DE459470C - Verfahren zum Verdampfen oder Destillieren unter Rueckgewinnung der Verdampfungswaerme mittels Waermepumpe - Google Patents
Verfahren zum Verdampfen oder Destillieren unter Rueckgewinnung der Verdampfungswaerme mittels WaermepumpeInfo
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Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AM
9. MAI 1928
9. MAI 1928
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
M 459 KLASSE 12 a GRUPPE
Es ist bekannt, die in Verdampfungs- und Destillieranlagen — auch Abtreibanlagen genannt
■—■ ausgetriebenen Brüdendämpfe bzw. Destillate durch einen Verdichter abzusaugen,
zu verdichten und so auf eine höhere Temperatur zu bringen, wodurch die Rückführung
der Verdampfungswärme dieser Brüden oder der Destillationswärme an die einzudampfende
bzw. destillierende Flüssigkeit ermöglicht wird. So zeigt z. B. Abb. ι der Zeichnung
eine solche bekannte Anlage, α ist ein Verdampfer, dessen Flüssigkeit b bei c
Wärme zugeführt erhält. Die sich entwickelnden Dämpfe werden von dem Verdichter d
abgesaugt, verdichtet und durch die Heizschlange e in derselben zu verdampfenden
Flüssigkeit b geschickt, aus der sie entstanden sind.
Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch nicht in allen Fällen vorteilhaft. Ist :
z. B. die Dampfspannung der zu verdampfenden Flüssigkeit wegen der in Betracht korn- !
menden Temperaturen gering und somit das | spezifische Volumen der zu verdichtenden j
Dämpfe groß, so erfordert die Wärmepumpe \ sehr große Abmessungen und daher bedeu- ;
tende Anlagekosten. Erhöhte Betriebs- und ί Anlagekosten und Betriebsschwierigkeiten (
können auch dadurch entstehen, daß die ausgetriebenen Dämpfe sich für die Verdich-
tung nicht eignen, auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften, wie ihres Verhaltens
gegenüber den Metallen, der Luft, dem Wasserdampf, ihrer Zersetzbarkeit, Explosivität
usw.
Durch Einführung eines oder mehrerer Gast· oder Flüssigkeiten (kurz genannt Hilfsflüssigkeit)
als Wärmeträger in den Wärmepumpenprozeß kann man diese Schwierigkeiten beseitigen.
Xun ist es einerseits bekannt, in Verdampfungsanlagen ohne Wärmepumpe eine
Hilfsflüssigkeit als Wärmeträger zu verwenden, die im Kreislauf durch die zu verdampfende
Flüssigkeit und einen Kondensator geleitet wird, in den neben Frischdampf auch die nicht komprimierten Brüdendämpfe
strömen, um ihre Wärme an die Heizflüssigkeit abzugeben. Andererseits ist die Verwendung
mehrerer Wärmeträger im Wärmepumpenprozeß bei Kältemaschinen für Heißwasserbereitung
bekannt.
Auch kennt man Trockenverfahren, um feuchtes Gut. durch warme Luft zu trocknen
und dabei einen besonderen Wärmeträger zusammen mit einer Wärmepumpe zu verwen-
den, doch geschieht die Einführung des besonderen Wärmeträgers deshalb, weil die
Kompression der Luft keine Rückgewinnung von Verdampfungswärme gestattet, also ein
anderes, indirektes Verfahren zur Wiedergewinnung der Verdampfungswärme der ausgetriebenen
Feuchtigkeit notgedrungen eingeschlagen werden muß.
Ferner ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die latente Wärme des Abdampfes
aus dem Destillierungsgefäß durch Kondensation zur Erzeugung einer äquivalenten Menge reinen Dampfes benutzt wird, der
durch einen Kompressor gespannt und durch das Destillierungsgefäß gedrückt wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft dagegen ausdrücklich nur Eindampfungs-
und Destillieranlagen unter Rückgewinnung der Verdampfungswärme mittels Wärmepumpe bei gleichzeitiger Verwendung
verschiedener Wärmeträger in dem Wärmepumpenprozeß, mit dem Kennzeichen, daß nicht die ausgetriebenen Brüdendämpfe oder
Destillate, wie z. B. Wasserdampf, Petroleum oder Teerdestillate, verdichtet werden, sondern
die durch die Brüdendämpfe bzw. Destillate erzeugten Dämpfe einer unter abwechselnder
Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe ständig einen Kreislauf vollführenden Hilfsflüssigkeit. Nachstehend sei an
Hand der in den Abb. 2 bis 6 dargestellten Beispiele die Anwendung des Verfahrens mit
seinen Vorzügen näher erläutert.
Die Einführung dieser Hilfsflüssigkeit kann — je nach dem angestrebten Ziele — in
verschiedener Weise geschehen. Soll z. B. eine Verringerung der Abmessungen der Wärme
umsetzenden Teile erreicht werden, so gelangt das in Abb. 2 dargestellte Verfahren zur Anwendung.
In einem Wärmeaustauschapparat f wird den ausgetriebenen Dämpfen Wärme entzogen und diese zur Verdampfung
(gegebenenfalls Überhitzung) eines zweiten Wärmeträgers verwendet, der vom Verdichter
d angesaugt und unter abwechselnder Wärmeaufnahme im Wärmeaustauschapparat
/ und Wärmeabgabe im Verdampfer a durch die Heizschlange e einen Kreisprozeß
durchläuft. Durch geeignete Wahl des zweiten Wärmeträgers ist es möglich, für diesen
einen Rauminhalt zu erhalten, der im Vergleich zu dem des primären Wärmeträgers gering ist. Es kann durch dieses Verfahren
auch der Druck gegenüber dem Primärdampf so weit geändert werden, daß er sich z. B. finden
Betrieb des Verdichters besser eignet. Ferner lassen sich im Falle der Verwendung
eines Schleuderverdichters bei höherem spezifischem Gewicht des gewählten Wärmeträgers
ßo günstigere Radzahlen erzielen.
Auch bezüglich der aufgewendeten Arbeitsleistung für den Prozeß sind durch die vorliegende
Erfindung gegenüber den bisher bekannten Wärmepumpenverfahren Vorteile zu erzielen. Die zur Herstellung einer bestimmten
Differenz der Siedetemperaturen zu leistende Verdichtungsarbeit ist für verschiedene
Flüssigkeiten verschieden. Von Einfluß ist z. B. die Nähe des kritischen Zustandes,
wie aus der Kälteindustrie bekannt. Befinden sich z. B. die Primärdämpfe in der Nähe des
kritischen Punktes, so ist der Übergang auf einen Wärmeträger, der von seinem kritischen
Zustand weiter entfernt ist, gewinnbringend in bezug auf den Arbeitsaufwand.
Als Beispiel einer Anwendung des vorliegenden Verfahrens diene folgendes: Es
seien stündlich 20 000 kg Wasser zu verdampfen unter einem Vakuum von etwa 90 0J0, entsprechend einer Dampftemperatur
von 45° C. Die Verdichtung der ausgetriebenen Dampf menge, die pro Minute 5 100 m3
beträgt, müßte bei dem jetzigen Stand der Konstruktion in mehreren parallel geschalteten
Schleuderverdichtern vor sich gehen. Wird nach dem vorliegenden Verfahren als zweiter Wärmeträger Schwefelkohlenstoff gewählt
und dieser in einem Wärmeaustauschapparat von den Wasserdampfschwaden bei 400 C verdampft, so wird das anzusaugende
Volumen auf 950 m3 pro Minute, die Stufenzahl der Schleuderverdichter auf 20 °/u
gegenüber Wasserdampf vermindert. Bei Verwendung von schwefliger Säure wird das minutliche Absaugevolumen etwa 140 m3,
also 36mal kleiner als für Wasserdampf, die Stufenzahl etwa gleich groß wie für Schwefelkohlenstoff.
Hieraus ersieht man die bedeutende Ersparnis, die in den Anlagekosten erreicht werden kann.
Zur Durchführung des Verfahrens ist gewöhnlich ein zweiter Wärmeaustauschapparat,
der die Wärme der Brüdendämpfe auf die Hilfsflüssigkeit überträgt, und für diesen
ein zusätzliches Temperaturgefälle erforderlieh. Dieses Temperaturgefälle kann gering
gehalten werden, da der Wärmeübergang zwischen einer kondensierenden und einer siedenden Flüssigkeit gut ist, und da man in
der Bemessung der Heizflächen, die außerhalb der Verdampfungs- oder Destillierapparate
zu liegen kommen, durch konstruktive Rücksichten nicht gehemmt wird. Durch die Verkleinerung der Rauminhalte und der
Stufenzahl des Verdichters ist ferner ein besserer Wärmeschutz und eine Verringerung
der Rohr-Reibungsverluste erzielbar; durch die viel größere Dampfdichte ist der Wärmeübergang im Verdampfer bzw. Destillierapparat
besser, so daß in diesem Gefäß ein kleineres Temperaturgefälle bei sonst gleichen Verhältnissen zulässig ist.
Der Wärmeaustauschapparat f kann aber auch in den Verdampfer α verlegt und da^
Kondensat hinausgeführt werden (Abb. 3).
Dasselbe Verfahren ist zu empfehlen, wenn sich die ausgetriebenen Dämpfe aus den obenerwähnten
Gründen zum Durchlaufen des ganzen Wärmeprozesses nicht eignen. Die Führung von z. B. explosiblen Gasen durch
einen Wärmeaustauschapparat gibt nicht zu denselben Bedenken Anlaß wie ihre Verdichtung
in einem Kompressor.
Dasselbe gilt von Säuren; z. B. dürfte das vorliegende Verfahren zum Eindampfen von
Schwefelsäure oder zum Destillieren von Salzsäure in Betracht kommen.
Zur Beseitigung der Überhitzung oder Vergrößerung des Volumens, zur Änderung des
Druckes usw. können auch in geeigneter Weise die Hilfsflüssigkeit bzw. ihre Dämpfe
vor, während oder nach der Verdichtung mit dem Primärdampf gemischt werden. Dasselbe
kann erreicht werden, wenn die überhitzten Dämpfe des zweiten Wärmeträgers zur Vorwärmung des ersten Wärnieträgers
verwendet werden.
Es können in einer Anlage verschiedene Verdampfungs- oder Destillieranlagen O1, a.,
(Abb. 4; aufgestellt sein und die Vereinigung der Dämpfe oder Destillate in einer gemein
samen Wärmepumpenanlage nicht zulässig oder nicht erwünscht sein. Nach dem vorliegenden Verfahren können diese
Dämpfe, wie in Abb. 4 gezeigt, zur Verdampfung eines gemeinsamen zweiten Wärmeträgt'i's
bei ίϊ und /„ herbeigezogen werden, der
in einer einzigen Wärmepumpenanlage d zu Heizzwecken nutzbar gemacht wird.
Wenn die Temperaturen der verschiedenen Destillate oder Dämpfe ungleich sind, kann
diese Differenz zur Erzeugung von Dampf verschiedenen Zustandes benutzt werden, der
dann z. B. im mehrstufigen Verdichter d in bekannter Weise an verschiedenen Stufen
S1I. £2 bzw. Ii1, Il1 ein- bzw. ausgeführt wird
(Abb. 5).
Besteht das Destillat aus verschiedenen Bestandteilen, deren Siedepunkte ungleich
sind, oder sind die ausgetriebenen Dämpfe überhitzt (wie dies bei echten Lösungen der
Fall ist), so kann dieser Umstand wiederum zur Erzeugung von Dampf verschiedenen Zustandes
benutzt werden (Abb. 6).
Von den aus dem Verdampfer α entweichenden
Dämpfen werden z. B. die schwerer siedenden im Wärmeaustauschapparat Z1 kondensiert
unter Abgabe ihrer Verdampfungswärme an einen besonderen Wärmeträger, der in den Verdichter d bei g1 eintritt und ihn
bei Ji1 wieder verläßt, um seine Wärme bei C1
—· die Heizschlange braucht nicht im Verdampfer α zu liegen — abzugeben. Die leichter
siedenden Dämpfe werden erst im Wärmeaustauschapparat f., kondensiert und geben
ihre Verdampfungswärme an einen Wärmeträger ab, der bei g.2 in den Verdichter d eintritt
und ihn bei It2 verläßt, um seine Wärme j bei e„ abzugeben.
Sind, wie schon angedeutet, die ausgetriebenen Dämpfe überhitzt, so wird ihnen im
Apparat Z1 die Überhitzung ganz oder teilweise
genommen. Im Apparat /2 wird dann der eventuelle Rest der Überhitzung entfernt
und der Wärmeentzug bis zur mehr oder weniger vollständigen Kondensation getrieben.
Gewisse Destillationen werden unter Einspritzung von Dampf einer anderen Flüssigkeit
vorgenommen. In diesem Fall empfiehlt es sich, als zweiten Wärmeträger die Einspritzflüssigkeit
selbst zu wählen. So kann beispielsweise der Wasserdampf, der bekanntlich bei der Öldestillation in die Destillationsgefäße
eingeblasen wird, durch die Kondensationswärme der übergehenden Öldämpfe
erzeugt und mittels Wärmepumpe verdichtet und hierauf als Einblasedampf benutzt
werden.
Es können auch die beschriebenen Verfahren gleichzeitig verwendet werden, z. B.
die Verfahren nach den Abb. 1 und 2.
Claims (7)
- Patentansprüche:r. Verfahren zum Verdampfen oder Destillieren unter Rückgewinnung der Verdampfungswärme mittels Wärmepumpe bei gleichzeitiger Verwendung verschiedener Wärmeträger in dem Wärmepumpenprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß nicht die ausgetriebenen Brüdendämpfe oder Destillate, wie z. B. Wasserdampf, Petroleum oder Teerdestillate, verdichtet werden, sondern die durch die Brüdendämpfe bzw. Destillate erzeugten Dämpfe einer unter abwechselnder Warmeaufnahme und Wärmeabgabe ständig einen Kreislauf vollführenden Hilfsflüssigkeit.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Beseitigung der Überhitzung die in der Wärmepumpe verdichteten Dämpfe durch Mischung mit dem Primärdampf abgekühlt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wärmepumpe die Dämpfe einer Hilfsflüssigkeit verdichtet werden, die durch die Brüdendämpfe bzw. Destillate verschiedener Verdampfungsanlagen erzeugt wurden.
- 4. Verfahren nach xAnspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdich-459ter die Hilfsflüssigkeit aus den verschiedenen Anlagen entsprechend ihrem Dampfzustand ansaugt und verdichtet.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang an die Hilfsflüssigkeit und die Verdichtung der Hilfsflüssigkeitsdämpfe entsprechend den verschiedenen Fraktionen des ausdestillierten Dampfes erfolgt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der durch die Brüdendämpfe erzeugten und in der Wärmepumpe verdichteten Dämpfe der Hilfsflüssigkeit abgezweigt und zur Unterstützung der Eindampfung bzw. Destillation in die Verdampfer geleitet wird.
- 7. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauschapparat für die Übertragung der Wärme an die Hilfsflüssigkeit im Verdampfer selbst angeordnet ist (Abb. 3).Hierzu ι Blatt Zeichnungen.
Applications Claiming Priority (1)
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NL (1) | NL11167C (de) |
Cited By (3)
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DE102013012948A1 (de) | 2013-07-29 | 2015-01-29 | Rudolf Krause | Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von dampfdestilliertem Reinstwasser unter 1,0 μS elektrischer Leitfähigkeit, welches nach Isotonisierung zur Herstellung von Nahrungsmitteln und anderen Produkten in Haushalt und Gewerbe verwendet werden kann |
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NL107050C (de) * | 1956-03-15 | |||
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GB2054643B (en) * | 1979-07-18 | 1983-05-05 | Rolls Royce | Fermentation process for the manufacture of an organic compound |
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- 1921-02-05 CH CH95993D patent/CH95993A/de unknown
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- 1922-02-06 GB GB3463/22A patent/GB174955A/en not_active Expired
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Also Published As
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FR546792A (fr) | 1922-11-23 |
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