the first compressor 12 drives is the only external source of energy of System, whereby the energy supply is designed flexibly depending on the needs of the system can be.
In der mehrstufigen Entspannungsturbine 22 findet infolge der geleisteten Arbeit eine abgestufte weitere Mbkühlun; des Trägergasstromes statt Hierbei kondensiert die Lösungsmittelfraktion mit dem höchsten Siedepunkt in der ersten Entspannungsstufe und wird über die Trägergasstrom-Leitung 34a in den Lösungsmittelabscheider 36a (üblicherweise einen Zyklonabs#eider) geleitet. Aus dem Lösungsmitto#labscheider fließt die erste Lösungsmitelfraktion über die Leitung 38a in den Sammelbehälter 40a.In the multi-stage expansion turbine 22 takes place as a result of the Work a gradual further cooling; of the carrier gas stream condenses instead of this the solvent fraction with the highest boiling point in the first expansion stage and is via the carrier gas flow line 34a into the solvent separator 36a (usually a Zyklon abs # eider). From the solvent # labscheider the first solvent fraction flows into the collecting container via line 38a 40a.
Der von der ersten Lösungsmittelfraktion befreite Tragergasstrom fließt nach dem Lösungsmittelabscheider 36a über die Trägergasstront-Leitung 34a in die zweite Stufe der Entspannungsturbine zurück, in welcher eine weitere Abkühlung des Trägergasstromes stattfindet und die zweite Lösungsmittelfraktion mit dem nächst-niedrigeren Siedepunkt auskondensiert. Der Trägergasstrom mit dieser Lösungsmittelfraktion wird nun über die Trägergasstrom-Leitung 34b in den Lösungsmittelabscheider 36b ~geführt', in welchem die flüssige Lösungsmittelfraktion abgeschieden und über die Lösungsmittelleitung 38b in den Sammelbehäler 40b geleitet wird.The carrier gas stream freed from the first solvent fraction flows after the solvent separator 36a via the carrier gas flow line 34a into the second stage of the expansion turbine back, in which a further cooling of the Carrier gas stream takes place and the second solvent fraction with the next lower Boiling point condensed out. The carrier gas stream with this solvent fraction is now passed through the carrier gas flow line 34b into the solvent separator 36b ', in which the liquid solvent fraction is deposited and via the solvent line 38b is passed into the collecting container 40b.
Der von der zweiten Lösungsmittelfraktion befreite Tragergas strom fließt über die Leitung 34b in die dritte El spannungsstufe der Entspannungsturbine, und der gesamte Vorgang wiederholt sich in den folgenden Entspannungsstfen.The carrier gas stream freed from the second solvent fraction flows via line 34b into the third voltage stage of the expansion turbine, and the whole process is repeated in the following relaxation stages.
Die n-te Lösungsmittelfraktion wird in der letzten Entspannungs stufe auskondensiert und verläßt, diese zusammen mit dem von Lösungsmitteldämpfen befreiten Trägergasstrom über die Leitung 34n7 wird im Lösungsmittelabscheider n abgeschieden und über die Lösungsmittelleitung 38n in dcn Sammelbehälter 40n geführt. Der von Lösungsmitteldämpfen praktisch freie Trägergasstrom 28 durchströmt nun den Wärmeaustauscher 26 im indirekten Wärmeaustausch zu tem mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstrom 10, wobei er sich wieder erwärmt.The n-th solvent fraction is in the last expansion stage condenses out and leaves, this freed together with the solvent vapors Carrier gas flow via line 34n7 is separated in solvent separator n and guided via the solvent line 38n into the collecting container 40n. The from Solvent fumes practically free carrier gas stream 28 flows through it now the heat exchanger 26 in indirect heat exchange to tem with solvent vapors loaded carrier gas stream 10, where it heats up again.
Fig. 2 zeigt den Druck- und Temperaturverlauf in der Anlage gemäß Fig. 1, wobei auf der Abszisse in willkürlichem Maßstab die Bereiche der Einzelkomponenten der Anlage dargestellt sind. Auf der Ordinate sind der Druck (P, ausgezogene Linie) und die Temperatur (T, gestrichelte Linie) dargestellt. Im Bereich des Verdichters 12 netzen Druck und Temperatur zu. Im Bereich des Kühlers 16 fällt die Temperatur verhältnismäßig stark ab, während der Druck P praktisch konstant bleibt. Im Bereich des Verdichters 20 erhöhen sich sowohl der Druck als auch die Temperatur.Fig. 2 shows the pressure and temperature profile in the system according to 1, with the areas of the individual components on the abscissa on an arbitrary scale of the system are shown. On the ordinate are the pressure (P, solid line) and the temperature (T, dashed line). In the area of the compressor 12 network pressure and temperature. In the area of the cooler 16, the temperature falls relatively strong, while the pressure P remains practically constant. In the area of the compressor 20, both the pressure and the temperature increase.
Im Bereich des Wärmeaustauschers 26 fällt die Temperattlr stark ab, während der Druck praktisch unverändert bleibt.In the area of the heat exchanger 26, the temperature drops sharply, while the pressure remains practically unchanged.
Im Bereich der mehrstufigen Entspannungsturbine 22 erfolgt ein abgestufter Druck- und Temperaturabfall. Schließlich steigt im Bereich 26' die Temperatur des nun von Lösungsmitteldämpfen befreiten Trägergasstromes wieder an, während der Druck konstant bleibt. Die Druck- und Temperaturangaben sind willkürlich und hängen u.a. vom jeweils verwendeten Lösungsmittelgemisch' von den Ein- und Ausgangswerten und von dem gewünschten Fraktionierungsgrad ab.In the area of the multistage expansion turbine 22, a stepped expansion takes place Pressure and temperature drop. Finally, the temperature of the rises in the area 26 ' carrier gas stream now freed from solvent vapors resumes, while the pressure remains constant. The pressure and temperature specifications are arbitrary and depend, among other things, on from the solvent mixture used in each case 'from the input and output values and on the desired degree of fractionation.
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