DE3632245A1 - Verfahren zum aufkonzentrieren von waessrigen loesungen aus produktionsprozessen und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufkon­ zentrieren von wässrigen Lösungen aus Produktionsprozes­ sen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und auf eine Vor­ richtung zum Durchführen des Verfahrens.

Es ist bereits ein Verfahren zum Aufkonzentrieren von wässri­ gen Lösungen aus Produktionsprozessen der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bekannt. Bei diesem Verfahren wird die aufzukonzentrierende wässrige Lösung, zum Verbes­ sern der Verdunstungsrate, durch einen Wärmetauscher oder eine Heizung erwärmt und dann in einem Rieselturm mit Luft beblasen. An die Luft werden keine thermischen Anforderun­ gen gestellt. Das Verfahren ist einigermaßen wirtschaftlich, wenn die aufzukonzentrierende wässrige Lösung zum Verdun­ sten mit Abwärme erwärmt wird. Die Übertragung dieser Ab­ wärme auf die Lösung erfordert jedoch einen aufwendigen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist umso aufwendiger, je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen der Abwärme und der wässrigen Lösung ist. Das Verfahren verteuert sich we­ sentlich, wenn die aufzukonzentrierende Flüssigkeit durch eine elektrische Widerstandsheizung erwärmt wird. Bei Ver­ wendung eines als Tauchheizkörper ausgebildeten elektri­ schen Rohrheizkörpers oder dergleichen, entfällt jedoch ein Wärmetauscher. Eine Verteuerung des Verfahrens ergibt sich auch, wenn die Erwärmung der aufzukonzentrierenden wässri­ gen Lösung durch eine Wärme erfolgt, die eigens zu diesem Zweck erzeugt wird. Beim Durchführen des Verfahrens werden Aerosole freigesetzt, die in geschlossenen Räumen, infolge ausreichender Konzentration auf metallische Bauteile korro­ siv wirken. Ins Freie geblasen, tragen die Aerosole zur Ver­ schmutzung der Umwelt bei. Die Vorrichtung zum Durchführen des bekannten Verfahrens ist auch ohne Einsatz eines Wär­ metauschers aufwendig, da sie sich aus einer großen An­ zahl verschiedener Bauelemente zusammensetzt (DE-U1 83 24 619).

Es ist auch bekannt, zum Verdunsten von Wasser aus wässri­ gen Lösungen, die zur Aufnahme des verdunsteten Wasser er­ forderliche Luft oder ein anderes Gas über einen Erhitzer zu führen und das erhitzte Gas durch die wässrige Lösung zu leiten (DE-A1 29 03 008).

Ferner ist es bekannt, zum Abdampfen von Lösungen Stick­ stoff als Wärmeträger über die Oberfläche der Lösung zu führen (DE-A1 34 22 360).

Bekannt ist es auch, eine Flüssigkeit mit Hilfe einer Flüs­ sigkeit höheren Dampfdruckes zu verdampfen (DE-A1 31 14 966).

Schließlich ist ein Tauchverdampfer bekannt, der besonders zum Verdampfen und Kristallisieren von Metallsulfatlösun­ gen vorgesehen ist. Die einzudampfende Lösung wird hierbei in einen Kristallisator gefördert, dessen Deckel von einem Tauchrohr durchgriffen ist. Durch das Tauchrohr werden Brenn­ gase unter die Oberfläche der im Kristallisator befindli­ chen Lösungen geblasen. In einem vom Kristallisator ausge­ henden Saugrohr wird die Lösung einem Eindicker zugeführt und dann weiterbehandelt. Die Brenngase werden durch Ver­ brennen von Öl oder Heizgas erzeugt (DE-A1 30 12 688).

Aufgabe der Erfindung ist es, für das Verfahren zum Auf­ konzentrieren von wässrigen Lösungen aus Produktionspro­ zessen der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art einen besonders wirtschaftlichen Weg aufzuzeigen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfache Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maß­ nahmen gelöst.

Die über die Oberfläche der aufzukonzentrierenden Lösung strömende Luft führt die zur Verdunstung benötigte Wärme. Der Wärmeübergang von der Luft auf die Lösung erfolgt im wesentlichen durch Konvektion und Leitung. Der Anteil des Wärmeübergangs durch Strahlung ist vernachlässigbar klein.

Physikalisch gesehen erfolgt das Aufkonzentrieren der wässri­ gen Lösung dadurch, daß der Wasserdampfteildruck der Luft geringer ist als der Dampfteildruck der aufzukonzentrieren­ den Lösung. Aufgrund der gegebenen Pastialdruckdifferenz diffundiert das Wasser der Lösung aus der Oberfläche der Lösung in die vorbeiströmende Luft, die den Verdunstungs­ anteil auch abführt.

Bei dem Diffusionsvorgang werden keine Aerosole freige­ setzt, so daß weder umliegende Bauteile korrosiv beein­ flußt werden können, noch eine Verschmutzung der Umwelt eintritt.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1 ist im Anspruch 2 angegeben. Aus- und Weiterbil­ dungen der Vorrichtung nach Anspruch 2 geben die Ansprüche 3 bis 7 an.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend beschrieben, ebenso eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Die Vorrichtung ist in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung ein flaches Becken nach Fig. 1 und 2.

Das nachfolgend beschriebene Beispiel bezieht sich auf das Aufkonzentrieren eines in der Galvanotechnik anfallenden Spülbades, das in einer angenommenen Menge von 1000 Litern/ Monat anfällt, cyanidisch alkalischen Charakter hat und einen Silbergehalt von 3-5 Gramm pro Liter aufweist.

Zum Aufkonzentrieren wird die wässrige Lösung in Umlauf versetzt. Während des Umlaufes durchströmt die Lösung min­ destens ein Becken. Die Oberfläche des jeweils im Becken befindlichen Lösungsmenge wird von einem Luftstrom bebla­ sen. Für den Luftstrom wird durch sogenannte Deckenstau­ wärme in geschlossenen Räumen aufgeheizte Luft verwendet.

Die im Becken befindliche Lösungsmenge verdunstet zwar auch ohne Beblasung mit Luft, jedoch wesentlich langsamer. Der Verdunstungsvorgang ohne Beblasung wird nachfolgend nicht berücksichtigt, ist aber in einer Gesamtbilanz zu beachten.

Beim Beblasen der jeweils im Becken befindlichen Lösungs­ menge ergibt sich ein gekoppelter Wärme- und Stoffaus­ tausch. Die Luft führt die zur Verdunstung nötige Wärme der wässrigen Lösung zu. An der Oberfläche der Lösung bildet sich eine Grenzschicht, in die der verdunstete Anteil der Lösung diffundiert. Der verdunstete Anteil der Lösung wird durch die Luft weggeführt. Die Luft wird also sowohl für die Verdunstung der Lösung als auch für den Abtransport der verdunsteten Lösungsmenge verwendet.

Die Löslichkeitsgrenze wurde in vorliegenden Beispiel mit 30-35 Gramm Silber pro Liter wässriger Lösung festgelegt. Bei 1000 Litern Lösung pro Monat sind danach 900 Liter Was­ ser zu verdunsten.

Mit 20 Betriebstagen pro Monat und 12 Stunden pro Betriebs­ tag ergibt sich eine stündliche zu verdunstende Wassermenge von 3,75 Litern.

Bei einer Messung betrug die Temperatur der durch Decken­ stauwärme aufgeheizten Luft=34°C, die Temperatur der Lösung 22°C und die Umgebungstemperatur 25°C. Die Luft wurde mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s über die Wasser­ oberfläche geblasen. Mit diesen vorgegebenen Werten er­ gibt sich anhand üblicher Gleichungen eine notwendige Ver­ dunstungsfläche von mindestens 4,8 m², wenn 900 Liter Lö­ sung in 20 Betriebstagen pro Monat und 12 Betriebsstunden pro Tag verdunstet werden sollen, um eine Aufkonzentration von 10:1, zu erhalten.

Die vorstehenden Werte wurden mit der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung erzielt.

In der Zeichnung sind mit 1 flache Becken bezeichnet. Im dargestellten Beispiel sind 10 Becken gezeigt. In der tat­ sächlich ausgeführten Vorrichtung wurden jedoch 12 Becken mit je einem halben Quadratmeter Grundfläche verwendet.

Die Becken 1 sind mit Abstand übereinandergestapelt (Fig. 1 und 2).

Von einem die wässrige Lösung enthaltenden Hauptbehälter 2 geht eine Rohrleitung 3 aus, die eine Förderpumpe 4 ent­ hält, welche nach dem vorstehend geschilderten Beispiel 20 Liter wässrige Lösung pro Stunde fördert. Die Rohrleitung 3 mündet über dem obersten Becken 1 (Fig. 1).

Im Boden des obersten Beckens 1 ist nahe dem der Mündung der Rohrleitung 3 entgegengesetzten Beckenrand ein Ablauf 5 zu dem darunterliegenden Becken 1 angeordnet (Fig. 2).

Bei den folgenden Becken 1 ist jeweils ein Beckenende als Auffang für den Ablauf 5 des darüberliegenden Beckens ausgebildet. Das jeweils entgegengesetzte Beckenende weist im Beckenboden einen Ablauf 5 auf.

Der Ablauf 5 des untersten Beckens 1 (in Fig. 2 mit kleinem Pfeil gekennzeichnet) mündet im Hauptbehälter 2.

Im dargestellten Beispiel sind die Becken 1 in einem rundum geschlossenen Durchströmkanal 6 angeordnet, an dessen einem Ende das verbreiterte Ende eines Anströmtrichters 7 ange­ schlossen ist (Fig. 1).

Im freien, verjüngten Ende des Anströmtrichters 7 ist ein Gebläse 8 vorgesehen (Fig. 8), mit dem über einen strich­ punktiert dargestellten Kanal 9 durch Deckenstauwärme auf­ geheizte Luft in den Anströmtrichter 7 und von diesem in den Durchströmkanal 6 leitbar ist. Das Gebläse 8 ist, ent­ sprechend dem vorstehend genannten Beispiel, zum Erzeugen eines Luftstromes von 0,6 m³/s ausgelegt.

Am freien Ende des Luftströmkanals 6 ist ein Ausströmtrich­ ter 10 vorgesehen, der in einen Abgangskanal 11 mündet, wel­ cher in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist.

Die Strömungsrichtung der Luft ist in Fig. 1 durch große Pfeile angedeutet.

Das in Fig. 3 perspektivisch dargestellte Becken 1 zeigt eine Besonderheit. Es weist vor seinem Ablauf 5 einen Quer­ steg 12 mit Überströmkerben 13 auf. Der Quersteg 12 teilt das gezeigte Becken 1 in einen größeren Abschnitt 14 und einen kleineren, beruhigten Abschnitt 15 auf, der den Ab­ lauf 5 enthält.

Claims (7)

1. Verfahren zum Aufkonzentrieren von wässrigen Lösungen aus Produktionsprozessen, wie Galvanotechnik, Phototechnik und dergleichen, wobei die jweilige Lösung während eines stetigen Umlaufes teilweise verdunstet und der Verdunstungs­ anteil von einem Luftstrom wegbefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch sogenannte Deckenstauwärme in geschlossenen Räu­ men aufgeheizte Luft für den Luftstrom verwendet, die wässri­ ge Lösung während des Umlaufes durch mindestens ein Becken ge­ führt und die Oberfläche der jeweils im Becken befindlichen Lösungsmenge vom Luftstrom beblasen wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere flache Becken (1) mit Abstand übereinander gestapelt sind.
daß von einem die wässrige Lösung enthaltenden Hauptbehäl­ ter (2) eine Rohrleitung (3) ausgeht, die eine Förderpumpe (4) enthält, sowie über dem obersten Becken (1) mündet; daß nahe dem der Mündung der Rohrleitung (3) entgegengesetzten Beckenrand des obersten Beckens (1) im Beckenboden ein Ab­ lauf (5) zum darunterliegenden Becken (1) angeordnet ist;
daß bei den folgenden Becken (1) jeweils ein Ende als Auf­ fang für den Ablauf (5) des darüberliegenden Beckens (1) ausge­ bildet ist und das entgegengesetzte Ende einen Ablauf (5) aufweist;
daß der Ablauf (5) des untersten Beckens (1) in den Haupt­ behälter (2) mündet;
daß ein Gebläse (8) vorgesehen ist, mit dem die durch Dek­ kenstauwärme aufgeheizte Luft gleichmäßig über die Oberflä­ chen der in den Becken (1) befindlichen Lösungsmenge führ­ bar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Becken (1) vor dem Ab­ lauf (5) einen mit Überströmkerben (13) versehenen Quer­ steg (12) aufweist, der das Becken (1) in einen größeren Abschnitt (14) und in einen kleineren, beruhigten Abschnitt (15) aufteilt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gebläse (8) am verjüngten Ende eines Anströmtrichters (7) angeordnet ist, dessen ver­ breitertes Ende alle Becken (1) erfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle Becken (1) in einem Durchströmkanal (6) angeordnet sind, an den das verbrei­ terte Ende des Anströmtrichters (7) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchströmkanal (6) in einen Ausströmtrichter (10) mündet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß 12 Becken (1) mit jeweils einer Grundfläche von einem halben Quadratmeter vorgesehen sind und daß die Förderpumpe (4) zum Fördern von 20 Litern wässriger Lösung pro Stunde und das Gebläse (8) zum Erzeu­ gen eines Luftstromes von 0,6 m³/s ausgelegt ist.