DE369230C - Verfahren und Vorrichtung zum Konzentrieren und Eindampfen von Loesungen - Google Patents

Description

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Bei der Behandlung von Lösungen, die wertvolle Bestandteile enthalten, wie z. B. die Wasser von Searles Lake, isj; es bekanntermaßen wegen der großen Brennstoffersparnis wünschenswert, eine mehrfach wirkende Verdampfung bei der Konzentration der Lösung in Anwendung zu bringen. Die Verwendung von mehrfach wirkenden Verdampfern ist aber in vielen Fällen praktisch tmmöglich gemacht, und zwar wegen zweier Hauptschwierigkeiten. Die erste dieser besteht in den großen Unterschieden in den -Siedepunkten von reinem Wasser und Lösungsflüsigkeiten bei gleichem Druck. Der von der Lösung ab-J.S gegebene Dampf ist, obgleich er die Temperatur der Lösung selbst besitzt, nichtsdestoweniger nur in dem Zustande überhitzten Dampfes und verliert, wenn er gekühlt wird, seine Wärme ohne zu kondensieren, bis seine Temperatur den Kondensationspunkt gesättigten Dampfes bei dem betreffenden Druck erreicht hat. Er kann also seine latente Wärme nur an eine Flüssigkeit unterhalb dieser Temperatur abgeben.
Ferner ist eine zweite Schwierigkeit vorhanden, die zurückzuführen ist auf die Temperaturdifferenz zwischen der durch Kondensation zu erwärmenden Flüssigkeit und dem Kondensationspunkt des Dampfes, welcher Unterschied in der Praxis sehr erheblich ist. Der Temperaturunterschied im Betriebe beträgt dabei zwischen den einzelnen Stoffen 15 bis 2O° C, so daß die Zahl der einzelnen, praktisch brauchbaren Stoffe gering ist. Wenn diese Schwierigkeit noch dadurch, wie es häufig geschieht, vermehrt wird, daß an den Kondensatorröhren auf einer Seite oder auf den Verdampfungsröhren auf der anderen Seite bzw. an beiden Ablagerungen entstehen, die die Wärmeleitfähigkeit stark herabsetzen, so wird es praktisch unmöglich, mehrfache Wirkungen zu erzielen, insbesondere bei Lösungen, deren Siedepunkt weit über dem des Wassers liegt.

Zweck der Erfindung ist nun, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und gleichzeitig erhebliche Vorteile bei der stufenweisen Konzentration von Lösungen zu erzielen.

Die Erfindung hat auch noch den besonderen Vorteil, die bei der Konzentration der Lösung gebildeten Kristalle zu vergrößern, was dadurch erreicht wird, daß die zu bildenden Kristalle in einer sich nach aufwärts bewegenden, dauernd übersättigten und zu gleicher Zeit zwecks Bildung der Kristalle gekühlten Lösungssäule nach abwärts sinken und dabei Flüssigkeitsschichten durchlaufen, die heißer als sie selbst sind.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abb. 1 ist eine schematische Gesamtansicht der Vorrichtung. Abb. 2 zeigt im Schnitt und in vergrößertem Maßstabe Einzelheiten der Vorwärmkolonne und Abb. 3 einen vergrößerten Schnitt durch Einzelheiten der Konzentrationskolonne.

Die Vorrichtung besitzt zwei Kolonnen oder Türme A und B, von denen die erstere als Vorwärmkolonne, die zweite als Konzentrations- oder Verdampfungskolonne bezeichnet werden soll. Diese Kolonnen müssen von so beträchtlicher Höhe, beispielsweise 100 Fuß, sein, daß am Boden derselben befindliche Flüssigkeit auf hohe Temperatur gebracht werden kann, ohne daß sie ihren Siedepunkt erreicht, der ja abhängig ist von dem Druck, dem die Flüssigkeit durch die darüberliegende Flüssigkeitssäule unterworfen ist.

Die Vorwärmkolonne A ist durch Scheidewände α in Kammern unterteilt, die mit Dampfschlangen b ausgestattet sind. Letztere besitzen Ablaßhähne/ und sind nahe dem Boden jeder Kammer gelagert. Von dem oberen Teil jeder Kammer führt eine Umlaufröhre C zu dem unteren Teil der nächsten Kammer, in die sie nahe dem Boden eintritt. Die zu behandelnde Flüssigkeit oder Lösung, welche am Kopf der Kolonne durch ein Rohr c eintritt, fließt also abwärts von Kammer zu Kämmer, bis sie die unterste Stelle der Kolonne erreicht. go

Die Kolonne A ist mit dem unteren Teil der Kolonne B durch ein Rohr d verbunden, das seinerseits mit Heizvorrichtungen H versehen ist, durch die die Temperatur der von der Kolonne A abfließenden Flüssigkeit etwas erhöht werden kann, bevor die Flüssigkeit in die Kolonne B eintritt.

Die Verdampfungskolonne B ist mit Fang- > flächen D für den Dampf versehen. Die Räume unterhalb jeder dieser Flächen sind durch Röhren e mit einer entsprechenden Dampfschlange in der Kolonne A verbunden. Jede dieser Dampfschlangen liegt an einer Stelle, wo die Temperatur der in der Ko-

lonne A absteigenden Flüssigkeit niedriger ist als diejenige des an dieser Stelle mittels der Schlange zugeführten Dampfes. Auch liegt jede Schlange weit genug nach abwärts, um ein Kochen oder eine Dampfbildung innerhalb der Flüssigkeit bei der betreffenden Dampftemperatur zu verhindern.

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, müssen zweckmäßig -die Kolonnen und die

ίο Verbindungsröhren zwischen den Dampf fangfiächen und den Dampfschlangen isoliert werden, so daß keine Wärmeverluste eintreten. Zusammengefaßt wird also die zu behandelnde Flüssigkeit dem Kopf der Kolonne A zugeführt. Sie strömt dann in dieser nach abwärts und durch das Rohr d nach dem unteren Teil der Kolonne B, wobei sie auf ihrem Wege ζ. B. mit Hilfe von der Heizvorrichtung H oder unmittelbar den Schlangen b

in der Kolonne A zugeführten Dampf erhitzt wird. Auf diese Weise wird die Kolonne B mit erhitzter Flüssigkeit gefüllt. Für den Fall, daß die Wirkung der Heizvorrichtungen H nicht genügt, um beim erstenmal die Flüssigkeit auf ihren Siedepunkt zu bringen, wird der Einlaß der Flüssigkeit an der Kolonne A, sobald beide Kolonnen gefüllt sind, abgestellt und dann die Flüssigkeit in Umlauf - versetzt, indem sie von dem Kopf der Kolonne B der Kolonne yi zurückgeleitet wird, bis sich Dampf in der Kolonne B zu entwickeln beginnt. Diese Entwicklung wird zunächst nur in dem oberen Teil der Kolonne B eintreten, wo der Druck am niedrigsten ist. Im weiteren Betriebe aber wird die Dampf entwicklung nach abwärts" bis in den unteren Teil der Kolonne B fortschreiten, bis die ganze, ■ durch die Heizvorrichtungen H hindurchströmende Flüssigkeitsmasse auf eine dem Siedepunkt an der- untersten Danpffangfläche D entsprechende oder etwas darüberliegende Temperatur gebracht ist. Dann befindet sich die gesamte Vorrichtung in vollem Betriebe. Irgendwelche in den Röhren e oder Dampfschlangen b enthaltene Flüssigkeit kann durch zeitweises Öffnen der Ablaßhähne / mit Hilfe des in den Räumen unterhalb der Fangflächen D befindlichen und unter Druck stehenden Dampfes ausgetrieben werden. Während dieser Zeit wird die in· der Kolonne A befindliche Flüssigkeit durch den aus der Kolonne B entnommenen Dampf erhitzt.

Die zu konzentrierende Flüssigkeit tritt in -den Kopf der Kolonne A durch das Rohr c ein und fließt in ihr von Kammer zu Kammer nach abwärts. In der oberen Kammer wird die Flüssigkeit durch Dampf -.mittels derjenigen Schlange b erhitzt, die ihrerseits den Dampf von dem höchsten Punkt der Kolonne B entnimmt. Dieser Dampf ist kalt genug, um zu kondensieren. 'Die Flüssigkeit j nimmt also die volle latente Wärme des in der entsprechenden Höhe aus der Konzentrationskolonne B . abgezogenen Dampfes auf. Die j Wärme des Dampfes genügt nicht, um die zu j behandelnde Flüssigkeit zu verdampfen. Letztere nimmt also nur die latente Wärme j des· Dampfes- auf und gewinnt diese wieder. Auf diese Weise durchläuft die Flüssigkeit die ganze Kolonne^ nach abwärts und wird dabei stufenweise durch den von der Kolonne B abgenommenen, die Schlangen b durchströmenden und in jeder folgenden Stufe heißeren Dampf erhitzt. Es findet dabei kein Sieden statt, da die Druckzunahme infolge der Vergrößerung in der Höhe der Flüssigkeitssäule ungefähr gleich ist der Zunahme des Dampfdruckes in der Konzentrationskolonne B. Wenn die Flüssigkeit den Boden der Kolonne A erreicht hat, ist ihre' Temperatur auf einen Grad gestiegen, der der latenten Verdampfungswärme des in der Kolonne B erzeugten Dampfes entspricht.

Von der Kolonne A gelangt die Flüssigkeit durch das Rohr d nach der Kolonne B, indem sie auf ihrem Wege dorthin durch Heizvorrichtungen H erwärmt wird. Letztere können aus mittels Frischdampf erhitzten Rohrschlangen bestehen oder anderweitig ausgebildet sein. Die Erwärmung der Flüssigkeit durch diese Heizvorrichtungen wird so weit getrieben, daß sie in die Kolonne B mit einer Temperatur eintritt, die etwas unterhalb desjenigen Siedepunktes liegt, der dem Druck im Unterteil der Kolonne B entspricht.

Wenn dann weiter die Flüssigkeit innerhalb der Konzentrationskolonne B aufwärts steigt, sinkt ihr Siedepunkt allmählich wegen- der Druckabnahme, und es entwickelt sich von ihr Dampf, der unterhalb der Fangflächen D gesammelt und nach den Heizschlangen in der Kolonne A abgeführt wird. Bei verhältnismäßig schweren Lösungen entspricht die Senkung des Siedepunktes ungefähr 1⁰C bei jedem Fuß, welchen die Flüssigkeit in der Kolonne aufsteigt, so daß bei einer Aufwärtsbewegung von 6 Fuß der Siedepunkt sich um ungefähr 6° gesenkt hat und die Temperatur entsprechend gefallen ist.

Die Temperaturverminderung wird vervollständigt durch Abgabe latenter Wärme an. die Flüssigkeit in .der Kolonne A, welche hier also wieder gewonnen wird, so daß die Kolonne A als Rekuperator wirkt.

Es kann eine Differenz von 25⁰ C zwischen der Temperatur der Flüssigkeit in der Kolonne B und derj enigen der Temperatur rund um die Heizröhren in der Kolonne A auf gleicher Höhe eintreten, welche Differenz auf die Wirkung der Heizvorrichtungen H zurückzuführen ist.

Sobald sich die aufsteigende Flüssigkeit

Claims (6)

dem Kopf der Kolonne B nähert, wird eine Höhe erreicht, in welcher die Temperatur des erzeugten gesättigten Dampfes zu nahe der Temperatur der in der Kolonne yi absteigenden Flüssigkeit und zu niedrig ist, um in letzterer rekuperiert zu werden. Oberhalb dieses Punktes kann Dampf weiter durch Kondensation unter hohem Vakuum mittels Kühlwasser oder im Falle, daß die Temperatur to der am Kopf der Kolonne B abgegebenen Mengen sehr niedrig sein soll, durch andere bekannte Mittel entwickelt werden, so daß die Temperatur niedrig gehalten werden kann, ohne daß Kühlröhren in der Flüssigkeit angebracht zu werden brauchten. Die von dem Kopf der Kolonne B abgegebene Flüssigkeit kann entweder nach der Kolonne A, z. B. durch die Pumpe P und das Rohr E, zurückgeführt werden, um sich dann ao Wieder mit frisch zugegebener Flüssigkeit zu vermischen oder sie. kann auch mittels der Röhre p zur weiteren Verarbeitung oder Behandlung, je nach den Umständen, abgezogen werden. as Unter den zahlreichen Vorteilen, die die Erfindung bietet, ist ein wesentlicher der, daß Ablagerungen und Krustenbildungen vermieden werden, da die Entnahme der Wärme nicht durch irgendeine feste Fläche geschieht, sondern lediglich infolge der Aufwärtsbewegung der Flüssigkeit selbst erfolgt, so daß eine Kristallisation innerhalb der Flüssigkeitsmasse, und zwar wahrscheinlich an der Oberfläche der gebildeten Dampfblasen, eintritt, die örtlich das Volumen des Lösungsmittels verringern und dadurch eine lokale Übersättigung erzeugen. Das Inbetriebsetzen ist auch sehr einfach gestaltet. Das Volumen des an jeder beliebigen Stelle frei werdenden Dampfes ist stark vermindert. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß, sobald sich Kristalle bilden, diese durch die Flüssigkeitsmasse nach abwärts fallen und dabei fortschreitend noch angereicherte Flüssigkeitsschichten durchlaufen, welche heißer sind als die Kristalle selbst, so daß diese Kristalle zu Kristallisationszentren werden und auf ihrem Wege nach abwärts fortgesetzt an Größe zunehmen. Auf diese Weise werden verhältnismäßig große Kristalle erzeugt, welche im allgemeinen leichter zu handhaben und zu verwenden sind als kleinere, wie sie bei den bisher bekannten Verfahren entstehen. Naturgemäß muß Vorsorge getroffen werden, daß der Querschnitt der Verdampf ungskolonne B groß genug ist, um zu ermöglichen, daß die Geschwindigkeit der durch die Flüssigkeitsmasse nach abwärts fallenden Kristalle größer ist als die durch- Go schnittliche Geschwindigkeit der Flüssigkeit selbst. Die sich bildenden Kristalle sammeln sich am Boden der Kolonne B und werden in beliebiger Weise entfernt, beispielsweise durch das Auslaßrohr O. Patent- A jstsprüche:

1. Verfaliren zum Konzentrieren und Eindampfen von Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung nach Erwärmung eine Kolonne nach aufwärts durchströmen läßt, in der die Lösung durch stufenweise Dampf entnahme allmählich abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufwärts strömende Lösungssäule am Boden der Kolonne erhitzt und dann fortschreitend abgekühlt wird, um sie zu konzentrieren oder auszukristallisieren, wobei die sich bildenden Kristalle innerhalb der Flüssigkeit nach abwärts fallen und dabei Lösungsschichten höherer Temperatur durchstreichen.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorwärmkolonne,, in der die Lösung unter fortschreitender Temperaturerhöhung nach abwärts strömt, mit einer Verdampfungskolonne verbunden' ist,'in der die Flüssigkeit unter fortschreitender Temperaturverminderung nach aufwärts fließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmkolonne mit Heizschlangen versehen ist, die mit von der Lösung in der Verdampfungskolonne erzeugtem Dampf gespeist werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskolonne mit Auffangvorrichtungen versehen ist, die eine stufenweise Entnahme von Dampf aus ihr und seine Überleitung zur Vorwärmkolonne in entsprechenden Höhen ermöglichen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmkolonne mit Scheidewänden versehen ist, welche die Kolonne in Kammern unterteilt und Röhren besitzt, welche die Flüssigkeit von dem Oberteil jeder Kammer nach dem Boden der nächst-folgenden "überführen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.