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Umlaufverdampfer Es ist bekannt, daß die spezifische Leistung von
Verdampfern außer durch auf der Flüssigkeitsseite der Heizrohre sich bildende Inkrusten
auch durch auf der Heizdampfseite vorhandene Widerstände beeinträchtigt wird. Sieht
man von Ausscheidungen aus dem Heizmittel (z. B. aus nicht ölfreiem Maschinenabdampf)
bzw. den dadurch verursachten Hindernissen für die Wärmeübertragung ab, da sie durch
außerhalb des Verdampfers anzuwendende Mittel (z. B. Abdampfentölung) verhütet werden
können, so treten bei Verdampfern der gewöhnlichen Bauart noch Widerstände gegen
den Wärmedurchgang infolge von Kondenswasser und unkondensierbaren Gasen, welche
die Siederohre umhüllen und die beide schlechte Wärmeleiter sind, auf. Das Kondensat
des Heizdampfes umgibt bei Körpern mit stehenden Heizröhren die einzelnen Rohre
in Gestalt einer nach abwärts fließenden Schicht, die nach unten zu an Stärke zunimmt;
bei horizontal angeordneten Heizrohren läuft das Kondensat der oberen Rohrreihen
auf die unteren. Die unkondensierbaren Gase, in erster Linie Luft, bleiben da übrig,
wo der sie mit sich führende Heizdampf verschwindet, d. h. ebenfalls an den Heizröhren,
und erschweren den Zutritt neuen Dampfes zu denselben. Dadurch wird eine allmähliche
Leistungsverminderung während des Betriebes verursacht, wenn man es nicht vorzieht,
den unkondensierbaren Gasen reichlichen Abzug zu geben und die dadurch entstehenden
Verluste an Heizdampf, die 15 und mehr Prozent ausmachen können, in Kauf
zu nehmen. In Heizschlangen, die sich verhältnismäßig einfach entlüften lassen,
erleidet der Heizdampf Druck-und damit Temperaturverluste, wodurch wiederum eine
entsprechende Verminderung der Heizflächenleistung bedingt ist.
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Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Vorrichtung
betrifft einen Verdampfapparat, welcher diesen Mangel nicht aufweist. Die Heizfläche
wird durch eine Anzahl enger, nach dem Flüssigkeitsraum zu ansteigender Siederohre
und ein annähernd horizontal liegendes weites Siederohr gebildet und ist in einemHeizmantel
von V-förmiger Gestalt untergebracht, dessen beide Schenkel nur an dem dem Brüdenkörper
gegenüberliegenden Ende mit möglichst kleiner Durchtrittsfläche aneihanderstoßen.
Eingebaute Führungsbleche zwingen den Heizdampf, einen zickzackförmigen Weg vorwiegend
senkrecht zur Siederohrachse von oben nach unten zu nehmen. Die unkondensierbaren
Medien werden von dem mit großer Geschwindigkeit den Körper durchströmenden Heizdampf
nach dem äußersten, tiefst gelegenen Punkte des Heizmantelinnern getrieben und hier
abgezogen.
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Handelt es sich um das Eindampfen von temperaturempfindlichen Lösungen,
so wird der Flüssigkeitsraum unterteilt, damit die aus den Siederohren austretende
dicke Lösung sich nicht in unerwünschtem Maße mit der einzudampfenden dünnen vermischt.
Muß dagegen ein gegebenes kleines Gefälle zwischen Heizdampf-und Brüdentemperatur
möglichst weitgehend ausgenutzt werden - wie dieses insbesondere
bei
Brüdenverdichtung zwecks Verminderung des Heizdampf- bzw. Kraftverbrauches erforderlich
ist -, so werden mehrere solcher Heizelemente an einen Brüdenkörper angeschlossen.
Die einzudampfende Lösung durchläuft dann die durch die Heizelemente gebildeten
Kammern nacheinander, so daß bei ununterbrochener Arbeitsweise der Apparatinhalt
erst in der letzten Abteilung bei der (durch die Siedepunktserhöhung bedingten höheren)
Temperatur der Lösung von Enddichte siedet. Der Heizdampf tritt gleichzeitig (d.
h. in Parallelschaltung) in alle Körper ein und vollführt, ebenso wie Gas und Kondensat,
in jedem den vorbeschriebenen Weg.
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Nun sind Verdampfer mit geneigt liegenden Siederohren an sich bekannt.
Auch wurden bereits Heizkörper angegeben, die aus zwei schräg liegenden; an der
einen Stirnseite durch ein Fassonstück miteinander verbundenen Rohrbündeln bestehen
(franz. Patent 46189o). Schließlich ist der Vorschlag gemacht worden, die Rohre
dieser zwei Rohrbündel an der dem Brüdenkörper entgegengesetzt liegenden Seite in
eine gemeinsame Rohrplatte einzusetzen. Der Heizkörpermantel hat dann Kastengestalt
mit der Aufrißform eines liegenden Dreiecks mit abgeschnittener Spitze oder wird
durchzwei einander durchdringende, gegen die Waagerechte geneigte Zylinder gebildet.
Die Siederöhren gehen dabei kreuzweise von der einen gemeinsamen Rohrwand aus zum
Teil nach der gegenüberliegenden unteren, zum Teil nach der darüberliegenden oberen
Rohrplatte.
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Demgegenüber weist der Verdampfer nach vorliegender Erfindung folgende
neue Merkmale auf: i. Da der waagerecht liegende, an den Flüssigkeitsraum des Verdampfers
anschließende Schenkel des Heizkörpers einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser
hat, läßt sich der Verdampfer mit wesentlich kleinerem Flüssigkeitsinhalt als bei
den bekannten, mit zwei aneinanderstoßenden oder kastenförmig gestalteten Heizrohrbündeln
versehenen Verdampfern ausführen (siehe hierzu Fig. q. der beiliegenden Zeichnung).
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2. Der Flüssigkeitsumlauf ist, da alle Siederohre - auch das weite
- beheizt werden, größer als bei den bekannten Verdampfern mit geneigt liegendem
Heizkörper.
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3. Die durch den statischen Druck der Flüssigkeit hervorgerufene Siedepunktserhöhung
ist infolge seiner V-förmigen Gestalt beim neuen Heizkörper geringer als bei den
bekannten, aus zwei geneigten Rohrbündeln zusammengesetzten Verdampfern, da (bei
gleichen Abmessungen und gleicher Neigung der Heizrohre) der Höhenunterschied zwischen
dem vom Flüssigkeitskörper abzweigenden Rohr und dem Flüssigli:eitsspiegel beträchtlich
kleiner ist. Die unter i bis 3 skizzierten Eigenschaften machen den neuen Verdampfer
besonders zur Verarbeitung temperaturempfindlicher Lösungen geeignet, da einerseits
die Aufenthaltszeit des Nichtverdampften im Apparat klein, andererseits die Siedetemperatur
denkbar gering ist. Malzextraktlösung von 42' Be z. B. würde bei einem absoluten
Brüdendruck von 0,05 ata bei Verdampfern gleicher Leistung im neuen Apparat
beim Eintritt in die zuunterst gelegenen Siederohre rechnerisch eine um etwa 12'
C niedrigere Siedetemperatur haben.
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q.. Heizdampf, Kondensat und unkondensierbare Gase werden auf physikalisch
richtige Weise durch den Heizkörper geleitet bzw. aus demselben entfernt. Durch
die Führungsbleche wird dem Heizdampf eine solche Geschwindigkeit erteilt und im
ganzen Heizkörper aufrechterhalten, daß die unkondensierbaren Medien an das äußere
Ende des in seinem freien Durchtrittsquerschnitt den Erfordernissen anpaßbaren,
horizontalen Schenkels getrieben werden. Hierdurch wird ein sehr hoher spezifischer
Wärmedurchgang zwischen reinem luftfreiem Heizdampf und der gas- und kondenswasserfreien
Heizfläche erzielt. Die unkondensierbaren Gase werden beim neuen Verdampfer im Gegensatz
zu allen bekannten Heizkörpern mit senkrecht, waagerecht oder geneigt liegenden
Siederohren nahezu heizdampffrei, d. h. praktisch verlustlos, abgezogen.
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Bezüglich der auf diese Weise erzielten Erhöhung der Heizflächenleistung
wird auf die Literatur (u. a. die Zeitschrift des VDI 1g16, S. 541; 1921, S. 1183
und folgende; die Zeitschrift für Dampfkessel- und Maschinenbetrieb 192o, Nr. 45
bis 52 [Prof. Josse], und Hausbrand: »Verdampfen und Kondensieren« 1g18, S.
59 letzter Absatz und Fortsetzung S. 63) verwiesen.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist in Fig. i bis 3 ein einzelner
Verdampfkörper, und zwar in Fig. i im Längsschnitt, in Fig. 2 und 3 im Querschnitt
in beispielsweiser Anordnung schematisch dargestellt, während die Fig. q. und 5
eine dreistufige Verdampfanlage mit solchen Heizkörpern veranschaulichen. Fig. i
a zeigt eine besondere Vorrichtung zur Regelung des Flüssigkeitsumlaufes.
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In dem V-förmig gestalteten Heizkörper mit geneigt liegendem Schenkel
az und horizontal liegendem Schenkel a2 ist eine Anzahl enger Siederohre
b und ein Siederohr d eingewalzt. Die in a1 liegenden Heizrohre b
erhalten Führungszungen c für den durch den Stutzen e eintretenden Heizdampf. Das
Heizdampfkondensat tritt durch den Stutzen f aus; die unkondensierbaren Gase, die
im allgemeinen schwerer als der Heizdampf sind, werden durch den Stutzen g abgeleitet.
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Der Flüssigkeits- und Brüdenkörper kann
nach Fig.
z bis 5 ausgebildet sein, aber auch jede andere zweckmäßige Form erhalten. Der Flüssigkeitsraum
kann so eingerichtet werden, daß die ganze Menge der einzudampfenden Flüssigkeit
umläuft, oder aber auch (z. B. bei salzausscheidenden Lösungen) so, daß ein Teil
derselben an der tiefsten Stelle für kurze Zeit zur Ruhe kommt, um die Ablagerungen
dorthin zu verlegen. Es lassen sich mehrere solcher Heizkörper neben- oder übereinanderliegend
(etwa nach Patent 43= 836) anordnen. Die Bauhöhe eines solchen Verdampfers läßt
sich dann dadurch verringern, daß man die Schenkel a2 der einzelnen Heizelemente
seitlich an den Schenkel cal des tiefer gelegenen Elementes vorbeiführt.
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Teilt man den Flüssigkeitsraum des Verdampfers nach Fig. z a durch
eine senkrechte, bis über den Flüssigkeitsstand reichende, rechtwinklig zur Längsachse
des Heizkörpers cal, a2 angeordnete Wand hin zwei Teile i und k und
führt die einzudampfende Lösung in die Abteilung i ein, so kann erreicht werden,
daß die Lösung nur einmal durch die Heizrohre d, b
strömt und darauf in die
zweite Flüssigkeitsabteilung k gelangt, aus welcher sie abgezogen wird.
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Soll jeweils nur ein Teil der aus den Rohren b kommenden Lösung in
die Abteilung k, der Rest aber in die Abteilung i gelangen, so wird der obere Teil
der Wand h zweckmäßig als drehbare Klappe ausgebildet. Die Unterteilung des Flüssigkeitsraumes
in Abteilungen i und k kann auch derart erfolgen, daß statt der durch
die Scheidewand h gebildeten Flüssigkeitsabteilungi ein besonderes, außerhalb des
Verdampfers liegendes Gefäß verwendet wird.