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Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeiten.
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Bei vorrichtungen zum Verdampfen von flüssigkeiten in Verdampfungskörpern
mit langen senkrechten Röhren zeigt sich der Übelstand, daß lim Unteren Teil der
Röhren infolge des eigenen Druckes der Flüssigkeit keine Dampfbildung eintreten
kann, so daß Überhitzung und infolgedessen schlechter Wärmeaustausch stattfindet,
während sich im oberen Teil inhfolge ungenügenden Flüssigkeitsumlaufes eine schaumige
Masse bildet und an Stelle der gewünschten Emulgierung von Dampf und Flüssigkeit,
bei der diese den Röhrenquerschnitt abwechselnd vollständing ausfüllen, die Erscheinung
des » Kletterns « der Fjüssigkeit in dünner Schicht an den rohrwänden eintritt,
während sich der Dampf im Innern der Röhren befindet, Aucb hierdurch wird der Wärmeaustausch
beeinträchtigt, Gemäß der Erfindung werden diese Übelstände durch eine besondere
Anordnung der Verdampfvorrichtung vermieden, durch die die Flüss:igkeit gezwungen
wird, mit sehr großer Geschwindigkeit in die Rühren einzutreten.
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Alsdann kann nämlich in dem unteren Teil keine Überhitzung mehr eintreten,
weil die Flüssigkeit nicht ganz eine Sekunde braucht, um die ganze Länge der Röhren
zu durchlaufen. Die Flüssigkeit steht daher nicht mehr unter hydrostatisohem Übendruck,
sondern wird durch eine Kraft von unten nach oben getrieben, die größer ist als
das Gewicht der Wassersäule, Alle bei der Berührung mit der heißen Wand entstehenden
kleinen Dampfblasen werden sofort durch die Heftigkeit der Strönrung nach den oberen
Teilen mitgerissen, Im oberen Teil der Röhren befindet sich alsdann reichlich flüssigkeit,
die aber infolge ihrer Geschwindigkeit abwechselnd mit Dampfblasen den voUen Röhrenquerschnitt
ausfüllt, also als Emulsion ausgeblasen wird und nicht mchr nur an den Wandungen
aufsteigt. Damit sind die gewünschten Bedingungen gegeben.
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Zur Erzielung einer solchen großen Strömungsgesehwindigkeit hat man
schon die anwendung mechanischer Hilfsmittel, insbesondere von Pumpen, vorgeschlagen,
was natürlich die Einrichtung verwickelt und teuer macht, Man hat auch schon zur
Erzielung eines schnellen flüssigkeitsumlaufes miteinander verbumdene Systeme von
engen und weiten rohren verwendet, die den Umlauf ohne solche mechanischen Hilfsmittel
bewirken sollen, Hierbei hat man aber nicht berücksichtigt, daß in den weiten rohren,
um das hier gweünschte Ergebnis zu erzielen, keine Erhitzung stattfinden darf und
gewisse Größenverhältnisse innegehalten werden müssan. Außerdem muß dafür Vorsorge
getroffen werden, daß der Umlauf stets in derselben Richtung erfolgen muß, also
nicht umkehrbar ist.
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Ion Gegensatz, zu diesen bekannten Vorrichtungen ist gemäß der Erfindung
mit einem senkrechten Bündel langer Verdampfungsröhren ein seitlich, also außerhalb
des Verdampfungskörpers angeordnetes Rückleitungsrohr von großem Querschnitt verbunden.
Die Abmessungen dieses Rückleitungsrohres müssen zu denen der Verdampfungsröhren
in einem bestimmten Verhältnis stehen, um die für die Verdampfungswirkung günstigste
Geschwindigkeit mit Sicherheit zu erzielen. Zu diesem Zweck werden die Verhältnisse
gemäß der Erfindung so gewäblt, daß die Norrichtung an sich in jedem Falle eine
zu große Cm, laufsgelsch. vindiigke, it herbeiführen wünde, und es sind Vorkehrungen
getroffen, uan diese Geschwindigkeit auf das im Einzelfall günstigste Maß herabzusetzen,
Außerdem betrifft die Erfindung noch erschiedene Einzelbeiten der vorrichtung.
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In der Zciohmung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen einer
solchen Vorrichtung dargestellt.
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Abb. 1 ist eine Ansicht einer Ausführungsform, teilweise im Schnitt.
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Abb. 2 zeigt im Schnitt eine Abänderung, Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
besteht die Vorrichtung aus einem Kessel A, der ein Röhrenbündel a enthält, Über
dem Kessel liegt eine Kammer B von geringer Höhe; sie ist mit einem durch Bolzen
befestigten Dekkel C verschlossen, der leicht zu öffnen ist.
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Diese Kammer hat seitlich einen weiten rohransatz d, der so groß ist,
daß er den aus den Röhren austretenden Strom von Flüssigkeit und Dampf leicht durchtreten
läßt.
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Eine im rechten Winkel nach unten abgebogene wagerechte Scheidewand
E hält die mitgerissenen Flüssigkeitsteile zurück und zwingt sie, in einen seitlichen
Zylinder F zu fallen, während der Dampf seine Richtung ändert und in ein zylindrisches
Ableitungsrohr G und von da in ein Sicherheitsgefäß oder einen Schaumfänger H aufsteigt.
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Der Zylinder F, der zur Trennung der Flüssigkeit und des Dampfes
dient, setzt sich in seinem unteren Teil in ein sehr weites Rohr 1 fort, das dazu
dient, die Flüssigkeit in eine untere Kammer K des Röhrenkesisels zu leiten, aus
der die Verdampfungsröhren gespeist wereden.
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Wenn man dem Rohr J einen Querschnitt gleich dem Gesamtquerschnitt
der Röhren in A geben würde, so ist ersichtlich, daß man in J eine Abstieggeschwindiglceit
hervorrufen müßte, die gleich der Aufstieggeschwindigkeit ist, die man in den Röhren
haben will.
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Es läßt sich berechnen, daß der Querschnitt von J in dem Beispiel
zwischen einem Viertel und einem Drittel des Gesamtquerschnittes der Röhren liegen
muß, damit man an dieren unterem Ende eine Geschwindigkeit von 2 m erzielen kann,
Weigen der groflen Zuströmung sgieschwindigkeit der Flüssigkeit ist es zweckmäßig,
eine gleichförmige Verteilung auf alle Röhren zu sichern. Diese Bedingung wird erfüllt,
indem man die Flüssigkeit durch ein Rohr zurtreten läßt, das sich nach unten öffnet,
Diese Flüssigkeit werliert so ihre übermäßige Geschwindigkeit in der Richtung von
oben nach unten, Die Geschwindigloeit sinkt bis auf Null und vermehrt sich dann
in entgegengesetztem Sinne bis zu den Röhrenmündungen.
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Die Umkehrung der Bewegungsrichtung verursacht einige Wirbel, vermöge
deren die in der Flüssigkeit suspendierten Teile in den unteren Kegel fallen, Die
Kammer K bildet also einen Schlammfänger, der sehr kräftig wirkt, weil infolge der
starken Erweiterung die Kammer einen etwa dreimal so großen Querschnitt hat wie
die (Röhren, so daß die Aufstieggeschwindigkeit der Flüssigkeit dort nur knapp ein
Drittel derjenigen in den Röhren beträgt, Die günstigste Geschwindigkeit, die man
der Flüssigkeit an der unteren Mündung der Röhren geben muß, ist praktisch diejenige,
bei der die die Emulsion bildenden Waser-und Dampfteilchen bis zur oberen Mündung
der Röhren gelangen können, ohne zerstört zu wenden, Da man nun dieselbe Vorrichtung
zeitweise mehr oder winiger schnell arbeiten lassen muß, ist es zweckmäßig, den
Flüssigkeitsaustritt ändern zu nonen, jie nachdem man die Verdampfungsgeschwindigkeit
erhöhen oder im Gegenteil mäßigen will, Dies wird durch die Vorrichtung naqch Abb.
2 ermöglicht.
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Zu diesem Zweck ist das Rückflußrohr mit einer kreisförmigen Öffnung
S versehen, die durch eine bewegliche Scheibe T versohlossen ist, deren Durchmesser
etwas kleiner als der der Öffnung ist, Wenn der Verschluß ganz geöffnet ist, ist
der Flüssigkeitsaustritt am größten, In dem Maße aber, wie man die Offnung schließt,
vermindert sich der Zutritt zu den Röhren, die Ernulsion kann nicht mehr bis oben
bestehen bleiben und wind von einer gewissen Höhe ab durch das Aufsteigen der Flüssigkeit
an der Wandung ersebzt, so daß die Verdampfung abnimmt.
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In dem Maße, wie man die Vendampfung beschleunigen will, senkt man
die Scheibe T bis in die punktiert gezeichnete Stellung T1, indem man ein Handrad
V1 betätigt. In dieser Endstellung ist der Durchtrittsquerschnitt gleich demjenigen
des unteren Teils M des Rücklaufrohres, d. h. gleich eta einem Dritte des Gesamtquerschnittes
der Röhren, Mittels dieser Drosselscheibe t kann der Arbeiter durch Versuche die
Stellung finden, bei welcher der Röhrenkessel den besten Verdampfungseffekt bei
geringstem Temperaturabfall Liefert.
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Man könnte auch entweder dnnerhalb bei S oder außerhalb bei M ein
gewöhnliches oder Drosselventil anwenden.
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Bei vollständiger Öffnung des Durchtrittes sind, die in die Röhren
aufsteigenden Flüssigkeitsvolumina sehr erheblioh und können sich bei großen Apparaten
auf mehrene Kubikmeter in der Sekunde belaufen, Man muß also diesem Flüssigkeitsstrom
einen ausreichenden Durchlaß zu dem seitlichen Abscheider F (Abb. 1) verschaffen.
Wenn die Flüssigkeit nicht schnell genug abfließt, so staut sie sich, hindert den
Austritt von Dampf aus den Röhren und kann sogar in diese zurücktreten, sie würde
also den regelmäßigen Umlauf stören, Es muß aber der Zweck enneicht wenden, daß
der heftige Umlauf der Flüssigkeit vollkommen in nicht umkehrbarer Richtung verläuft.
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In Abb. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, mittels deren diese Bedingung
selbst bei großen Durchmessern verwirklicht werden kann, bei dieser Vorrichtung
ist die obere Röhrenplatte nach D hin geneigt, so daß sie die Emulsion in einen
Ringkanal d und von da in den Rohrstutzen D leitet, Dieser Ringkanal hat einen um
so größeren Querschnitt, je mehr er sich dem Rohrstutzen D nähert, Man könnte auch
eine gewölbte Röhrenplatte verwenden, wodurch ebenfalls der Abfluß der Flüssigkeit
erleichtert werden würde, Ferner sind alle Verdampfungstöhren um etwa 8 bis 12 em
über die Platte hinausbeführt, damit die auf die Röhren zurückgelangen kann.
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Es ist oihne weiteres ersichtlich, daß hierdurch der schnelle Abfluß
der Flüssigkeit nach D gesichert ist, ohne daß ein Rückfluß zu den Röhren möglich
ist, Gleichzeitig wird der Kraftverlust darch Wirbel auf cin Mindestmaß zurückgeführt
und somit eine Er. sparnis an Wärmeeinheiten erzielt.
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Die nntere Röhrenplatte kann parallel zu der oberen geneigt oder
ihr entsprechend gewölbt sein, wodurch man den doppelten Vorteil enhält, daß alle
Röhnen gleiche Länge haben und die entfernung des kondensierten Wassers an der untersten
Stelle erleichtert wird.
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Da diese vorrichtungen mit Mehrfachverdampfung arbeiten sollen, ist
es mit Rücksicht auf die im Verhältnis zu den verdampften Massen geringe Flüssigkeitsmenge
wichtig, in der Gesamtheit des Mehrfachverdampfers eine sehr regelmäßige Erhitzung
zu sichern, trotzdem Änderungen des Druckes in den Kesseln unvenmeidlich sind.
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Diese Regelung erfolgt mittels eines einstellbaren Dampfreglers,
der aus zwei durch ein tauchrohr W verbundenen Behältern U, I* besteht, Der Röhrenkessel
überträgt seinen Druck durch ein Rohr u auf den unteren Behälter. Die Flüssigkeit
steigt in den oberen Behälter V und hebt einen Schwimmer V, der durch ein Hebelsystem
auf das Dampfregelungsventil l wirkt. Der Druck wird von demjenigen Kessel des Mehrfachverdampfers
entnommen, in dem die flüssigkeit bei etwa 102 bis 104° siedet, was einem Druck
von etwa 1,50 bis 1,90 m entspricht, Diese Grenzen sind im allgemeinen für die verschiedenen
Arten des Ganges der Vorrichtung ausreichend, Das ausbalancierte Ventil l dieses
Reglers regelt den Zutritt von zusätzlichem Frischdampf za dem ersten Verdampfungskörper,
während dle Abdämpfe frei und in ihrer Gesamtheit einströmen.
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Es sei angenommen, daß die Hähne 3, 4 und 5 geschlossen sind. Die
Flüssigkeit in dem unteren Behälter U stellt sich dann auf die Höhe des Überlaufstutzens
2 ein. Der Regler stellt dann in dem gewählten Röhrenverdampfer einen unveränderlichen
Druck h her. Wenn man et was schneller arbeiten will, so öffnet man den Hahn 3 ;
der Betriebsdruck wird dann h + h', Beim Öffnen des Hahnes + erhält man h + h' +
h", und schiließlich erhält man beim Öffnen des Hahnes 5 den Druck h + h' + h" +
h"', Das Drosselventil läßt immer mehr Frischdampf in den ersten Verdampfungskörper
eintreten, alle Temperaturabfälle werden entsprechend vermehrt, und die Vorrichtung
liefert eine stärkere Verdampfung.
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Es ist selbstverständlich, daß die Abmessungen des Reglers je nach
dem wirklichen Druck geändert werden müssen, der in dem als Grundlage der Regelung
gewählten Verdampfungskörper herrscht. Wenn man einen regelmäßigen Druck von 0,5
kg erreichen will, müssen die beiden Behälter des Reglers so weit voncinander entfernt
sein, daß der mittlere Druch h + h' eine Standänderung von etwa 5 m ergibt.
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Oberhalb dieser Drucke verwendet man einen Quecksilberregler, Wesentlich
ist die Hinzufügneng eines Dampfreglers zu einem Mehrkörperverdampfer, wobei man
vorzugsweise den zweiten oder den drntten Körper als-Grundlage der Regelung des
Zutritts von Frischdampf zum ersten Körper wählt. Durch diesen einzigen, an richtiger
Stelle angebrachten Regler werden alle Körper geregelt.
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Zufuhrregelung, Die zugeführte Flüssigkeit tritt durch einen Rohrstutzen
N ein, Sie mischt sich alsbald mit der Masse der in starkem Umlauf befindlichen
Flüssigkeit und nhnmt die mittlere Temperatur an, ehe sie in den Röhren erhitzt
wird.
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Die konzentrierte Flüssigkeit muß im allgemeinen ununterbrochen austreten,
um zu den folgenden Verdampfungskörpern zu gelangen.
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Abb, 1 zeigt, daß ein selbsttätiger Austritt sehr bequem zu erzielen
ist. In F wird ein sehr kräftiger Schwimmer f angeordnet, der durch ein Hebelsystem
ein Drosselventil P beeinflußt, das den Flüssigkeitsaustritt mehr oder weniger drosselt.
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Der Schwimmer f wird oben durch eine Stange f1 geführt, die ihrerseits
durch eine Metallscheibe g senkrecht gehalten wird, Diese Scheibe hat außerdem den
Zweck, den Schwilmmer gegen das unmittelbare Darauffließen der aus D austretenden
Flüssigkeit zu schützen, Es ist selbstverständlich, daß die sclbsttätige Regelung
auch in der umgekehrten Weise, wie vorher angenommen, erfolgen
kann,
diese bedeutet, daß, wenn man die Gesamtanordnung eines Dreikörperverdampfers betrachtet,
der Arbeiter an Stelle des Zutritts der zu verdampfenden Flüssigkeit den Austritt
der konzentrierten Flüssigkeit von Hand regeln kann. In diesem Fall regelt jeder
Schwimmer anstatt des Austritts des zugehörigen Verdampfungskörpers denjenigen des
vorhergehenden, also deine eigene Zufuhr, und da sich der Einfluß der Schwimmer
auf diese Weise allmählich bis zum ersten Verdampfungskörper fortsetzt, so wirdi
die Zufuhr der zu verdampfenden, flüssigkeit zu diesem Körper selbsttätig geregelt,
Entfernung des Schaumes, Nachdem die Dämpfe an der Scheidewand E vonbeigegangen
sind, steigen sie in G auf und treffen auf zwei Absohäumrohre q und r, die mit kleinen
Löchern versehen sind, aus denen Dampf austritt. Diseser Dampf wind aus der Heizkammer
A entnommen und dient gleichzeitig zur Ableitung der nicht kondensierbaren Gase,
H ist ein Hilfsschaumfänger beliebiger Bauart.