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Mischkondensator zur Kondensation von Brüdendämpfen Die Erfindung
betrifft einen Mischkondensator zur Kondensation bzw. chemischen Reaktion von Dämpfen
bzw. Brüdendämpfen und/oder Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere bei Unterdruck,
wobei zumindest ein Einleitungsrohr für die Dämpfe (Gase) unter das Flüssigkeitsniveau
im Kondensator geführt ist und vorzugsweise im Bodenbereich des Kondensationsbehälters
endet, wobei das Ende des Einleitungsrohres mit einer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
angeordneten nach unten offenen Verteilvorrichtung für die zu kondensierenden Dämpfe
versehen ist, deren obere Begrenzungsfläche Austrittsöffnungen für durch das Einleitungsrohr
zugeführte Dämpfe (Gase) für deren Austritt in die Flüssigkeit aufweist.
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In der chemischen Verfahrenstechnik ist die Kondensation von Dämpfen,
z.B. Brüdendämpfen von großer Bedeutung. Insbesondere bei der Eindampfung von toxischen
und/oder radioaktiven Flüssigkeiten werden die Verdampfungsprozesse vorzugsweise
im Unterdruckbereich ausgeführt, um auch bei eventuell auftretenden Leckagen eine
Kontamination der Umwelt mit einiger Sicherheit zu vermeiden. Derartige Verdampfungs-
bzw.
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Trocknungsprozesse werden zum Konzentrieren von z.B. schadstoffhaltigen
wässerigen Lösungen aber auch zum Trocknen von Konzentraten, d.h. zum Abdampfen
des Lösungsmittels, wie z.B. Wasser, angewendet. Der Kondensation der bei einem
Trocknungs- oder Verdampfungsprozeß entstehenden Brüdendämpfe kommt daher wesentliche
Bedeutung zu, da diese Dämpfe Verunreinigungen mit Schadstoffen in Form von Gasen,
Staub, Aerosolen usw. mitführen können. Es erweist sich als günstig für die Wirkungsweise
und die Sicherheit des Kondensationsverfahrens, wenn die Brüdendämpfe - bevorzugterweise
von oben nach unten - direkt in die gekühlte bzw. temperierte Kühlflüssigkeit eingeleitet
werden. Nicht kondensierte Brüden bzw.
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durch die Kondensationsflüssigkeit hindurchgesaugte Dämpfe und/oder
Gase werden von einer Vakuumpumpe, gegebenenfalls unter Verwendung eines
weiteren
Kondensators abgesaugt. Zweckmäßigerweise enthält die bzw. enthalten die Flüssigkeit(en)
in den Kondensatoren chemische Verbindungen, die mit den in den Brüden mitgeführten
Schadstoffen reagieren bzw. diese zu binden bzw. abzuscheiden vermögen. So kann
z.B. ein erster Kondensator eine alkalische Flüssigkeit und ein zweiter Kondensator
eine saure Flüssigkeit, oder auch umgekehrt, je'nach Art des zu bindenden Schadstoffes
enthalten. Es findet in diesem Fall neben der Kondensation der Brüdendämpfe auch
eine chemische Reaktion statt.
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Beim Betrieb z.B. von rotierenden Dünnschichtverdampfern, wie sie
z.B. aus den AT-PS 336 739 bzw. 336 146 bekannt sind, insbesondere Dünnschichttrocknern
und auch bei anderen Verdampfern, kommt auf Grund der Arbeitscharakteristik dieser
Geräte, der gleichmäßigen stoß- und schwingungsfreien Kondensation der Brüdendäpfe
erhebliche Bedeutung zu. Die spezifische Arbeitsweise ergibt sich bei Dünnschichtverdampfern
durch eine ringförmige Zone im Inneren des Verdampfergehäuses, d.h. der beheizten
Trocknerwand, in der der Übergang von der flüssigen in die feste Phase erfolgt.
In dieser Zone der breiartigen Eindickung kommt es zu ungleichmäßiger, unter Umständen
stoßartiger Dampfentwicklung, da der eingedickte Brei von denxrotierenden mechanischen
Elementen des Trockner-Rotors über wechselnd große Flächen des Heizmantels verteilt
wird. Durch die ungleichmäßige Dampfabgabe entstehen im Kondensator, verstärkt durch
die Absorptionskinetik, Druckschwankungen bzw. Schwingungen der Dampfsäule. Durch
Rückwirkung dieser Druckschwankungen ändert sich die Lage der Zone der brei artigen
Eindickung des Ausgangsgemisches auf der Trocknerwand und bedingt dadurch ergeben
sich oft unerwünschte Eigenschaften des Trockenproduktes wie unterschiedliche Korngröße,
wechselnder Restfeuchtegehalt, Bildung von Brocken, Schuppen usw. Man ist daher
stets bemüht den Dampfstrom aufzuteilen, um eine gleichmäßigere Absorption und damit
ausgeglichene
Druckverhältnisse zu erreichen. Dies kann durch bekannte
Ausführungen wie z.B. Rohrbündel, Sinterplatten und dgl., aber auch durch mechanisch
angetriebene Verteilflügel u.ä.
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Einrichtungen erfolgen. Im Bereich des Normaldruckes und des Überdruckes
erreicht man mit diesen Systemen, gegebenenfalls unter Vorschaltung eines Druckregelorganes
brauchbare, wenn auch nicht optimale Ergebnisse. Im Unterdruckbereich, d.h.
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beim Betrieb mit einer nachgeschalteten Vakuumpumpe, die die Dämpfe
bzw. Brüden absaugt, sind die Ergebnisse jedoch zumeist unbefriedigend, d.h. es
kommt zu den erwähnten beträchtlichen Schwingungen der Dampfsäule.
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Zur Vergleichmäßigung der Kondensation und Vermeidung von Schwingungen
der Dampf- bzw. Gassäule ist ein Kondensator der eingangs genannten Art dadurch
gekennzeichnet, daß die, einen nach unten von der Flüssigkeit abgeschlossenen Dampfraum
für die eingeleiteten Dämpfe (Gase) nach oben begrenzende, Begrenzungsfläche zumindest
einen, von in bezug auf den Flüssigkeitsspiegel bzw. die Flüssigkeitsoberfläche
in der Verteilvorrichtung geneigt verlaufenden Bereich aufweist, der zumindest teilweise
von den Austrittsöffnungen durchsetzt ist, die bei Druckschwankungen im zugeführten
Dampf (Gas) durch Absenken oder Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels in der Verteilvorrichtung
zum Druckausgleich entsprechend freigelegt oder abgeschlossen werden.
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Ein derartiger Kondensator wirkt ausgleichend auf Druckänderungen
und/oder Druckschwankungen, insbesondere dann, wenn das Verhältnis von Dampfmenge
zum Gesamtquerschnitt der Austrittsöffnungen auf der Begrenzungsfläche über den
Arbeitsbereich möglichst gleichgehalten wird und damit
die Geschwindigkeit
des ausströmenden Dampfes bzw. Gases aus der Verteilvorrichtung weitgehend konstant
bleibt.
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Beim erfindungsgemäßen Kondensator wird bei einer Druckerhöhung das
Volumen des Gasraumes vergrößert, wobei die die Begrenzungsfläche von unten abschließende
Flüssigkeit nach unten gedrückt wird, so daß die Anzahl der zum Dampfdurchtritt
zur Verfügung stehenden Austrittsöffnungen in den geneigten Bereichen der Begrenzungsfläche
vergrößert wird.
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Ein erhöhter Druck der zu kondensierenden Dämpfe (Gase) wird somit
gepuffert und ebenso wie Druckabfälle rasch ausgeglichen.
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Konstruktive und für die Verfahrensführung besonders vorteilhafte.
Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben und anhand der Zeichnungen,
beispielsweise 1, näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Schema einer Verdampfungseinrichtung,
Fig. 2 eine Ansicht einer Verteilvorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2,
Fig, 4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Verteilvorrichtung der Fig.
2, Fig. 5 - 8 Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen von Verteilvorrichtungen
und Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Verteilvorrichtung gemäß Fig. 8.
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Eine mögliche Anordnung für die Verdampfung bzw. Trocknung von schadstoffhaltigen
Flüssigkeiten mit nachfolgender Kondensation der Brüdendämpfe ist in Fig. 1 dargestellt.
Dabei werden beispielsweise und in bekannter Form (AT-PS 336 739, AT-PS 336 146)
schadstoffhaltige Flüssigkeiten aus einem Behälter 1 mittels einer Förderpumpe 3
einem rotierenden Dünnschichttrockner 2 zugeführt. Das am Heizmantel des Trockners
2 getrocknete Produkt wird von mechanischen Elementen des Trocknerrotors abgestreift
und fällt direkt in einen Behälter 6. Die im Trockner 2 entstehenden Brüdendämpfe
werden durch den von einer Vakuumpumpe 4 erzeugten und aufrechterhaltenen Unterdruck
über einen Staubäbscheider 7
in einen ersten Kondensator 8 geleitet,
wo weitgehende Kondensation stattfindet. Durch den ersten Kondensator 8 durchtretende
Brüden bzw. Dämpfe und/oder Gase werden in einen zweiten Kondensator 9 geleitet.
Den Abschluß gegen die Atmosphäre kann ein Absolutfilter 10 bilden.
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Ein z.B. in einer derartigen Anlage einsetzbarer erfindungegemäßen
Kondensator weist ein Einleitungsrohr 5 für die Dämpfe bzw. Gase auf, das von oben
bis nahe an den Boden des senkrecht angeordneten Kondensatorbehälters geführt ist,
wobei das untere Ende des Einleitungsrohres 5 in eine Verteilvorrichtung 11 mündet,
die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 26 im Kondensator 8 bzw. 9 angeordnet ist.
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Der Manteldurchmesser der Verteilvorrichtung 11 kann mindestens 3-mal
so groß, günstigerweise 6- bis 9-mal so groß wie der innere Durchmesser des Einleitungsrohres
5 sein. Der Boden der Verteilvorrichtung 11 ist nach unten offen bzw. sie besitzt
keinen Boden, was den Austritt von mitgerissenen Staubteilchen und der eventuell
chemisch gefällten Feststoffe in den Kondensatorbehälter erlaubt, von wo diese entfernt
werden können. Ein Verstopfen des Einleitungsrohres 5 wird dadurch verhindert und
außerdem wird zusätzlich ein entsprechender Druckausgleich bei extremen Dampfschwankungen
sichergestellt.
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Eine Ausführungsform einer Verteilvorrichtung 11, deren mit Austrittsöffnungen
14 versehene Begrenzungsfläche 12 konzentrisch um das Einleitungsrohr 5 und schraubenförmig
in einer Windung verläuft, ist in Fig. 2 dargestellt. Ein vorzugsweise senkrecht
verlaufender Steg 13 verbindet die Enden der schraubenförmig gewundenen Begrenzungsfläche
12, die in radialer Richtung waagrecht verläuft. Im höher gelegenen Bereich der
Begrenzungsfäche 12 speist das Einleitungsrohr 5 die Dämpfe bzw. Gase ein. Der zur
Kondensation gelangende Brüdendampf strömt dabei in der Verteilvorrich-
tung
11 konzentrisch zum Einleitungsrohr 5, wobei zunächst der Dampf aus den an der höchsten
Stelle liegenden Austrittsöffnungen 14 in die Flüssigkeit im Kondensator 8, 9 einströmt.
Mit steigender Menge des Dampfangebotes wird der Flüssigkeitsspiegel 15 in der Verteilvorrichtung
11 abgesenkt und der schraubenlinienförmigen Begrenzungsfläche 12 abwärts folgend
werden zusätzliche Austrittsöffnungen 14 freigesetzt, durch die aus dem Gasraum
16 Dampf abströmen kann. Bei Druckschwankungen, d.h. bei Anfall wechselnder Mengen
an Brüdendampf, verändert sich die Ausdehnung des unter der Begrenzungsfläche 12
liegenden Gasraumes 16 vor oder zurück bzw. nach unten oder oben, wobei bei entsprechender
Wahl der Steigung der Begrenzungsfläche 12 und des Durchmessers der Austrittsöffnungen
14 das Verhältnis von einlangender Dampfmenge zum Gesamtquerschnitt der Austrittsöffnungen
14 weitgehend'gleichgehalten werden kann. Druckunterschiede im Betrieb werden bei
ailen erfindungsgemäßen Ausführungsformen lediglich durch die Neigung bzw. Steigung
der geneigten, z.B. schraubenförmig ausgebildeten Begrenzungsfläche 12 und die durch
Änderung des Volumens des Gasraumes 16 bedingte Änderung des Flüssigkeitsspiegels
15 bewirkt.
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Die Anordnung der Austrittsöffnungen 14 können über die Begrenzungsfläche
regelmäßig verteilt sein. Vorteilhafterweise können die Austrittsöffnungen radial
verlaufend in Reihen 14' angeordnet sein, die der Front des Gasraumes 16 angepaßt
sind (Fig. 4). Damit wird erreicht, daß dem sich verändernden Gasraum 16 an seiner
Front jeweils Austrittsöffnungen 14 der Reihe nach angeboten werden. Besonders vorteilhaft
und druckausgleichend ist es, wenn man bei Ausführungsformen gemäß Fig. 2 - 4 die
reihenförmig angeordneten Austrittsöffnungen 14 längs einer der Radiuslinie voreilenden
Kurvenlinie 14' anordnet (Fig. 4).
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die vorzugsweise zylindrische Verteilvorrichtung
11 gemäß Fig. 2. Man erkennt, daß im Normalfall der Flüssigkeitsspiegel 15 in der
Verteilvorrichtung 11 im Betrieb etwa in der Mitte zwischen dem durch den Steg 13
verbundenen höchsten und niedrigsten Bereich der Begrenzungsfläche 12 verläuft,
um Druckab- und -zunahmen beherrschen zu können. Über die Öffnung 17 können feste
Stoffe abgeführt und erforderlichenfalls extreme Druckanstiege ausgeglichen werden.
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Fig. 4 zeigt eine den Fig. 2 und 3 ähnliche Ausführungsform, bei der
die Begrenzungsfläche 12 in drei geneigte schraubenförmige Abschnitte 12' unterteilt
ist, die mit Stegen 13 verbunden sind. Damit kann eine weitere Druckvergleichmäßigung
erreicht werden. Die Austrittsöffnungen 14 sind in radialen Reihen 14' angeordnet,
die der Form der Front des sich verändernden Gasraumes 16 angepaßt sind. An sich
können auch zwei oder mehr als drei gegebenenfalls in gleiche oder entgegengesetzte
Richtungen geneigte Abschnitte 12' vorgesehen werden.
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Fig. 5 zeigt eine Verteilvorrichtung 11, bei der die Begrenzungsfläche
12 von einem Kegelmantel gebildet ist, an dessen Spitze das Einleitungsrohr 5 einmündet.
Die Begrenzungsfläche 12 weist Austrittsöffnungen 14 auf, die von Röhrchen 18 gebildet
sind, die in die Begrenzungsfläche 12 eingesetzt oder in ihr ausgebildet sind. Die
Austrittsöffnungen 14 sind vorzugsweise konzentrisch oder. spiralig um das Einleitungsrohr
5 angeordnet und werden bevorzugterweise von außen nach innen zum Einleitungsrohr
5 hin im Querschnitt kleiner. Bei Ansteigen des Druckes des Brüdendampfes wird der
Flüssigkeitsspiegel 15 nach unten gedrückt (strichliert gezeichnet), die verdrängte
Flüssigkeit strömt durch die Bodenöffnung 17 ab und dem Gasraum 16 stehen mehr Austrittsöffnungen
14 zur Verfügung. Beim Absenken des Flüssigkeitsspiegels 15 erhöht sich der Druck
im Gasraum 16
geringfügig, da der hydrostatische Druck in der Verteilervorrichtung
11 etwas größer wird, da der Höhenunterschied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 15
und dem Niveau 26 der Vorlageflüssigkeit im Kondensator erhöht wird.
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Die Steigung h der Schraubenwindung bzw. die Höhendifferenz h' der
Neigung der Begrenzungsfläche 12 soll im Verhältnis zum Innendurchmesser des Einleitungsrohres
5 so bemessen sein, daß maximal zu erwartende Druckschwankungen aufgenommen werden
können und Änderungen des hydraulischen Druckes durch Änderungen des Flüssigkeitsspiegels
15 tolerierbar sind. Bevorzugt ist es, wenn die Höhendifferenz h und h' zwischen
der obersten und der untersten Austrittsöffnung 14 das 0,5- bis 3-fache, vorzugsweise
das 0,8- bis 1,5-fache des Durchmessers des Einleitungsrohres 5 beträgt.
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Die Austrittsöffnungen 14 werden im allgemeinen bevorzugterweise von
außen nach innen hin im Querschnitt kleiner, wobei deren Innendurchmesser wie auch
bei den anderen Ausführungsformen zwischen 1,5 und 12 mm, vorzugsweise jedoch zwischen
3 und 8 mm liegt und der Gesamtöffnungsquerschnitt 2- bis 5-mal so groß ist wie
der Öffnungsquerschnitt des Einleitungsrohres 5.
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Um zu vermeiden, daß sich aus den Austrittsöffnungen 14 austretende
Dämpfe (Gase) unmittelbar nach dem Austreten zu großen Brüdenzöpfen (Gasblasen)
vereinigen, wird der Abstand zwischen den einzelnen Austrittsöffnungen 14 mindestens
gleich groß dem größeren Radius benachbarter Austrittsöffnungen 14 gehalten.
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Der Verwendung von Röhrchen 18 (Fig. 5, 6) oder die Ausbildung von
Auspressungen 20 (Fig. 7, 8) erfolgt wahlweise je nach der gewünschten Länge der
Röhrchen bzw. einfacheren Herstellung. Für die Auspressungen 20 und Röhrchen 18
gelten die Ausführungen betreffend die Austrittsöffnungen
in gleicher
Weise.
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Fig. 6 zeigt eine Verteilvorrichtung 11 mit einer geneigten, mit Austrittsöffnungen
14 versehenen Begrenzungswand 12 in Form eines Halbkegels bzw. Prismas. Die Funktion
und Gestaltung dieser Verteilvorrichtung 11 entspricht im wesentlichen der in Fig.
5 gezeigten.
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Fig. 7 zeigt eine Verteilvorrichtung 11 ohne Boden. Die Bodenöffnung
17 wird von einer an die kegel- oder pyramidenförmige Begrenzungsfläche 12 anschließenden
Seitenwand 22 umgrenzt. Die Austrittsöffnungen 14 sind als Auspressungen 20 ausgebildet,
womit die Verteilvorrichtung 11 einfach herstellbar wird.
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Fig. 8 und 9 zeigen im Schnitt bzw. in der Draufsicht eine Verteilvorrichtung
11 mit pyramidenförmiger Begrenzungsfläche 12, an deren Spitze das Einleitungsrohr
5 mündet. Die Austrittsöffnungen 14 sind ebenfalls aus der Begrenzungsfläche 12
ausgepreßt.
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Die die Austrittsöffnungen 14 bildenden Röhrchen können über ihre
radiale Verteilung gleich lang sein oder ihre Länge kann, um unterschiedliche Strömungswiderstände
zu bilden, auch über ihre radiale Verteilung zu- oder abnehmen.
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Es wird bemerkt, daß unter dem Begriff Mischkondensator auch Gaswäscher
usw., d.h. alle Anlagen verstanden werden, in denen Gase bzw. Dämpfe in Flüssigkeiten
eingeleitet werden, um sie mit diesen in Kontakt zu bringen. In allen Fällen, wo
es vorteilhaft ist, Druckschwankungen der eingeleiteten Gase bzw. Dämpfe auszugleichen,
können die Mischkondensatoren erfindungsgemäß mit der Verteilvorrichtung 11 ausgestattet
werden.
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Neben den dargestellten Ausführungsformen sind auch sinngemäße Kombinationen
bzw. Abänderungen möglich. Insbesonders soll das Verhältnis von durchgesetzter Dampfmenge
zum Gesamtquerschnitt der Austrittsöffnungen 14 möglichst gleichgehalten werden.
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