DE4440629C1 - Vorrichtung zur Abscheidung und Zerstörung von Schäumen bei der Verdampfung von Flüssigkeitsgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung und Zerstörung von Schäumen bei der Verdampfung von Flüssigkeitsgemischen, z. B. makromolekularer Substanzen, die Tenside enthalten.

Das Problem der Schaumbildung tritt bei der thermischen Trennung bei vielen Flüssig­ keitsgemischen in einem solchen Ausmaß auf, daß die Prozeßführung ohne Schaum­ zerstörungsmaßnahmen sehr stark erschwert oder nicht mehr gewährleistetet ist. Besonders bei der thermischen Trennung temperaturempfindlicher makromolekularer Substanzen aus Flüssigkeitsgemischen, die Tenside enthalten, kann es zu starker Schaumbildung stabiler Schäume kommen. Schaum läßt sich auf chemische, mecha­ nische und thermische Weise zerstören.

Aus der DE 26 33 126 C2 ist eine Vorrichtung zum Beseitigen von Schaum, der auf der Oberfläche einer Flüssigkeit auftrifft, bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem Reaktionsbehälter, in dem sich die Flüssigkeit befindet, und einer Flüssigkeits­ verteileinrichtung, die ein senkrecht auf die Flüssigkeitsoberfläche gerichtetes, die Flüssigkeit unter einem großen Winkel verteilendes Düsenteil und eine mit bestimmtem Abstand von der Düsenöffnung quer zur Düsenachse angeordnete Prallfläche eines Flüssigkeitsverteilers aufweist. Eine bestimmte Menge an Flüssigkeit wird aus dem Reaktionsbehälter abgezogen und über die Flüssigkeitsventileinrichtung versprüht, um den sich auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Reaktionsbehälter befindlichen Schaum zu zerstören.

Bekannt ist auch ein Verfahren zur Destabilisierung und Zerstörung von Schäumen mit thermischer Energie (DE 37 27 132 A1), wobei durch Einbringung thermischer Energie mittels Dampf oder eines erhitzten Gases die mechanische Festigkeit des Schaumes stark herabgesetzt wird. Im Rührkessel wird die Schaumhöhe gemessen und bei Erreichen einer bestimmten Höhe wird über einen geeigneten Regelmechanismus Dampf bzw. Gas eingeblasen.

Der Nachteil dieser bekannten Lösungen besteht vor allem darin, daß durch das Auf­ sprühen der schaumerzeugenden Flüssigkeit bzw. durch den Einsatz von Fremddampf oder Fremdgas zusätzliche Energie benötigt wird.

Die Zudosierung chemischer Antischaummittel oder den Schaum zerstörender Gase kann nur erfolgen, wenn das Endprodukt durch das Antischaummittel nicht geschädigt wird., bzw. wenn es sich leicht von diesem trennen läßt.

Mechanische Schaumzerstörer liefern bei hohen Schaumbildungsraten unbefriedi­ gende Ergebnisse aufgrund zu geringer Leistungsfähigkeit.

Aus der JP 52-16476 A1 ist ein Verfahren zur Beseitigung von Schaum bei der Ver­ dampfung von Flüssigkeiten bekannt, durch Einleiten von Heißdampf mit einer Tempe­ ratur, die höher ist als die Temperatur der schaumbeinhaltenden Flüssigkeit, direkt auf den Schaum. Dabei wird der im Verdampfer entstandene Schaum zusammen mit dem Dampf in eine Nebeltrenneinrichtung geleitet, in deren unterem Bereich Heißdampf eingeblasen wird, der die Schaumschicht durch Oberflächenverdampfung beseitigt. Im Separatoreinsatz der Nebeltrenneinrichtung werden die begleitenden Flüssig­ keitströpfchen abgetrennt und der Dampf wird in den Kondensator geleitet. Der Nach­ teil dieser Vorrichtung besteht vor allem darin, daß Blasenhaufflüssigkeit und fein­ blasiger Restschaum nicht in den Verdampfer zurückfließen können, da sie vom schaumschleppenden Dampf immer wieder zurück in die Nebeltrenneinrichtung mitge­ rissen werden. Bei stark schäumenden Flüssigkeiten mit stabilen Schäumen muß die Verdampfungsleistung erheblich zurückgenommen werden oder die Nebeltrenn­ einrichtung füllt sich mit Blasenhautflüssigkeit und feinblasigem Schaum bis zum Funktionsversagen auf. Die Fremddampfmenge und deren Überhitzung zu erhöhen sind unwirtschaftlich und verschieben das Funktionsversagen nur unwesentlich, da sehr bald Wärmeübertragungsprobleme zwischen überhitztem Dampf, feinblasigem Schaum und Blasenhautflüssigkeit auftreten.

Außerdem muß zum Zerstören der Schaumschicht zusätzlicher Heißdampf bereit­ gestellt werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abscheidung und Zer­ störung von Schäumen bei der Verdampfung von Flüssigkeitsgemischen zu schaffen, die insbesondere auch bei stark schäumenden Flüssigkeiten mit stabilen Schäumen eine wirkungsvolle Abscheidung und Zerstörung der Schäume gewährleistet, sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet, keinen zusätzlichen Fremd­ dampf benötigt und eine verbesserte wirtschaftliche Betriebsweise ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

• a) der Schaumabscheider aus einem nach oben hin abgeschlossenen zylin­ drischen Teil und einem nach unten gerichteten kegelförmigen Teil besteht,
• b) in dem zylindrischen Teil mindestens eine Eintrittsdüse für den schaum­ schleppenden Dampf derart angeordnet ist, daß der Prozeßdampfstrom auf den im kegelförmigen Teil gesammelten Schaum auftrifft,
• c) an der tiefstgelegenen Stelle des Schaumabscheiders eine Öffnung zur Abführung der Blasenhautflüssigkeit mit feinblasigem Restschaum angeordnet ist,
• d) an der höchstgelegenen Stelle des Schaumabscheiders eine Öffnung zur Abführung des schaumfreien oder des schaumschleppenden Dampfes vor­ gesehen ist, und
• e) der kegelförmige Teil mit einer bis in den zylindrischen Teil reichenden Wand­ heizung ausgerüstet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante endet die Eintrittsdüse am Beginn des kegelförmigen Teiles.

Der vom Verdampfer kommende schaumschleppende Dampf wird über eine oder mehrere Eintrittsdüsen, die sich in dem oberen zylindrischen Teil befinden in den Schaumabscheider eingespeist, wobei Schaum und Dampf getrennt werden. Der mit­ geschleppte Schaum wird vom nach unten auf den schon vorhandenen Schaum gerichteten Dampfstrom in den kegelförmigen Teil des Schaumabscheiders geworfen. Dabei zerbläst der Dampfstrom durch Auftreffen auf die Schaumblasen und Eindringen in die Schaumblasen die Flüssigkeit der Blasenhäute und verringert so deren Schicht­ dicken. Dies führt zum weitestgehenden sofortigen Zerplatzen besonders dünnhäutiger Blasen im Dampfstrombereich und teilweise zur Vergrößerung der Blasen des Rest­ schaumes. Beim Aufsteigen größerer Restschaumblasen im kegelförmigen Teil des Schaumabscheiders werden deren Schaumhäute wegen der durch Wandhaftung sich vergrößernden Oberfläche immer dünner, bis die Blasen sehr schnell platzen. Blasen, die bis zu den Eintrittsdüsen aufsteigen und deren Haut diese umschließen, werden durch zusätzliches Aufblähen sofort zerstört. Außerdem werden Schaum blasen da­ durch zerstört, daß infolge der Wandheizung Haftrandbereiche der Schaumblasen, dort wo ihre Blasenhaut am dünnsten ist, verdampfen und damit solche Schaumblasen bis zur Zerstörung destabilisiert werden. Der schaumfreie Dampf strömt bei einstufiger Schaumabscheidung vom höchstgelegenen Sammelraum zum Kondensator, während die Blasenhaufflüssigkeit aller zerstörten Blasen mit feinblasigem Restschaum in den Verdampfer zurückfließt und eine Art Restschaumkreislauf über den Schaumab­ scheider und den Verdampfer bildet.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvariante, die für besonders hartnäckige Schäume geeignet ist, sind zwischen dem Verdampfer und dem Konden­ sator mehrere Schaumabscheider in der zuvor genannten Art stufenweise überein­ ander und in Reihe geschaltet. Dazu sind die unterhalb des obersten Schaumab­ scheiders angeordneten Schaumabscheider jeweils mit einer Rückführleitung zum Abführen der Blasenhaufflüssigkeit mit Restschaum aus dem jeweils höher gelegenen Schaumabscheider ausgerüstet. Es ist vorteilhaft, wenn die jeweiligen Rückführ­ leitungen bis in den Wirkungsbereich einer Eintrittsdüse geführt sind. Vom untersten Schaumabscheider, demjenigen, der unmittelbar über dem Verdampfer angeordnet ist, gelangt die Blasenhaufflüssigkeit mit Restschaum wieder in den Verdampfer. Dabei sind die Schaumabscheider von Stufe zu Stufe so übereinander angeordnet, daß die unten aus dem nachgeschalteten Schaumabscheider kommende Blasenhaufflüssigkeit mit Restschaum von oben dem vorgeschalteten Schaumabscheider bis zum Austritt des schaumschleppenden Dampfes aus den Eintrittsdüsen so zugeführt wird, daß der schaumschleppende Dampf die Blasenhaufflüssigkeit mit Restschaum aus der Rück­ führleitung mitreißt und in den kegelförmigen Teil des Schaumabscheiders wirft. Der schaumfreie Dampf aus dem Schaumabscheider der letzten, der oberen, Stufe wird dem Kondensator zugeführt. Die Blasenhaufflüssigkeit aller zerstörten Blasen ver­ mischt mit geringen Mengen feinblasigen Restschaumes fließt aus dem Schaumab­ scheider der ersten Stufe in den Verdampfer zurück.

Die einzelnen Schaumabscheider, unabhängig von einer ein- oder mehrstufigen An­ ordnung, sind mit einer Wandheizung ausgerüstet, die als indirekte Heizung ausge­ bildet ist. Die Wandtemperatur ist dabei so eingestellt, daß die mit der Wandung in Be­ rührung kommenden Haftrandbereiche der Schaumblasen verdampfen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht eine wirksame Zerstörung von Schäumen, ohne zusätzliche Hilfsmittel. Da die Zerstörung des Schaumes mittels des Prozeßdampfes aus der Verdampfung erfolgt und somit keinen zusätzlichen Dampf benötigt, wird eine energiesparende Be­ triebsweise der Vorrichtung ermöglicht.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Verdampfungsanlage mit einem Schaumabscheider in schematischer Darstellung und

Fig. 2 eine Verdampfungsanlage mit zweistufig angeordneten Schaumabscheidern in schematischer Darstellung.

Die in Fig. 1 gezeigte Verdampfungsanlage besteht aus dem Verdampfer 9, dem Schaumabscheider 10 und dem Kondensator 11. Der Verdampfer 9 ist als Blasenver­ dampfer ausgebildet und besteht aus einem Verdampfungskessel 12, der in seinem unteren Bereich mit einem Heizmantel 13 ausgerüstet ist. Im Boden des Blasenver­ dampfers 9 ist ein Austrittsstutzen 14 für das abzuführende Konzentrat angeordnet. Im Deckel des Verdampfers 9 sind ein Austrittsstutzen 15, der mit einer Leitung 16 ver­ bunden ist, zur Abführung des schaumschleppenden Dampfes in den Schaumab­ scheider 10, und ein Eintrittsstutzen 17, der über eine Leitung 18 mit dem Flüssigkeits­ stutzen 6 des Schaumabscheiders 10 verbunden ist, vorgesehen. Im unteren Teil des Blasenverdampfers befindet sich das zu verdampfende Flüssigkeitsgemisch 19. Ober­ halb des Flüssigkeitsgemisches bildet sich während der Verdampfung der Schaum mit dem Prozeßdampf. Dieser schaumschleppende Dampf wird über die Eintrittsdüsen 4 von oben in den Schaumabscheider 10 eingeleitet. Der Schaumabscheider 10 besteht aus einem unteren kegelförmigen Teil 1 und einem oberen zylindrischen Teil 2, der mit einem Deckel 3 versehen ist. Am tiefsten Punkt des Schaumabscheiders 10 ist der Flüssigkeitsstutzen 6 angeordnet. Am höchsten Punkt des Schaumabscheiders 10, mittig im Deckel 3, ist ein Dampfstutzen 5 vorgesehen, der über eine Leitung 20 mit dem Eintrittsstutzen 21 des Kondensators 11 verbunden ist, um den schaumfreien Dampf aus dem Schaumabscheider in den Kondensator 11 zu leiten. Das im Konden­ sator gebildete Kondensat wird über den Austrittsstutzen 22 abgeführt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten zweistufigen Ausführungsvariante ist als Verdampfer 9′ ein Dünnschichtverdampfer dargestellt. Dieser ist mit einem Behälter 23 für das zu ver­ dampfende Flüssigkeitsgemisch verbunden, das am oberen Teil des Verdampfers zu­ geführt wird. Die Rotorelemente des Dünnschichtverdampfers sind mit einer Antriebs­ einheit 24 verbunden und der Dünnschichtverdampfer ist mit einem äußeren Heiz­ mantel 25 umgeben. Am unteren Teil des Dünnschichtverdampfers ist der Austritts­ stutzen 26 für die Abführung des Konzentrats angeordnet. Am oberen Teil des Dünn­ schichtverdampfers ist ein Doppelstutzen vorgesehen, wobei über den Stutzen 27 und die Leitung 28 der schaumschleppende Dampf aus dem Dünnschichtverdampfer 9′ in den, in der ersten Stufe angeordneten Schaumabscheider 10′, geleitet wird. Der andere Stutzen 29 ist über eine Rückführleitung 30 mit dem Flüssigkeitsstutzen 6′ des Schaumabscheiders 10′ verbunden, um die im Schaumabscheider 10′ anfallende Blasenhaufflüssigkeit mit Restschaum in den Dünnschichtverdampfer 9′ zu leiten. Der Aufbau der beiden zwischen dem Verdampfer 9′ und dem Kondensator 11′ in einer ersten und zweiten Stufe zwischengeschalteten Schaumabscheider 10′, 10′′ ist analog wie der bereits in den Erläuterungen zu Fig. 1 beschriebene Schaumabscheider. Bedingt durch die mehrstufige Anordnung wird die im Schaumabscheider 10′′, in der zweiten Stufe, anfallende Blasenhaufflüssigkeit mit Restschaum über eine Rückführ­ leitung 8 in den Schaumabscheider 10′ der ersten Stufe geleitet. Die Rückführleitung 8 reicht bis in den Wirkungsbereich einer Eintrittsdüse 4′ für den schaumschleppenden Dampf. Der im Schaumabscheider 10′ der ersten Stufe anfallende schaumschleppende Dampf wird über eine Leitung 31 den Eintrittsdüsen des Schaumabscheiders 10′′ zuge­ führt. Der im oberen Schaumabscheider 10′′ entstehende schaumfreie Dampf wird über eine Leitung 32, die mit dem Eintrittsstutzen 21′ des Kondensators 11′ verbunden ist, in den Kondensator 11′ eingeleitet.

Versuchsergebnisse zur Abscheidung und Zerstörung von Schäumen bei der Ein­ dampfung von Seifenblasen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Labormaßstab zeigten, daß mit zunehmender Konzentration der Seifenlauge die Schaummenge und die Stabilität der Schäume zunahm.

Im unteren Konzentrationsbereich gelang es stets mit einstufiger Schaumabscheidung reines Wasser im Kondensator zu kondensieren. In anschließenden höheren Konzen­ trationsbereichen war eine zweistufige Reihenschaltung von Schaumabscheidern in gleicher Weise erfolgreich.

Die Verdampfungsleistung verringerte sich bei sonst gleichen Bedingungen mit zu­ nehmender Konzentration der Seifenlauge nur geringfügig. In etwa gleichen Verhält­ nissen vergrößerte sich der Restschaumkreislauf über den Schaumabscheider zum Verdampfer.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abscheidung und Zerstörung von Schäumen bei der Verdamp­ fung von Flüssigkeitsgemischen, bestehend aus Verdampfer, Schaumabscheider und Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Schaumabscheider (10, 10′, 10′′) aus einem nach oben hin abgeschlos­ senen zylindrischen Teil (2) und einem nach unten gerichteten kegelförmigen Teil (1) besteht,
• b) in dem zylindrischen Teil (2) mindestens eine Eintrittsdüse (4, 4′) für den schaumschleppenden Dampf derart angeordnet ist, daß der Prozeß­ dampfstrom auf den im kegelförmigen Teil (1) gesammelten Schaum auftrifft,
• c) an der tiefstgelegenen Stelle des Schaumabscheiders (10, 10′, 10′′) eine Öffnung (6, 6′) zur Abführung der Blasenhaufflüssigkeit mit feinblasigem Rest­ schaum angeordnet ist,
• d) an der höchstgelegenen Stelle des Schaumabscheiders (10, 10′, 10′′) eine Öffnung (5) zur Abführung des schaumfreien oder des schaumschleppenden Dampfes vorgesehen ist, und
• e) der kegelförmige Teil (1) mit einer bis in den zylindrischen Teil (2) reichenden Wandheizung (7) ausgerüstet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsdüse (4, 4′) am Beginn des kegelförmigen Teiles (1) endet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verdampfer (9, 9′) und dem Kondensator (11, 11′) mehrere Schaum­ abscheider (10′, 10′′) stufenweise übereinander und in Reihe geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des obersten Schaumabscheiders (10′′) angeordneten Schaum­ abscheider (10′) jeweils mit einer Rückführleitung (8) zum Abführen der Blasen­ haufflüssigkeit mit Restschaum aus dem jeweils höher gelegenen Schaumab­ scheider (10′′) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (8) bis in den Wirkungsbereich der Eintrittsdüse (4′) geführt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandheizung (7) als indirekte Heizung ausgebildet ist und auf eine Wandtempe­ ratur eingestellt ist, durch die die Haftrandbereiche der Schaum blasen ver­ dampfen.