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Vorrichtung zum kontinuierlichen Verdampfen von Flüssigkeiíen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verdampfen
von Flüssigkdten oder Lösungen, bei welchem die Flüssigkeit durch eine Pumpe o.
dgl. dazu gebracht wird, mit einer verhältnismäßig großen Geschwindigkeit durch
Rohre oder andere Heizelcmente hindurchzugehen, welche in bekannter Weise mittels
komprimierten Brüdendampfes erhitzt werden, der aus der unter Verdampfung befindlichen
Flüssigkeit erzeugt worden ist. Durch die hohe Grschwindigkeit der Flüssigkeit wird
bekanntlich die Wärmeübertragung besser, als wenn die Flüssigkeit eine geringere
Geschwindigkeit hätte. Es ist hierbei nun weiter zweckmäßig, die Flüssigkeit während
der Erhitzung unter einem Druck zu halten, welcher höhcr als der dem Siedepunkt
der Flüssigkeit entsprechenden Druck ist und sie dann in einen Raum einströmen zu
lassen, in welchem ein Druck herrscht, der gleich dem Druck oder niedriger ist als
der Druck, welcher dem Siedepunkt der Flüssigkeit entspricht. Hierdurch wird der
Vorteil erreicht, daß in gewissen Fällen Krusten an den wärmeüberführenden Flächen
vermieden werden. Der erwähnte höh-re Druck der Flüssigkeit während der Erhitzung
kann vermittels der Vorrichtung dadurch erreicht werden, daß die I ; lüssigk (it
während ihrer Strömung zu dem Expansionsraum zum Passieren durch Verengung n z.
B. vcrjüngte Mundstücke, gebracht wird. Letztere können an den Enden der Heizelemente
angebracht sein, welche aus Röhren oder ringförmigen Kanälen bestehen können. Oder
es können auch die rohr- oder ringförmigen Heizelemente von gewöhnlicher Konstruktion
sein und in einen mit einem oder mehrcren Drosselmundstücken versehenen Raum einmünden.
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In beiden Fällen läßt man die Flüssigkeit von den gedrosselten Rohren
bzw. Mundstücken in einen Expansionsraum einströmen, in welchem der Dampf abgetrennt
wird. Die Durchströmungsfläche der Drosselmundstücke soll eine solche sein. daß
der Druck tatsächlich erreicht wird, welcher vorläufig in den Heizelementen aufrechterhalten
werden soll. Damit der Druck nach Bedürfnis geändert werden kann, ist es daher zweckmäßig,
die Drosselmundstücke bzw. die Leitungen mit Hähnen oder ancleren Vorrichtungen
zu versehen, die eine Regelung der Durchströmungsu eite gestatten. Man kann auch
ein Ventil in der gemeinsamen Leitung anordnen, durch welche die Flüssigkeit in
den Expansionsraum geleitet wird. Der Druck kann ferner durch die Anbringung eines
Ventiles oder eines anderen Drosselorganes in der Druckleitung der Zirkulationspumpe
geregelt werden.
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Es ist zweckmäßig, das Ausströmungsmund stück in der Weise anzubringen,
daß die ausströmende Flüssigkeit gegen die Wände des zylinderförmigen E, xpansionsraumes
tangential geschleudert wird. Tcils durch die Adhäsicn der Blüvsiglieitsteilchen
an den Wänden, teils auf Grund der Wirkungen der Fliehkraft in der durch den Flüssigkeitsstrahl
in Kreislauf versetzten Dampfmenge wird erreicht, daß der Dampf von Flüssigkeitsteilchen
frei wird und in dieser Form von dem Expansionsraum zu dem Kompressor überführt
werden kann.
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Der untere Teil des Expansionsraumes dicnt als Sammelbehälter für
die konzentrierte Lösung. Von letzterem wird die Lösung der Pumpe oder einer anderen
Zirkulationsvorrichtung zugeführt. Sie strömt durch das System (die Heizelemente
und den Expansionslaum) so viele Male als erforderlich ist, um die gewünschte Konzentration
zu erreichen. Eine auf diese Weise konzentrierte Menge der Lösung dient dann als
Warmespeicher zur Verdampfung einer neuzugeführten Lösung menge derart, daß dieser
Menge von konzentrierter Lösung, bevor sie wiederum in das Heizelement eingc führt
wird, eine der Verdampffähigkeit des Apparates entsprechenclen Menge von ursprünglicher
Lösung zugeführt wird, wobei eine gleiche Menge von konzentrierter Lösung als fertiges
Produkt aus dem Expansionsraume abgeführt wird.
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Durch eine derartige Vorrichtung wird ein fortlaufender Betrieb des
Systemes erzielt, und außerdem wird die Siedetemperatur konstant, wodurch die Nachtei'c,
die durch eine mit der Konzentration erfolgenC.en allmählichen Erhöhung des Siedepunktes
verursacht werden, in Wegfall kommen.
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Die tlbelstände, welche durch eine Abtrcnnung V017 Luft oder anderen
nicht kondensierbaren Gasen aus der Lösungowährend des Eindnmpfens entstehen, die
den ko mprimierten Dampf in den Dampfraum des Apparates l-egleiten, wo sie sich
ansammeln, werden
zweckmäßig dadurch ausgeglichen, daß dem Heizelement
eine möglichst große Höhe gegeben wird, die Einführung des komprimierten Dampfes
unten erfolgt und ein Abzug für die oben angesammelten Gase angebracht wird, so
daß letztere fortlaufend entweichen können.
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Es kann hierbei jedoch nicht vermieden werden, daß Dampf mitgenommen
wird, dessen Wärme doch. in bekannter Weise benutzt werden kann.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen der
Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt.
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Abb. I ist ein Vertikalschnitt einer Ausführungsform des Apparates,
Abb. 2 zeigt eine Oberansicht des Apparates mit entfernter oberer Wand. Abb. 3,
4 und 5 stellen Einzelheiten dar. Abb. 6 zeigt eine andere Ausführungsform.
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In Abb. I bis 5 bezeichnet I den eigentlichen Verdampfbehälter, welcher
mit Zwischenwänden 2 und 3 versehen ist, zwischen denen sich eine Anzahl von Rohren
4 erstreckt. Auf den beiden Seiten der Zwischenböden 2, 3 sind geschlossene Räume
5 und 6 angeordnet, welche miteinander durch die Rohre 4 verbunden sind.
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Der Raum 6 wird, außer der Zwischenwand 3, von einer Wand 7 begrenzt,
von welcher Düsen S ausgehen, die, wie aus Abb. 2 hervorgeht, derart gerichtet sind,
daß die Flüssigkeit gegen die Wand des Behälters r tangential geschleudert wird.
Oberhalb der Wand 7 befindet sich der Expansionsraum 9, in welchen die Düsen 8 ausmünden.
Die Räume 9 und 5 stehen miteinander durch eine Leitung 10 in Verbindung, in welcher
eine Zirkulationspumpe.
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II eingeschaltet ist. Von dem oberen Teil des Raumes 9 geht eine andere
Leitung 13 aus, in welcher ein Kompressor 14 eingeschaltet ist und welche in den
unteren Teil des Raumes 12 zwischen den Böden 2 und 3 einmiindet. Der Behälter für
die zu konzentrierende Flüssigkeit ist mit Ig bezeichnet, er steht durch eine mit
einem Hahn 17 versehene Leitung I6 in Verbindung mit dem Raum 9.
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Der Apparat arbeitet in folgender Weise: Die lilüssigkeit wird von
dem Behälter 15 durch die Leitung I6 zu dem Raum g geführt.
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Von hier -aus gelangt sie durch die Pumpe II zu dem Raum 5 und wird
vom letzteren nach oben durch die Rohre 4 zu dem Raum 6 gepreßt, von welchem sie
durch die Düsen 8 zu dem Expansionsraum 9, wo der Dampf freigemacht wird, übergeführt
wird. Der Dampf wird durch das Rohr I3 zu U dem Kompressor -I4 geleitet, welcher
ihn unter erhöhtem Druck in den Raum 12 hineinpreßt, wo er die Rohre 4 umspült und
erhitzt. Die nicht kondensierbarren Gase, die abgetrennt werden, werden hierbei
durch den Abzug 18 abgeleitet. Die auf dem Boden 7 angesammelte konzentrierte Flüssigkeit
wird durch den Ablauf 19 entfernt.
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In dieser M eise setzt sich der Prozeß kontinuierlich fort. Die Zuführung
der Flüssigkeit zu dem Raum g kann hierbei durch eine (nicht dargestellte) Schwimmereinrichtung,
welche das Ventil 17 betätigt, selbsttätig geregelt werden.
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Es ist klar, daß der Apparat in verschiedenen Weisen innerhalb des
Rahmens der Erfindung abgeändert werden kann. So kann der Raum 6 in Fortfall kommen
und die Röhren 4 können selbst gedrosselt (Abb. 3) oder mit Drosselorganen (Abb.
4) oder mit Drosselmundstückcn (Abb. 3) versehen sein, welche eventuell besondere
Absperrorgane aufweisen können. Es ist auch nicht notwendig, daß die Flüssigkeit
in der Richtung von unten nach oben durch die Rohre gepreßt wird. sondern dies kann
auch von oben nach unten geschehen, wobei der Expansionsraum am unteren Ende des
Apparates mit entsprechender Abänderung der Einzelheiten angebracht wird.
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In der Leitung 10 kann man ein Ventil 20 einschalten, durch welches
der Druck der Flüssigkeit geregelt werden kann.
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Die in Abb. 6 dargestellte Ausführungsform besteht aus einem geschlossenen
Gefäß 21, in welchem zwei geschlossene Kammern 22 und 23 angeordnet sind, zwischen
deren einander zugekehrten Wänden sich eine Anzahl von Röhren 24 erstrecken, welche
somit die Kammer miteinander verbinden. Diese Rohre 24 werden von engeren Röhren
25 durchzogen, welche auch durch die Kammern 22 und 23 gehen und an den äußeren
Wändern der Kammern befestigt sind und die Räume 26 und 27 außerhalb dieser Kammern
miteinander verbinden. Die Kammer 22 steht durch ein mit einem Ventil 36 versehenes
Rohr 28 in Verbindung mit einem Behälter 2g, der seinerseits durch eine Leitung
30, in welcher eine Pumpe 31 eingeschaltet ist, mit der Kammer 23 in Verbindung
steht. Von dem oberen Teil des Behälters 29 geht eine Leitung 32 aus, in welcher
ein Ventilator 33 eingeschaltet ist, welcher in den oberen Raum 26 des -Gefäßes
2I einmündet. Die untere Kammer 23 ist ringförmig, so daß die Öffnung 34 derselben
den unteren Raum 27 mit dem Inneren des Behälters verbindet. Von dem Raum 27 geht
ein Abflußrohr 3D aus.
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Der zuletzt beschriebene Apparat arbeitet in folgender Weise: Von
dem Behälter 29 wird die Lauge durch die Leitung 30 und die Pumpe 3I zu der Kammer
23 geführt,. von welcher sie durch die engen, ringförmigen Kanäle zwischen den Rohren
24 und 25 unter Druck in die Kammer 22 hineingepreßt wird.
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Von letzteren wird die erhitzte Lauge, immer noch unter Druck, durch
die mit dem Ventil 36 oder einer anderenSperr- oder Drosselvorrichtung
versehene
Leitung 28 zu dem BehM-ter 29 geführt, in welchem ein niedriger Druck herrscht.
Wenn die Lauge in den Behälter 29 ausgeschleudert wird, erfolgt eine kräftige Dampfentwicklung,
wobei die Dämpfe von dem Ventilator 33 durch die Leitung 32 abgesaugt, komprimiert
und in den Raum 26 eingepreßt werden. Von letzterem gehen sie durch die Rohre 25,
wobei sie ihre Wärme an die in den Zwischenräumen zwischen den Rohren 24 und 25
hervorgepreßten Lauge abgeben.
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Die Dämpfe gelangen dann in den Raum 27, wo sie sich entspannen und
gehen durch die Öffnung 34 in den inneren Raum des Behälters hinein, wo sie die
Rohre von außen umspülen und erhitzen. Das Kondensat wird durch die Leitung 35 abgeführt.
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Da die Flüssigkeit in Form einer dünnen, ringförmigen Schicht von
zwei Seiten erhitzt wird, so ist diese Erhitzung außerordentlich stark. Da ferner
die Flüssigkeit während der Erhitzung in den ringförmigen Kanälen unter einem so
hohen Druck gehalten wird daß keine Dampfblasen entwickelt werden könncn, wird die
Bildung einer isolierenden Schicht von Dampfblasen an den wärmeübertragenden Flächen
verhindert, und da ferner die ausgebliebene Dampfbildung, wie bekannt, eine Krustenbildung
an den wärmeüberführenden Flächen erheblich vermindert oder ganz verhindert, wird
bei der vorliegenden Vorrichtung eine sehr gleichmäßige und gutc Wärmeübertragung
erzielt. Die Größe der Wärmeübertragung ist bekanntlich von der relativen Geschwindigkeit
der zu verdampfenden Flüssigkeit und des Dampfes abhängig, derart, daß je größer
die Geschwindigkeit des letzteren ist, desto besser die Wärmeübertragung wird.
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Durch die vorliegende Konstruktion gemäß der Erfindung wird die Geschwindigkeit
des Dampfes in den inneren Rohren sehr groß, wodurch eine gute Wärmeübertragung
erreicht wird. Infolge der großen Geschwindigkeit wird auch das Kondenswasser weggespült,
welches an den Rohrwänden gebildet wird, und das, falls es nicht schnell entfernt
wird, kräftig isolierend und ebenfalls als Hindernis für die Wärmeübertragung wirkt.
Dieser Umstand trägt ebenfalls dazu bei, daß die Wärmeübertragung bei dem vorliegenden
Apparat zur höchstmöglichen Wirksamkeit gesteigert werden kann.
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Um zu verhindern, daß die Rohre 24 und 25 auf Grund ungleichmäßiger
Ausdehnung einander genährt werden, wodurch der ringförmige Raum zwischen denselben
einen ungleichmäßigen Durchschnittsraum erhalten würde, wird, um den Abstand zwischen
den Rohren aufrechtzuerhaltent zwischen den Rohren zweckmäßig ein spiralgewundener
Metalldraht I7 0. dgl. angebracht. Hierdurch wird der Flüssigkeit eine spiralförmige
Drehbewegung während der Förderung mitgeteilt, was vorteilhaft sein kann.
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PATENT-ANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum kontinmerh.chen Verdampfen von
Flüssigkeiten oder Lösungen mit verdichtetem Brüdendampf, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre, durch welche die Flüssigkeit mittels einer Zirkulationspumpe o. dgl.
gepreßt wird, mit Drosselorganen oder Drosselmundstücken versehen sind.