DE3936834C2

DE3936834C2 - Tieftemperaturteil einer Lösungsmittelrückgewinnungsanlage

Info

Publication number: DE3936834C2
Application number: DE19893936834
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Rer Nat Hermanns; Gerhard Kusenberg; Norbert Hagenbruck
Original assignee: HERCO KUEHLTECHNIK HERMANNS UN
Current assignee: HERCO KUEHLTECHNIK HERMANNS UN
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2009-11-07
Also published as: DE3936834A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tieftemperaturteil einer Anlage zur Rückgewinnung des Lösungsmittels aus einem in einer Fertigungsanlage anfallenden Gemisch aus inertem Trägergas, insbesondere Stickstoff, und dem Lösungsmittel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In dem Tieftemperaturteil wird mit Lösungsmittel beladenes Trägergas durch Verdampfen von flüssigem inerten Trägergas, bei dem es sich im allgemeinen um Stickstoff handelt, tiefge kühlt (im allgemeinen auf -80°C bis -120°C). Ein solcher Tieftemperaturteil ist in der deutschen Patentanmeldung P 39 30 238.5 beschrieben. Nachteilig ist dort die für den Transport des Kälteträgers, der im folgenden als Zwischenkäl teträger bezeichnet wird, erforderliche Pumpe.

Die Verwendung eines Zwischenkälteträgers zur Kondensation von Lösungsmittel in einem Trägergas/Lösungsmittel-Gemisch aus einem Ofen ist aus der EP 0 124 997 B1 bekannt. Dieser bekannte Lösungsmittelkondensator besteht aus zwei Wärmetau schern, die über einen in einem geschlossenen Kreislauf umge pumpten flüssigen zwischenkälteträger, wofür beispielhaft Toluol genannt wird, miteinander gekoppelt sind. In dem er sten Wärmetauscher, der als Kühlgefäß bezeichnet wird, wird der Zwischenkälterträger gegen verdampfenden Stickstoff gekühlt, und im zweiten Wärmetauscher wird Lösungsmittel durch indirekten Wärmeaustausch mit dem gekühlten Zwischen kälteträger kondensiert. Auch bei diesem Lösungsmittelkon densator ist der Einsatz einer Pumpe zur Aufrechterhaltung des Kreislaufes des stets flüssigen Zwischenkälteträgers notwendig.

Aus der DE-OS 14 19 190 und der DE-PS 10 32 218 sind Konden satoren zur Kondensation von chemischen Dampfgemischen be kannt, bei denen ebenfalls ein Zwischenkälteträger verwendet wird. Der Zwischenkälteträger verdampft bei der Kondensation von Dampfgemischanteilen in einem ersten Gefäß und wird durch Luftkühlung in einem zweiten Gefäß wieder kondensiert. Diese beiden bekannten Kondensatoren besitzen ebenfalls jeweils zwei Wärmetauscher in verschiedenen Behältern.

Eine Vorrichtung zur Reinigung eines mit Dämpfen eines Fremd stoffs beladenen Abgases unter Rückgewinnung des Fremdstoffs geht aus der DE 88 16 558 U1 hervor. Der verwendete Zwischen kälteträger wird dabei als Puffermedium zwischen den zu küh lenden Abgasen und dem als Kühlmittel dienenden Flüssigstick stoff verwendet. Die Zuführung des Flüssigstickstoffs wird derart geregelt, daß dieses Puffermedium gerade bis zur Umwandlung in die tiefer gelegene, feste Phase gekühlt wird. Es wird somit eine negative Enthalpiemenge im festen Aggre gatzustand des Zwischenkälteträgers gespeichert, um die Wär metauschfläche gegenüber den zu kühlenden Abgasen bei einer konstanten Temperatur zu halten. Diese bekannte Anordnung ist nicht dazu geeignet, hohe Wärmeleistungen bei gleichzeitig kompakter Bauweise zu übertragen.

Durch die DE 26 33 227 A1 werden ein Verfahren zur Kondensa tion und Rückgewinnung eines als Dampf in einem Gas enthalte nen niedrigsiedenden Stoffes offenbart. Beispielhaft ist ein Gemisch aus Luft und Vinylchlorid genannt. Nach diesem be kannten Verfahren wird flüssiger Stickstoff, der als Kühl mittel dient, durch Wärmeaustausch mit einem Zwischenkälte träger, wie Methan oder Propan, verdampft. Der dabei konden sierende Zwischenkälteträger kühlt seinerseits über einen zweiten Wärmetauscher das mit dem niedrigsiedenden Dampf beladene Gas, so daß der niedrigsiedende Dampf dabei konden siert. Der bei diesem zweiten Wärmeaustauschprozeß verdamp fende Zwischenkälteträger wird zum ersten Wärmeaustauscher geführt, um dort wieder zu kondensieren und Stickstoff zu verdampfen. Der gesamte Wärmeaustauscher ist in einem wärmei solierten Gefäß untergebracht, das in drei gegeneinander abgeschlossene Kammern unterteilt ist. In die untere Kammer wird das zu kühlende Gemisch, in die mittlere Kammer wird der Zwischenkälteträger, und in die obere Kammer wird der flüssige Stickstoff eingeleitet. Der Zwischenkälteträger verdampft in einer Doppelrohranordnung, die in die mit dem Gemisch gefüll te untere Kammer ragt. Diese Rohranordnung besteht aus einer Vielzahl von Doppelrohren mit jeweils einem inneren, am unte ren Ende offenen Rohr und einem das innere Rohr umgebenden äußeren Rohr. Eine gleichartige Doppelrohranordnung ragt in die mittlere, den Dampfraum für den Zwischenkälteträger bil dende Kammer. In dieser oberen Doppelrohranordnung ist der flüssige, beim Wärmeaustausch verdampfende Stickstoff ge führt. An der Außenseite dieser oberen Doppelrohranordnung kondensiert der Zwischenkälteträger, tropft auf einen Zwi schenboden und fließt von dort in die sich von diesem Zwi schenboden nach unten erstreckenden inneren Rohre der unteren Doppelrohranordnung. Er tritt dann an den unteren offenen Enden dieser Rohre in die jeweils umgebenden äußeren Rohre aus. Diese äußeren Rohre stehen im Wärmekontakt mit dem sie umgebenden Gemisch aus Luft und Vinylchlorid, so daß der Zwischenkälteträger beim Wärmeaustausch verdampft und das Vinylchlorid kondensiert werden. Der verdampfte Zwischenkäl teträger wird über ein zentrales, senkrecht stehendes Rohr in den Bereich der oberen, Stickstoff führenden Doppelrohranord nung geleitet, wodurch der Kreislauf des verdampfenden und anschließend wieder kondensierenden Zwischenkälteträgers ge schlossen wird. Dieser bekannte Tieftemperaturteil weist neben seinem komplexen Aufbau mit zwei Doppelrohranordnungen und drei in einem Gefäß voneinander getrennten Kammern den weiteren Nachteil auf, daß das Gasgemisch aus Luft und Vinyl chlorid seine Wärme zum Teil an bereits verdampften Zwischen kälteträger abgibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tieftempera turteil der angegebenen Gattung unter Beibehaltung der grund legenden Vorteile des bekannten Tieftemperaturteils nach der DE 26 33 277 A1 in einer technisch einfacheren und kompakte ren Bauform auszuführen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 ge löst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß beide Enthalpieaustauschprozesse in einem einzigen Druckgefäß stattfinden, wodurch die Funktionen der beiden Wärmetauscher, d. h. des Wärmetauschers zur Verdampfung des flüssigen Zwi schenkälteträgers unter Kondensation des Lösungsmittels und des Wärmetauschers zur Wiederverflüssigung des verdampften Zwischenkälteträgers unter Verdampfung des flüssigen, inerten Trägergases, zu einer kompakten Baueinheit verschmelzen. Dieses Druckgefäß ist erfindungsgemäß besonders einfach le diglich in einen unteren, mit dem flüssigen Zwischenkälteträ ger gefüllten Teil und einen oberen, von dem verdampften Zwischenkälteträger ausgefüllten Raum unterteilt. Der gesamte Innenraum dieses Druckgefäßes wird somit durch einen einzigen Raum gebildet, in dem der dampfförmige und der flüssige Zwi schenkälteträger immer an der freien Flüssigkeitsoberfläche des Zwischenkälteträgers im Phasengleichgewicht stehen. Ein Wärmetauscher zur Kondensation des Lösungsmittels wird durch Rohre zur Führung des Gemisch aus inertem Trägergas und Lö sungsmittel gebildet, die im unteren Teil des Druckgefäßes angeordnet von dem flüssigen Zwischenkälteträger umgeben sind. Dadurch wird eine höchst gleichmäßige Temperaturver teilung entlang dieser Gemisch führenden Rohre erzielt.

Auf eine Pumpe zur Aufrechterhaltung des Kreislaufes des Zwischenkälteträgers kann verzichtet werden, wenn ein geeig neter Stoff (z. B. R12 oder R22) an vom Trägergas/Lösungsmit tel-Gemisch durchströmten Rohren verdampft und an von ver dampfendem inerten Trägergas, insbesondere Flüssigstickstoff, durchströmten Rohren wieder kondensiert.

Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben.

Der untere Teil eines Druckgefäßes A ist mit einer Flüssig keit B gefüllt (z. B. R12 oder R22). Durch diese Flüssigkeit führen Rohre C, die vom Trägergas/Lösungsmittel-Gemisch D durchströmt werden. Durch den oberen Teil des Druckgefäßes A werden Rohre E geführt, in denen flüssiger Stickstoff ver dampft. Den durch den unteren Teil des Gefäßes führenden Rohren C wird Trägergas D von z. B. -30°C zugeführt, das in den Rohren auf z. B. -90°C abgekühlt wird. Die Enthalpie wird an die umgebende Flüssigkeit B (z. B. R12 oder R22) abgegeben. Hierdurch verdampft die Flüssigkeit zum Teil. Dieser Dampf wird im oberen Teil des Gefäßes durch Enthalpieentzug mittels verdampfendem Stickstoff wieder kondensiert. Die sich bilden den Tropfen fallen nach unten und halten den Flüssigkeits spiegel im unteren Gefäßteil konstant.

Da die Wärmeübertragung sowohl im unteren wie im oberen Teil des Gefäßes unter Wechsel des Aggregatzustandes erfolgt, werden hohe Wärmeübergangszahlen erreicht, so daß der Tief temperaturteil entsprechend klein gebaut werden kann. Das ist neben der fehlenden Pumpe ein weiterer Vorteil der erfin dungsgemäßen Anordnung.

Claims

Tieftemperaturteil einer Anlage zur Rückgewinnung des Lösungs mittels aus einem in einer Fertigungsanlage anfallenden Gemisch aus inertem Trägergas, insbesondere Stickstoff, und dem Lösungsmittel,
- a) mit einem ersten Wärmetauscher (E), der dem flüssi gen, als Kühlmittel dienenden Trägergas die zur zumindest teilweisen Verdampfung notwendige Enthal pie von einem Zwischenkälteträger zuführt, und
- b) mit einem zweiten, durch den zwischenkälteträger gekühlten Wärmetauscher (C), der dem Gemisch die zur Kondensation des Lösungsmittels erforderliche Enthalpie entzieht, wobei
- c) der Enthalpieaustausch durch Phasenumwandlung des Zwischenkälteträgers vom dampfförmigen in den flüssigen Zustand über den ersten Wärmetauscher (E) und vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand über den zweiten Wärmetauscher (C) erfolgt,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- d) die Phasenumwandlungen des Zwischenkälteträgers finden in einem Druckgefäß (A) statt, dessen unterer Teil mit dem flüssigen Zwischenkälteträger gefüllt ist;
- e) der zweite Wärmetauscher (C) wird durch Rohre gebildet, die das Trägergas/Lösungsmittel-Gemisch führen und von dem flüssigen Zwischenkälteträger umgeben sind; und
- f) der Zwischenkälteträger bildet im Druckgefäß (A) eine freie Flüssigkeitsoberfläche, aus der der Zwischen kälteträger verdampft und deren Flüssigkeitsspiegel durch den von dem ersten Wärmetauscher (E) abtropfen den Zwischenkälteträger konstant gehalten wird.