DE3223739C2 - Method and apparatus for evaporating a substantially aqueous liquid - Google Patents

Method and apparatus for evaporating a substantially aqueous liquid

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DE3223739C2 DE19823223739 DE3223739A DE3223739C2 DE 3223739 C2 DE3223739 C2 DE 3223739C2 DE 19823223739 DE19823223739 DE 19823223739 DE 3223739 A DE3223739 A DE 3223739A DE 3223739 C2 DE3223739 C2 DE 3223739C2
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, wobei man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden Kältemittel weitgehend verflüssigt, der Kältemitteldampf durch Verdichten auf eine über der Eindampftemperatur liegende Temperatur erwärmt und dann durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Kältemittel entspannt und zum Wärme tausch mit den Brüden zurückführt.The invention relates to a method and a device for evaporating an essentially aqueous liquid, the vapor being largely liquefied by heat exchange with an evaporating refrigerant, the refrigerant vapor being heated by compression to a temperature above the evaporation temperature and then by heat exchange with the liquid to be evaporated condenses and the liquefied refrigerant relaxes and returns to the heat exchange with the vapors.

Description

a) als Wänneübertragungsmedium ein bei Normaldruck unterhalb von 600C siedendes Kältemittel verwendet,a) used as a Wänneübertragungsmedium at atmospheric pressure below 60 0 C boiling refrigerant,

b) das Eindampfen der Flüssigkeit bei einem im wesentlichen dem äußeren Luftdruck entsprechenden Druck durchführt,b) evaporation of the liquid at a pressure essentially corresponding to the external air pressure Printing,

c) das dampfförmige Kältemittel vor dem Verdichten durch Wärmetausch mit dem noch nicht entspannten flüssigen Kältemittel weiter erwärmt undc) the vaporous refrigerant before the compression by heat exchange with the not yet relaxed liquid refrigerant is further heated and

d) die Arbeitsdrücke des Kältemittels so einstellt, daß dessen Siedepunkt beim Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit 5 bis 30% über deren Siedepunkt und beim Wärmetausch mit den Brüden 5 bis 20% unterhalb deren Kondensationspunkt liegt.d) adjusts the working pressures of the refrigerant so that its boiling point during heat exchange with of the liquid to be evaporated 5 to 30% above its boiling point and during heat exchange with the vapors 5 to 20% below their condensation point.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kältemittel 1-Chlordifluor-2-dichlorf luorethan, 1 -Chlordif luor-2-chlordifluoretahn oder Fluortrichlormethan verwendet2. The method according to claim 1, characterized in that the refrigerant used is 1-chlorodifluoro-2-dichloro luoroethane, 1-chlorodifluor-2-chlorodifluoretane or fluorotrichloromethane is used

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den verdichteten, heißen Kältemitteldampf durch Wärmetausch mit einem aus der einzudampfenden Flüssigkeit abgezweigten, nachfolgend in diese zurückgeführten Flüssigkeitsstrom kondensiert.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the compressed, hot Refrigerant vapor through heat exchange with a branched off from the liquid to be evaporated, subsequently condensed into this recirculated liquid stream.

4. Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, mit einem diese aufnehmenden Ausdampfbehälter (2), mindestens einem im Betriebszustand von einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium beaufschlagten Brüdenkondensator (3), einer mit diesem verbundenen Kompressorvorrichtung (8) zum Verdichten des aus dem Brüdenkondensator (3) abströmenden verdampften Wärmeübertragungsmediums, einer mit der Druckseite der Kompressorvorrichtung (8) verbundenen, im Betrieb von verdichtetem dampfförmigen Wärmeübertragungsmedium durchströmten Heizvorrichtung (1) zum Erwärmen der einzudampfenden Flüssigkeit und einer von der Heizvorrichtung (1) zum Brüdenkondensator (3) führerden, mit einem Entspannungsventil versehenen Rückleitung (15) für das kondensierte Wärmeübertragungsmedium d a durch gekennzeichnet, daß4. Device for evaporation of an essentially aqueous liquid, with a receiving it Evaporation tank (2), at least one in the operating state of a liquid heat transfer medium acted upon vapor condenser (3), a compressor device connected to this (8) for compressing the evaporated heat transfer medium flowing out of the vapor condenser (3), one connected to the pressure side of the compressor device (8) and, during operation, of compressed vaporous heat transfer medium flow through heating device (1) for heating the liquid to be evaporated and one from the heating device (1) to the vapor condenser (3) the return line (15) provided with a relief valve for the condensed heat transfer medium d a characterized in that

zwischen dem verdampften, unverdichteten Kältemittel und dem kondensierten, verdichteten Kältemittel angeordnet ist und
b) die Kompressorvorrichtung (8) und das Entspannungsventil (9) so ausgelegt sind, daß im Betrieb die Siedepunkte des Kältemittels unter dem Arbeitsdruck in der Heizvorrichtung (1) bzw. im Brüdenkondensator (3) 5 bis 20% über bzw. unter der Siedetemperatur der einzudampfenden Flüssigkeit liegen.
is arranged between the evaporated, uncompressed refrigerant and the condensed, compressed refrigerant and
b) the compressor device (8) and the expansion valve (9) are designed so that the boiling points of the refrigerant under the working pressure in the heating device (1) or in the vapor condenser (3) are 5 to 20% above or below the boiling point the liquid to be evaporated.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressorvorrichtung (8) als Turbokompressor ausgebildet ist5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the compressor device (8) as Turbo compressor is formed

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher der Ausdampfbehälter über eine Kreislaufleitung mit einer durch ein Heizmedium beaufschlagten Heizvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Ausdampfbehälter (2) zur Heizvorrichtung (1) führenden Zuleitung (12) eine Förderpumpe (J) und in der von der Heizvorrichtung zurück zum Ausdampfbehälter (2) verlaufenden Rückleitung (13) ein untspannungsventil (10) angeordnet ist6. Apparatus according to claim 4 or 5, in which the evaporation container is connected via a circuit line to a heating device acted upon by a heating medium, characterized in that in the supply line (12) leading from the evaporation container (2) to the heating device (1), a feed pump ( J) and in the return line (13) running from the heating device back to the evaporation tank (2) an undervoltage valve (10) is arranged

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brüdenkondensator (3) ein Abscheider (3a) für den Kältereitteldampf nachgeschaltet ist7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the vapor condenser (3) is followed by a separator (3a) for the refrigerant vapor

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als Wärmetauscher ausgebildeten Heizvorrichtung (1) ein Kältemittel-Sammler (5) nachgeschaltet ist.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the heat exchanger trained heating device (1) is followed by a refrigerant collector (5).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Kältemittel beaufschlagten Brüdenkondensator (3) ein weiterer Brüdenkondensator (4) nachgeschaltet ist9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the refrigerant applied vapor condenser (3) is followed by a further vapor condenser (4)

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese zur Durchführung des Ausdampfens bei einem im wesentlichen dem äußeren Luftdruck entsprechenden Druck ausgelegt ist10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that it is for implementation designed for evaporation at a pressure substantially corresponding to the external air pressure is

a) in der vom Brüdenkondensator (3) zur Kompressorvorrichtung (8) führenden Dampfleitunga) in the steam line leading from the vapor condenser (3) to the compressor device (8)

(14) und der von der Heizvorrichtung (1) zum Entspannungsventil (9) führenden Rückleitung(14) and the return line leading from the heating device (1) to the expansion valve (9)

(15) ein Wärmetauscher (6) zum Wärmetausch(15) a heat exchanger (6) for heat exchange

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, bei welchem man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden flüssigen Wärmeübertragungsmedium weitgehend verflüssigt, das verdampfte Wärmeübertragungsmedium durch Verdichten über die Eindampftemperatur erwärmt, das verdichtete, dampfförmige Wärmeübertragungsmedium durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Wärmeübertragungsmedium entspannt und zum Wärmetausch mit den Brüden zurückführt sowie eine Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, mit einem diese aufnehmenden Ausdampfbehälter, mindestens einem im Betriebszustand von einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium beaufschlagten Brüdenkondensator, einer mit diesem verbundenen Kompressorvorrichtung zum Verdichten des aus dem Brückenkondensator abströmenden verdampften Wärmeübertragungsmediums, einer mit der Druckseite der Kompressorvorrichtung verbundenen, im Betrieb von verdichtetem dampfförmigen Wärmeübertragungsmedium durchströmten Heizvorrichtung zum Erwärmen der einzudampfenden Flüssigkeit und einer von der Heizvorrichtung zum Brüden-The invention relates to a method for evaporating an essentially aqueous liquid, in which the vapors by heat exchange with an evaporating liquid heat transfer medium largely liquefied, the evaporated heat transfer medium by compression above the evaporation temperature heated, the compressed, vaporous heat transfer medium by heat exchange condenses with the liquid to be evaporated and relaxes the liquefied heat transfer medium and returns for heat exchange with the vapors and a device for evaporating a substantially aqueous liquid, with an evaporation container receiving this, at least one in the operating state a vapor condenser acted upon by a liquid heat transfer medium, one with this connected compressor device for compressing the flowing out of the bridge condenser evaporated heat transfer medium, one connected to the pressure side of the compressor device, in operation of compressed vaporous heat transfer medium flowing through the heating device for heating the liquid to be evaporated and one from the heating device to the vapor

kondensator führenden, mit einem Entspannungsventi! versehenen Rückleitung für das kondensierte Wänneüb ertragungsmedium.condenser leading, with a relaxation valve! provided return line for the condensed Wänneüb transmission medium.

Aus der DE-PS 4 59 470 sowie den britischen Patentschriften GB-PS 15 16 683 und GB-PS 20 55 813 ist bereits ein Verfahren zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit bekannt, bei welchem man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden flüssigen Wärmeübertragungsmedium weitgehend verflüssigt, das verdampfte Wärmeübertragungsmedium durch Verdichten hinreichend über die Eindampftemperatur erwärmt, das verdichtete, dampfförmige Wärmeübertragungsmedium durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Wärmeübertragungsmedium entspannt und zum Wärmetausch mit den Brüden zurückführt From DE-PS 4 59 470 and the British patents GB-PS 15 16 683 and GB-PS 20 55 813 is already a method for evaporating a substantially aqueous liquid known, in which one the vapors through heat exchange with an evaporating liquid heat transfer medium largely liquefied, the evaporated heat transfer medium heated sufficiently above the evaporation temperature by compression, the compressed, vaporous Heat transfer medium condensed by heat exchange with the liquid to be evaporated and the liquefied heat transfer medium relaxes and returns to the heat exchange with the vapors

Dabei wird das Eindampfen jedoch unter Vakuum vo. genommen. Der mechanische Wärmeaufwand ist dabei weit höher als die Verdampfungswärn.e, weil viel zusätzliche, eigentlich überflüssige Volumenarbeit aufgewandt werden muß, die bei dem geringen Wirkungsgrad nicht mehr vollständig auf die zu verdampfende Flüssigkeit übertragen werden kann. Die Verdampfungswärme geht dabei also zu erheblichen Teiien verloren. However, the evaporation is done under vacuum. taken. The mechanical heat input is included far higher than the heat of evaporation, because a lot of additional, actually superfluous volume work is expended must be, which is no longer completely due to the low efficiency to be evaporated Fluid can be transferred. The heat of evaporation is therefore lost to a considerable extent.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 4 definierten Art zu schaffen, die mit möglichst geringem mechanischem Arbeitsaufwand eine mögliehst vollständige Rückführung der Verdampfungswi«·- me ermöglicht.The object of the invention is to provide a method and a device as described in the preamble of patent claims 1 or 4 defined type to create a possible with the least possible mechanical work complete return of the evaporation me enables.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Art erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben. Die Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches4 genannten Merkmalen versehen und vorzugsweise gemäß den Unteransprüchen 5—10 weitergebildet. To solve this problem, the method of the type defined in the preamble of claim 1 has according to the invention, the features specified in the characterizing part of claim 1. Beneficial further refinements of the method are described in subclaims 2 and 3. The device of the type mentioned is according to the invention with those in the characterizing part of claim4 provided and preferably further developed according to the subclaims 5-10.

Im folgenden wird ein bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Eindampfen von Brau würze anhand der Zeichnung erläutert.The following is a preferred embodiment of a device according to the invention for evaporation of brewing wort explained with reference to the drawing.

Die dargestellte Vorrichtung besitzt einen Ausdampfbehälter 2, der über eine Brüdenleitung 11 mit einem Brüdenkondensator 3 verbunden ist. Im Betrieb wird die Würze vom Ausdampfbehälter 2 durch eine mit einer Förderpumpe 7 versehene Zuleitung 12 über eine Heizvorrichtung 1 und eine mit einem Entspannungsventil 10 versehene Rückleitung 13 im Kreislauf geführt und dabei im Bereich der Heizvorrichtung 1 auf einen der gewünschten Überhitzungstemperatur entsprechenden Druck gehalten. Die von etwa 1000C durch den Wärmetausch auf etwa 108° C überhitzte Würze gelangt über die Rückleitung 13 und das Entspannungsventil 10 zurück zum Ausdampfbehälter 2, wo sie unter Entspannung ausdampft. Die durch den Druckunterschied und das thermische Gefälle vom Ausdampfbehälter 2 über die Brüdenleitung 11 zum Brüdenkondensator 3 strömenden Brüden werden darin durch Wärmetausch mit einem flüssigen Kältemittel kondensiert. Die freiwerdende Kondensationswärme wird von dem den Brüdenkondensator 3 mit einer Temperatur von etwa 900C durchströmenden und dabei verdampfenden Kältemittel aufgenommen. Als Kältemittel wird in diesem Fall l-Chlordifluor^-chlordifluorethan mit einem Siedepunkt bei 3,45 bar von 900C und einem Siedepunkt bei 6,15 bar von 115°C verwendet Die verbleibenden dampfförmigen Brüden und das Kondensat gelangen über eine Brüdenleitung 11a zu einem weiteren Brüdenkondensator 4, wo die Restbrüden kondensieren. Das Kondensat verläßt den Brüdenkondensator 4 mit 95° C bis 98° C und wird bevorzugt zum Vorwärmen von Würze verwendetThe device shown has an evaporation container 2 which is connected to a vapor condenser 3 via a vapor line 11. In operation, the wort is circulated from the evaporation tank 2 through a feed line 12 provided with a feed pump 7, via a heating device 1 and a return line 13 provided with a relief valve 10, and kept at a pressure corresponding to the desired superheating temperature in the area of the heating device 1. The superheated of about 100 0 C by the heat exchange to about 108 ° C wort passes via the return line 13 and the relief valve 10 back to the evaporating vessel 2 where it evaporates under relaxation. The vapors flowing through the pressure difference and the thermal gradient from the evaporation tank 2 via the vapor line 11 to the vapor condenser 3 are condensed therein by heat exchange with a liquid refrigerant. The released heat of condensation is absorbed by the refrigerant flowing through the vapor condenser 3 at a temperature of approximately 90 ° C. and thereby evaporating. As refrigerant is in this case l-Chlordifluor ^ -chlordifluorethan having a boiling point at 3.45 bar used of 90 0 C and a boiling point at 6.15 bar of 115 ° C The remaining vaporous vapors and condensate pass via a vapor line 11 to another vapor condenser 4, where the residual vapors condense. The condensate leaves the vapor condenser 4 at 95 ° C. to 98 ° C. and is preferably used to preheat wort

Das im Brüdenkondensator 3 verdampfte Kältemittel gelangt über einen Abscheider 3a und eine Kältemitteldampfleitung 14 zu einem Kältemittel-Wärmetauscher 6, in dem es durch Wärmetausch mit von der Heizvorrichtung 1 kommendem flüssigem Kältemittel auf etwa 95°C erwärmt wird. Der derart vorgewärmte Kältemitteldampf wird durch eine von einem Motor M angetriebene Kompressorvorrichtung 8 auf etwa 6 bar verdichtet und mit der dabei angestiegenen Temperatur von etwa 119°C über eine Kältemitteldampfleitung 14a zur Heizvorrichtung 1 gefördert Die Kompressorleistung an der Welle beträgt etwa 200 kW.The refrigerant evaporated in the vapor condenser 3 reaches a refrigerant heat exchanger 6 via a separator 3a and a refrigerant vapor line 14, in which it is heated to about 95 ° C. by heat exchange with the liquid refrigerant coming from the heating device 1. The refrigerant vapor preheated in this way is compressed to about 6 bar by a compressor device 8 driven by a motor M and conveyed to the heating device 1 via a refrigerant vapor line 14a at the temperature that has increased by about 119 ° C. The compressor output on the shaft is about 200 kW.

In der Heizvorrichtung 1 wird der auf etwa 6 bar verdichtete, ungefähr 119° C heiße Kältemitteldampf durch Wärmetausch mit der im Kreislauf geführten Würze auf 1150C gekühlt und verflüssigt Das in der Heizvorrichtung 1 kondensierte Kältemittel wird mit einer Temperatur von etwa 115° C und einem Druck von etwa 6 bar über eine Kältemittelrückleitung 15 dem Kältemittel-Wärmetauscher 6 zugeführt, dort auf etwa 111°C abgekühlt, dann über ein Entspannungsventil 9 auf etwa 3,5 bar entspannt und mit einer Temperatur von etwa 9O0C wieder in den Brückenkondensator 3 eingeführtIn the heating device 1 is the compressed to about 6 bar, about 119 ° C hot refrigerant vapor by heat exchange with the circulating wort to 115 0 C cooled and liquefied The condensed in the heater 1 refrigerant is at a temperature of about 115 ° C and fed to a pressure of about 6 bar via a refrigerant return line 15 to the refrigerant heat exchanger 6 where it is cooled to about 111 ° C, then expanded through an expansion valve 9 to about 3.5 bar and at a temperature of about 9O 0 C back into the bridge capacitor 3 introduced

Das Entspannungsventil 9 kann zweckmäßig so ausgelegt sein, daß es den Zutritt von entspanntem Kältemittel in den Brüdenkondensator 3 nach Maßgabe der Menge des dort vorhandenen flüssigen Kältemittels regelt The expansion valve 9 can expediently be designed so that it allows the admission of expanded refrigerant regulates in the vapor condenser 3 in accordance with the amount of liquid refrigerant present there

Bei der dargestellten, mit etwa 3200 kg Kältemittel beschickten Vorrichtung werden für eine Ausdampfmenge von etwa 3100 kg/h Brüden pro Stunde etwa 57 000 kg Kältemittel kondensiert. Die zum Verdampfen der genannten Menge Wasser benötigte Energie von etwa 1950 kW/h wird - bis auf die 200 kW an der Verdichterwelle — aus zurückgewonnener Brüdenkondensationswärme aufgebracht.In the device shown, charged with about 3200 kg of refrigerant, an amount of evaporation from about 3100 kg / h of vapor per hour about 57 000 kg of refrigerant condenses. The one for vaporizing the amount of water required is around 1950 kW / h - except for the 200 kW at the Compressor shaft - applied from recovered vapor condensation heat.

Je nach Art der einzudampfenden Flüssigkeit und den Eindampfbedingungen können auch andere Kältemittel verwendet werden, die geeignete Siedepunkte bei entsprechenden Drucken aufweisen.Depending on the type of liquid to be evaporated and the evaporation conditions, other refrigerants can also be used are used which have suitable boiling points at appropriate pressures.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche-Patent claims 1. Verfahren zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, bei welchem man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden flüssigen Wärmeübertragungsmedium weitgehend verflüssigt, das verdampfte Wärmeübertragungsmedium durch Verdichten über die Eindampftemperatur erwärmt, das verdichtete, dampfförmige Wärmeübertragungsmedium durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Wärmeübertragungsmedium entspannt und zum Wärmetausch mit den Brüden zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß man1. A method for evaporation of an essentially aqueous liquid, in which one the Vapors through heat exchange with an evaporating liquid heat transfer medium largely liquefied, the evaporated heat transfer medium by compression above the evaporation temperature heated, the compressed, vaporous heat transfer medium by heat exchange condenses with the liquid to be evaporated and the liquefied heat transfer medium relaxed and returned to the heat exchange with the vapors, characterized in that that he
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