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Verfahren zur Wiedergewinnung der Wärme aus der bei Abdestillation
flüchtiger Bestandteile aus einer Lösung übrigbleibenden Flüssigkeit.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung der Wärme
aus der bei Abdestillation flüchtiger Bestandteile aus einer Lösung iibrigbleibenden
Flüssigkeit und eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.
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An sich ist es bereits bekannt, bei industriellen Anlagen Abgasen,
Abdämpfen, heißen Abwässern und heißen Restflüssigkeiten, die in besonderen Verdampfern
zurückbleiben, einen Teil ihres Wärmegehaltes zu entziehen und nutzbar zu machen.
Bei den bekannten Vorrichtungen geschieht dies in der Weise, daß beim Arbeiten mit
Abgasen und Abdämpfen die Wärme zunächst an Wasser oder eine andere Flüssigkeit
abgegeben wird und die so erwärmte Flüssigkeit in besonderen Verdampfern einem Vakuum
unterworfen wird, um auf diese Weise Dampf zu bilden. Beim
Arbeiten
mit heißen Abwässern und heißen Restflüssigkeiten werden diese Flüssigkeiten unmittelbar
einem Vakuum zur Bildung von Dampf ausgesetzt. Die so entstandenen Dämpfe werden
dampf in Niederdruckturbinen geleitet, um mechanische Arbeit zu gewinnen oder dann
zur Vorwärmung der den Verdampfern zuzuführenden Flüssigkeit benutzt.
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Auf diese Weise kann aber, wie bekannt, entweder nur ein sehr geringer
Bruchteil der Wärme wieder gewonnen werden, oder es findet eine unzweckmäßige Ausnutzung
der in der Restflüssigkeit enthaltenen und zu Vorwärmezwecken benutzten Wärme statt,
da für die Beheizung eines Vorwärmers vorteilhafter die aus dem Verdampfer abziehenden
Dämpfe benutzt werden, welche mehr Wärme enthalten als in vielen Fällen in einem
Vorwärmer an die frische Flüssigkeit abgegeben werden darf.
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Außerdem ist es bei der Destillation von Flüssigkeiten bereits bekannt
geworden, die bei der Destillation entstehenden Dämpfe zu verdichten und dann zwecks
Kondensierung durch die abzudestillierende Flüssigkeit zu leiten, um dabei gleichzeitig
diese Flüssigkeit zu erhitzen.
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Dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Kombinationsverfahren,
welches sich aus zum Teil an sich schon bekannten Schritten zusammensetzt, liegt
nun die Erkenntnis zugrunde, daß ein wesentlicher Vorteil erzielt wird, wenn die
in der in einem Destillationsapparat zurückbleibenden Flüssigkeit aufgespeicherte
Wärme in Dampfform unmittelbar in die abzudestillierende Flüssigkeit zurückgeführt
wird. Um mit Hilfe der Abdestillation die Austreibung der flüchtigen Bestandteile
aus einer bestimmten Flüssigkeit bewirken zu können, braucht man eine gegebene Wärmemenge.
Wenn nun aus der Endlauge eine Wärineinenge gewolinen werden kann, die zur Erzeugung
eines Teiles des für die Abdestillation benötigten Dampfes verwendbar ist, so wird
dann eine geringere Kessel- bzw. Abdampfmenge benötigt, so daß durch eine solche
Ausnutzung der in der liestflüssigkeit enthaltenen Wärme ein positiver Wärmegewinn
erzielt wird. Nach dem neuen Verfahren wird zur Erzielung dieses Vorteiles die aus
der Lösung übrigbleibende Flüssigkeit aus der Destillationskolonne in ein Verdampfergefäß
übergeführt und dort unter Druckverminderung zu einem geringen Teil verdampft, worauf
der entwickelte Dampf in bekannter Weise verdichtet und nach dem Destillationsapparat
zurückgeführt und daselbst als Heizdampf zum Abtreiben der flüchtigen Bestandteile
mit der zu destillierenden Flüssigkeit in unmittelbare Berührung gebracht wird.
Eine zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung weist zwischen Destillationsapparat
und Verdampfergefäß ein Drosselorgan zwecks Druckverminderung auf.
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Zweckmäßig werden mehrere Verdampfergefäße vorgesehen, aus denen der
Dampf einzeln von hintereinandergeschalteten Verdichtern abgesaugt wird, so daß
außer dem mit niederstem Anfangsdruck arbeitenden Verdichter jeder Verdichter den
aus einem Verdampfergefäß abgesaugten und den vom vorangehenden Verdichter zugeführten
Dampf zu verdichten hat. Die Verdichter können die aufeinanderfolgenden Stufen eines
Kreiselverdichters bilden.
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Die Zeichnung zeigt in schematischer Weise zwei Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes.
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Bei dem in Abb. 1 dargestellten Beispiel wird ein einziges Verdampfergefäß
verwendet, in welches die Flüssigkeit vom Destillationsapparat übergeführt wird.
Bei dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel sind drei Verdampfergefäße hintereinandergeschaltet,
in deren oberen Teilen abnehmende Drücke herrschen. Diese drei oberen Teile der
drei \er<lampfergefäße sind an drei hintereinandergeschalteten Stufen eines Kreiselverdichters
angeschlossen, welcher verdichteten Dampf zwecks Heizung in den Destillierapparat
zurüclifördert.
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Bei dem in Abb. 1 dargestellten Beispiel ist 1 der Destillierapparat.
Demselben fließt durch Rohrstutzen 2 die zu destillierende Flüssigkeit beständig
zu. Durch das Rohr 3 wird von außen Heizdampf zugeführt, welcher in den einzelnen
übereinander angeordneten Kammern 4, 5, 6, 7 des Destillierapparates die flüchtigen
Bestandteile aus den in diesen Kammern befindlichen Flüssigkeitsmengen zum großen
Teil austreibt. Aus der obersten Kammer 7 werden die mit Dampf gemischten flüchtigen
Bestandteile durch das Rohr 8 zu dem in der Zeichnung nicht ersichtlichen Kühlapparat
geleitet. Das dort erhaltene Kondensat, welches sehr reich an flüchtigen Bestandteilen
ist, wird durch das Rohr 9 in die oberste Kammer 7 des Destillierapparates 1 zurückgeführt
und bewegt sich mit der durch den Stutzen 2 zugeführten frischen, zu destillierenden
Flüssigkeit nach unten und damit im Gegenstrom zu den aufwärtssteigenden gas-bzw.
dampfförmigen Mitteln. Die sogenannte Ablaufflüssigkeit sammelt sich unten in der
Kammer 4 und ist dabei von flüchtigen Bestandteilen nahezu befreit. Von hier wird
sie durch das Rohr 11, in welches ein regelbares Drosselventil 12 eingebaut ist,
nach dem Verdampfergefäß 13 übergeführt. An den oberen Teil dieses Gefäßes 13 ist
der Saugraum 14 des Kreiselverdichters 15 angeschlossen. Dieser Verdichter wird
durch einen Elektromotor 16 angetrieben. Durch die saugende Wirkung
des
Kreiselverdichters 15 auf den Innenraum des Verdampfergefäßes I3 bildet sich im
oberen Teil dieses Gefäßes ein Druck, der kleiner ist als der am Grund der Kammer
4 vom Destillierapparat I herrschende Druck. Demzufolge stellt sich im Verdampfergefäß
13 der Flüssigkeitsspiegel auf die Höhe II-II ein, welcher um den Abstand H höher
liegt als der Flüssigkeitsspiegel I-I in der Destillationskammer 4. Um diese Flüssigkeitssäule
ist der im oberen Teil desVerdampfergefäßes I3 herrschende Druck Pv kleiner als
der im oberen Teil, d. i. im Dampfraum der Destillationskammer 4 herrschende Druck
p4. Der aus dem oberen Teil des Verdampfergefäßes I3 abgesaugte Dampf wird im Kreiselverdichter
15 verdichtet bis auf einen Druck Px, welcher demjenigen Druck entspricht, der in
derjenigen Kammer des Destillierapparates herrscht, in welche der verdichtete Dampf
als Heizdampf zurückgeführt wird. In dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der vom Verdichter 15 verdichtete Dampf durch das Rohr 16 beispielsweise in
diezweitunterste Destillationskammer 5 geleitet, um dort unmittelbar mit der zu
destillierenden Flüssigkeit in Berührung zu kommen. Von hier aus übt dieser Dampf
die gleiche Heizwirkung aus wie der durch das Rohr 3 eingeführte, von einer besonderen
Quelle stammende Heizdampf. Auf diese Weise ist es möglich, einen großen Teil derjenigen
Wärme in zweckmäßiger Weise nutzbringend wieder zu gewinnen, welche in der im unteren
Teil der untersten Destillierkammer 4 sich sammelnden Flüssigkeit innewohnt und
welche Wärme verloren ginge, wenn man die Flüssigkeit aus der Kammer 4 einfach ablaufen
lassen würde. Man hat zwar bei vorbekannten Einrichtungen einen Teil dieser Wärme
schon dadurch wieder gewonnen, daß man die Flüssigkeit zum Vorwärmen von anderen
Flüssigkeiten benutzte. in der Regel hatte man aber zu wenig Bedarf an solcher Vorwärmung
oder es wurden dazu die aus dem Destillierapparat abziehenden Dämpfe benutzt, so
daß trotzdem noch der größte Teil der verfügbaren Wärme nutzlos abging. Überdies
kann es vorkommen, daß die Zusammensetzung der unten im Destillierapparat I sich
sammelnden Flüssigkeit derart ist, daß sie sich zur Vorwärmung gar nicht eignet,
in dem Fall nämlich, wo bei Abkühlung Kristalle sich ausscheiden, so daß der Wärmeübergang
binnen kurzer Zeit stark vermindert und überdies die Rohrleitung verstopft wird.
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Die Wiedereinführung der in der zurückbleibenden Flüssigkeit enthaltenen
Wärme in Dampfform in den Destillierapparat gestattet eine wesentliche Ersparnis
an Kesseldampf bzw. Abdampf für die Desstillation zu erzielen. Bei der im ersten
Ausführungsbeispiel dargestellten Einrichtung verdampft ein Teil der vom Destillierraum
4 nach dem Verdampfergefäß 13 iibergeführten Flüssigkeit wegen der hierbei vor sich
gehenden Druckverminderung. Die für die Verdampfung erforderliche Wärmemenge wird
dem übrigbleibenden Teil der Flüssigkeit entzogen, so daß die im Verdampfergefäß
13 sich sammelnde Flüssigkeit eine entsprechend niedrigere Temperatur hat als die
Flüssigkeit im Destillierraum. Beträgt beispielsweise im Destillationsraum 4 der
spez. Druck p4 = 1,2 Atm. abs., dem eine Sättigungstemperatur von etwa 1040 entspricht,
und wird die Höhe H auf etwa 10 m eingestellt, so bildet sich im oberen Teil des
Verdampferraumes ein Druck pv = 0,2 Atm. abs. bei einer Sättigungstemperatur von
etwa 600 C. Der Kreiselverdichter 15 muß nun Dampf von diesem Zustand ansaugen und
auf angenähert 1,2 Atm. abs. verdichten. Je Ioookg aus dem Destillationsraum 4 abgeführter
Flüssigkeit haben nahezu I000 x (104 - 60) = 44 ooo Cal. zur Verdampfung abgegehen.
Da bei einem Druck von 0,2 Atm. abs. die Verdampfungswärme etwa 562 Cal/kg beträgt,
so können aus dieser Wärmemenge 44 000 : 562, also 78 kg gesättigter Dampf von 0,2
Atm. erzeugt werden.
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Zur Erzeugung dieser Dampfmenge in einem Dampfkessel wären rund II
kg Kohlen erforderlich, welche bei einem Koblenpreis von 100 Fr. pro Tonne etwa
1,10 Fr. kosten wurden. Die Verdichtung dieser 78 kg gesättigten Dampfes von o,
2 Atm. abs. auf etwa I,2 Atm. abs. erfordert eine Motorleistung von etwa 5 KW. Dies
kostet bei einem Strompreis von 5 Cts./KW. St. etwa 25 Cts. Die Kosten für die Erzeugung
von Heizdampf für den Destillationsapparat mittels vorliegender Einrichtung verhalten
sich zu denjenigen der gewöhnlichen Dampferzeugung in einem Dampfkessel wie 25 :
110 = 23 : 100.
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In der Abb. 2 ist 21 die teilweise Außenansicht eines ähnlich gebautenD
estilli erapparates wie in Abb. I. Aus dessen unterster Kammer wird mittels des
Rohres 22 die Ablaufflüssigkeit nach einem ersten Verdampfergefäß 23 geführt, dessen
Flüssigkeitsspiegel auf der Höhe IV-IV liegt, während in der unteren Destillierkammer
der Flüssigkeitsspiegel sich auf der Höhe III-III befindet. Von dem Verdampfergefäß
23 fließt Flüssiglveit durch ein Steigrohr 24 nach dem zweiten Verdampfergefäß 25
und von diesem durch ein weiteres Steigrohr 26 nach dem dritten Verdampfergefäß
27. Im mittleren Verdampfergefäß 25 stellt sich der Flüssigkeitsspiegel auf die
Höhe V-V, im letzten Verdampfergefäß auf die HöheVI-VI ein. Aus dem letzten Gefäß
27 fließt die von den flüchtigen Bestandteilen größtenteils befreite Flüssigkeit
durch das
Rohr 28 ab. Im oberen Teil des Gefäßes 27 herrscht der
Druck p27. Dampf von diesem Druck wird von der ersten Stufe 3I des vom Elektromotor
30 angetriebenen Kreiselverdichters angesaugt und auf den Druck p25 verdichtet,
welcher im oberen Teil des mittleren Gefäßes 25 herrscht. Die zweite Druckstufe
32 des Kreiselverdichters übernimmt den von ller ersten Stufe 3I ihr zugeförderten
Dampf saugt überdies Dampf aus dem mittleren Gefäß 25 an un<l verdichtet tlas
Gemisch auf den Druck P2. Die dritte Stufe 33 des Kreiselrer (1icllters übernimmt
das von der zweiten Stufe 32 ihr zugeförderte Dampfgemisch und saugt überdies Dampf
aus dem Gefäß 23. Die gesamte aus den drei Gefäßen 27, 25 und 23 angesaugte und
verdichtete Dampfmenge wird durch (las Rohr 34 der untersten Kammer 35 des Destillierapparates
21 zugeführt, woselbst der Druck P:',,i herrscht. Von der gesamten, durch das Rohr
34 der untersten Kammer 35 zugeführten Dampfmenge stammt nur ein Teil, beispielsweise
1<3 aus dem letzten Gefäß 27, und nur dieser geringe Teil muß von dem niedersten
Druck p27 auf den Verbrauchsdruck p35 verdichtet werden. Ein weiterer Teil der Gesamtdampfmenge,
d. i. etwa ein weiteres Drittel, welches aus dem mittleren Gefäß 25 stammt, braucht
nur von dem Zwischendruck p2,,, auf den Enddruck P,, gebracht zu werden. Der letzte
Teil der Dampfmenge, welche dem Gefäß 23 entnommen wird, ist nur vom Druck p23 auf
den Druck p35 zu verdichten. Weil die Ansaugedrücke p25 und p23 ihrem absoluten
Werte nach größer sind als der Druck p2,, welch letzterer dem Druck Pv (Abb. 1)
des ersten Beispieles entspricht, so erfordert die Verdichtung eines gleichen Dampfgewichtes
auf den gleichen Enddruck beim zweiten Ausführungsbeispiel einen erheblich geringeren
Arbeitsaufwand als beim ersten Ausführungsheispiel. Deshalb ist die Wirtschaftlichkeit
einer in Abb. 2 dargestellten Anlage noch größer als diejenige einer in Abb. I veranschaulichten
Anlage, welch letztere gegenüber der Dampferzeugung in einem gewöhnlichen Dampfkessel
bereits als sehr wirtschaftlich nachgewiesen wurde.
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Natürlich kiintlten bei dem in Abb. I dargestellten Ausführungsbeispiel
statt der eingezeichneten vier Kammern, 5, 6 und 7 des Destillationsapparates weit
mehr Kammern in Anwendung kommen. Statt der in Abli. 2 dargestellten drei Gefäße
23, 25 und 27 und der drei Stufen 31, 32 und 33 im Verdichter könnten entweder nur
zwei oder mehr als drei Anwendung finden.
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Einrichtungen, welche nach vorliegenderErfindung arbeiten, bieten
noch einen weiteren Vorteil. Erfahrungsgemäß befinden sich in der Ablaufflüssigkeit
eines nach bisheriger Weise arbeitenden Destillierapparates noch eine erhehliche
Menge flüchtiger Bestandteile, deren röllige Austreibung viel zu viel Dampf erfordern
würde. Bei einer nach vorliegender erfindung arbeitenden Einrichtung gelangen diese
Bestandteile mit der Ablaufflüssigkeit wenigstens in ein Verdampfergefäß und werden
wegen der bei diesem Übergang stattfindenden Druckverminderung zum größten Teil
frei. Sie mischen sich mit dem aus der Flüssigkeit sich bildenden Dampf und werden
mittels eines Verdichters in den Destillationsapparat zurückgefördert, wo sie Gelegenheit
haben, durch die Dampfheizung nutzbar ausgetrieben zu werden.