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Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen bzw. Eindampfen von Lösungen
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Kühlung bzw. Eindampfung von Lösungen mit festen
Bestandteilen in mehreren Stufen unter Verwendung von Fliehkraft- oder sonstigen
für derartige Verfahren bereits bekannten Kreiselkraftzerstäubern.
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Bei bekannten Verfahren dieser Art ließ man die Lösung mehrere nebeneinanderlie
gende Stufen passieren, wobei man z. B. jedem Verdampfkörper eine gesonderte Salzkammer
mit Salzabführung zuordnete und die Lösung mittels Zirkulationspumpe durch die mit
Heizdampf und teilweise mit Brüdendampf beheizten Verdampfkörper beförderte.
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Andere mehrstufige Verdampfer bekannter Art arbeiten mit barometrischen
Fallrohren, an welche sich konische Mulden zur Aufnahme des ausgefällten Salzes
anschließen.
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Diese Anlagen bedingten somit gewaltige Bauhöhen und große sowie schwere
Nebengeräte. Auch ist hierbei nur ein periodischer Betrieb möglich, da die innerhalb
der einzelnen Verdampfkörper sich absetzenden Salzkrusten während des Betriebes
nicht entfernt werden können.
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Diese tlbelstände sollen durch vorliegende Erfindung beseitigt werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Lösung mehrere übereinander
angeordnete, unter abgestufter Luftleere oder abgestuften Drücken stehende Kammern
durchläuft und zwischen den einzelnen Kammern durch periodisch sich öffnende Schlitzöffnungen
den Zerstäubern der nächsten Kammer zugeführt wird. Es ergibt sich hierbei ein äußerst
einfacher Aufbau der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Anlage unter
Wegfall jeglicher Rohrleitungen zwischen den einzelnen Stufen. in jeder vornehmlich
mit abgeschrägten Böden ausgestatteten Verdampfstation befinden sich nur äußerst
geringe Laugenmengen, weshalb die den einzelnen Stufen zufließenden Flüssigkeitsteilchen
in denkbar kürzester Zeit auf die verlangte niedrige Temperatur gebracht werden
können. Die heiße Lauge gibt -dabei ihre Eigenwärme durch Selbstverdampfung bei
Zerstäubung infolge Vakuum ab, so daß eine Beheizung der Verdampfkammern nicht erforderlich
wird.
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Durch periodisch sich öffnende Durchlaßöffnungen zwischen den einzelnen
Kammern wird ein geregelter Durchfluß der Lösung gewährleistet, dergestalt, daß
die abgestuften Luftleeren bzw. Drücke zwischen den einzelnen Kammern durch die
nur für kurze Zeit sich öffnenden Durchlässe stets in erforderlicher Höhe aufrechterhalten
bleiben und eine starke Durchströmungsgeschwindigkeit zwischen den Kammern erzielt
wird.
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Rotierende Schaber innerhalb der Kammern und Zerstäubungsaggregate
sorgen bei gleichzeitiger Erhöhung der Rotationsenergie des Zerstäubungsgemisches
für eine ständige Reinhaltung der Wandungen von Krusten bildenden Ablagerungen,
so daß keine Betriebsunterbrechungen nötig sind.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine beispielsweise Ausführungsform
einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
und zwar zeigt Abb, I einen Gesamtlängsschnitt, Abb. 2 einen Schnitt A-B der Abb.
1, Abb. 3 einen Schnitt C-D der Abb. I.
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Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse a, das durch eine nach
unten abgeschrägte Decke b und in gleicher Weise ausgebildete Böden bl, b2, be in
drei kammerartige RäumeI, II und III unterteilt wird.
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In den Teilen bt, b. und b sind jeweils in Halsstutzen g an Durchlaßöffnungen
die Zerstäubungsaggregate eingebaut. Die Durchlaßöffnungen werden durch eine drehbare
und eine feststehende Schlitzöffnung gebildet, und zwar ist jeweils in den drehbaren
Abschlußstücken i ein Schlitz z und in den an den Halsstutzen g angesetzten AbschluBböden
x ein Schlitz y eingearbeitet. Innerhalb der konischen Teller h der Halsstutzen
rotiert jeweils ein mit Schaufeln !fl besetzter, an sich bekannter Zerstäuberteller
l, welcher in bekannter Weise gleichzeitig als Abscheider und Durchmischer dient.
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Jede Kammer erhält ferner noch ein oder mehrere rotierende Schaber,
während der obere Teil der Stutzen g mit Flügeln k und der innere Teil der Zerstäuberaggregate
mit Flügeln k1 ausgestattet ist.
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Sämtliche drehbaren Teile sitzen an einer durchgehenden Achse f,
welche oben am besten im Deckel d des Halsstutzens g gelagert ist und in beliebiger
Weise mit Triebwerksorganen für direkten oder indirekten Antrieb in Verbindung steht.
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An den obersten Halsstutzen g setzt sich eine Zuleitung p mit Regulierhahn
q an, während am unteren Gehäuseboden bs sich der Abflußstutzen r befindet. Die
abgeschrägten Böden bl, b2 erhalten zweckmäßig einen Hohlraum, der mit Plattens
abgedeckt ist. Die Brüdendämpfe können bei o, 01, 02 abgeführt werden.
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Die vollkommen geschlossene Vorrichtung wird bei Vakuumbetrieb jeweils
bei o, ot, Ol mit einer Kondensationsanlage beliebiger Bauart verbunden. In der
Zeichnung sind beispielsweise die Kammern, II, III mit je einem Röhrenkondensator
t, t', t verbunden.
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Es können jedoch auch beliebige andere Kondensationssysteme benutzt
werden. Die Kondensatoren dienen dazu, den bei der Kühlung (Verdampfung) entstehenden
Brüdendampf mit einem kälteren Kühlmittel niederzuschlagen, wobei kältere Laugen
oder andere Flüssigkeiten in den Kondensatoren t, tz, t erwärmt werden können. Die
zu erwärmende kalte Flüssigkeit wird dem Vorwärmer t durch den Stutzen u zugeführt.
Die angewärmte Flüssigkeit verläßt den Kondensator t (Vorwärmer) durch den Stutzen
v und-gelangt zu dem darüberliegenden Vorwärmer t1 sur weiteren Erwärmung, um dann
dem obersten Vorwärmer t2 zugeführt zu werden. Die zu erwärmende Flüssigkeit verläßt
den Vorwärmer t mit der höchst möglichen Temperatur. Die Stutzen, w1 w2 dienen zur
Entfernung des Kondenswassers. Diese Vorwärmer sind in bekannter Weise mit Luftpumpen
usw. zur Aufrechterhaltung der Luftleere verbunden.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung gestaltet sich etwa wie folgt:
Die zu kühlende heiße Lösung mit einer Temperatur von beispielsweise etwa I00° C
wird durch die Rohrleitungp lrontinuierlich in die Kammer I eingesaugt. Die zufließende
Menge der Lösung regelt man mit dem Ventil q. Die zufließende heiße Lauge fließt
in den Halsstutzen g und fällt in den Hohl raum der Kauner g. Das Abschlut3stück
i schließt zunächst diesen Hohlraum im Stutzen g nach unten ab. Sobald nun bei der
Drehung der Welle f die Öffnung s des Teiles i sich über den Bodenausschnitt y bewegt,
so wird die. Flüssigkeit infolge der Druckunterschiede zwischen den einzelnen Kammern
durch den Halsstutzen g hindurchgesaugt. Das Hindurchsaugen der Flüssigkeit durch
die Schlitze y und z erfolgt mit größter Geschwindigkeit, d. h. mit einem Bruchteil
von Sekunden, worauf dann der weitere Durchfluß der Lauge wieder unterbunden ist,
bis bei der nächsten Umdrehung die Wiederholung des Durchsaugeprozesses erfolgt.
Diese periodisch sich öffnenden Schlitze y und wurden darum gewählt, weil zwischen
den Kammern größere Druckunterschiede herrschen, so z. B. ein Druckunterschied von
etwa 4,3 m zwischen I und II und etwa 2,1 m W. S. zwischen II und III. Da die Durchsaugungszeit
äußerst kurz ist, so sind die abgestuften Luftleeren in den drei Kammern im Betriebe
stets in erforderlicher Höhe vorhanden. Die durch die Schlitze y und z hindurchgesaugte
Flüssigkeit strömt und fällt auf den Zerstäuberteller t, wobei bei der Drehung dieses
Tellers die Flüssigkeit durch die Schaufeln rn in eine rotierende Bewegung versetzt
und durch die Zentrifugalkraft an das Gehäuse a geschleudert wird. Von hier fließt
die Flüssigkeit schleierartig auf den konischen Boden b und gelangt in den nächsten
Halsstutzen g, woselbst sich der gleiche Vorgang vollzieht.
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In den drei Kammern 1, II, III sind, wie bereits erwähnt, die Drücke
abgestuft, so steht z. B. die Kammer I unter einer Luftleere von etwa 3,19 m W.
S. Dies entspricht einer Temperatur von 90° C. Die zufließende heiße Lauge von etwa
100° C kühlt auf etwa 90° C ab, und die hierbei frei werdenden Dämpfe werden durch
den Stutzen o nach dem Kondensator
t, abgeführt. In der Kammer
II herrscht eine Luftleere von etwa 7,2 m W. S.. so daß eine Abkühlung auf etwa
700 C erfolgen kann, was einer Temperaturdifferenz von etwa 200 C zwischen den Kammern
I und II entspricht. Die in der Kammer II entstehenden Brüdendämpfe gelangen zum
Kondensator tl. In der Kammer III herrscht eine Luftleere von etwa 9,3 m. Die mit
700 in die Kammer III geführte Flüssigkeit kann somit auf 450 abgekühlt werden ;
was einer Temperaturdifferenz zwischen den Kammern II und III von etwa 250 C entspricht.
Die in der Kammer III frei werdende Wärme bzw. der Brüdendampf wird durch den Stutzen
o. in den Kondensator t geleitet. Nach Passierung der Kammer III kann die gekühlte
Lösung am Abflußstutzen r mit Pumpen abgesaugt werden oder in Sammelbehälter beliebiger
Art einlaufen. Die Sammelbehälter müssen bei Vakuumbetrieb selbstverständlich ebenfalls
der Luftleere der Kammer III entsprechen.
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Die Wänneentziehung bzw. Verdampfung wird dadurch besonders wirkungsvoll,
daß die Flüssigkeit in feinverteiltem Zustande durch drehende Bewegung der Zerstäuberteller
in der Kammer herumgewirbelt wird. Die kleinen in der Nfutterlauge eingebetteten
Salzteilchen können dann als Kugelgebilde mit großer Oberfläche sehr schnell, d.
h. in Bruchteilen von Sekunden, die gebundene Wärme freigeben. In dem Gehäuse wirbeln
in der Umdrehungsrichtung des (Rührwerkes bzw. der Teller viele Tausende von kleinen
Kügelchen von kleinstem Durchmesser im Kreise herum. Durch die Erdanziehung beschreiben
wirbelnde Salzkörnchen einen spiralförmigen Weg. Es entsteht somit ein langer Fallweg
bis zum Auftreffen an die Gefäßwand bzw. bis zum Auftreffen an den schräg nach unten
gerichteten Kammerboden. Die abfließende Schicht auf dem konischen Boden ist ebenfalls
nur wenige Millimeter dick, und folglich kann die Wärme sehr schnell frei werden.
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Beim Kühlen von salzhaltigen Lösungen tritt sehr schnell das Einsetzen
der Kammerwandung mit Salzkrusten ein. Da sich die Abstreichvorrichtungen der Kammern
fortwährend hinwegbewegen, so schaben sie fortlaufend die sich bildenden Salzkrusten
ab.