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Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten Es gibt Fälle, in denen
Lösungen eingedampft werden müssen, welche beim Erhitzen an den Heizflächen Ausscheidungen
absetzen.
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Ferner muß man mitunter Säurelösungen konzentrieren, welche Metalle
angreifen, oder Lösungen, welche die Berührung mit Metall nicht vertragen, so daß
man sie nur mit emaillierten Oberflächen zusammenbringen darf. Für derartige Vorgänge
müssen die Eindampfapparate möglichst frei von beweghchen Teilen sein, insbesondere
von Pumpen oder ähnlichen Einrichtungen. Man verwendet dann mit Vorteil die Eindampfung
mit Hilfe eines Gasstromes.
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Die Gewichtsmenge der bei einem solchen Verfahren verdampften Flüssigkeit
hängt außer von der temperatur des Flitssigkeitsgasgemisches und der Gewichtsmenge
des benutzten Gases im wesentlichen vom Sättigungsgrad ab, mit welchem das Gas die
Vorrichtung verläßt. Es ist daher notwendig, möglichst nahe an die vollständige
Sättigung des Gases heranzugehen, daanit die Vorrichtung mit gutem technischen Effekt
arbeitet.
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Es ist bekannt, mit Hilfe von Luftströmen einzudampfen, wobei die
Zerstäubung der Flüssigkeit unter Verwendung von mechanischen Hilfsmitteln, wie
beispielsweise durch kreisende Schaufelräder, Walzen 0. dgl. erfolgt. Derartige
Vorrichtungen sind jedoch für die oben angeführten Zwecke nicht zu verwenden.
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Ferner ist schon vorgeschlagen worden, ztim Zwecke der Eindampfung
die Flüssigkeitsoberflächen künstlich zu vergrößern.
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Derartilge Einrichtungen arbeiten unter Vermeidung mechanischer Hilfsmittel
und bewegter Teile, die mit Flüssigkeit in Berührung kommen, sie zeigen ledoch den
Nach teil, daß die Sättigung des Gas oder Luftstromes, der die Verdampfung durchführt,
nicht mit Sicherheit erreicht wird. Mangelnde Sättigung setzt aber den Wirkungsgrad
des Apparates ganz wesentlich herab.
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Die Erfindung besteht in der besonderen Ausgestaltung einer Vorrichtung
zum Eindampfen von Flüssigkeiten mit Hilfe eines Gasstromkreises, die aus einer
Anordnung zum Mischen der zu verdampfenden Flüssig keit mit dem Gas und aus einer
Trennanorilnung für das aus der Flüssigkeit und dem Gas gebildete Gemisch besteht.
Gemäß der Erfindung besteht die Mischvorrichtung aus einem Düsenring zum Einführen
des. Gases, der oberhalb des Spiegels der einzudampfenden Flüssigkeit in das die
letztere enthaltende Gefäß mündet, während die Trennvorrichtung von einer Kammer
gebildet wird, die mit der Mischvorrichtung mittels einer erweiterten Leitung verbunden
und in welcher ein Trichter eingesetzt ist, dessen Trichterrohr in den die zu verdampfende
Flüssigkeit enthaltenden Behälter und unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels
mündet.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht eine weitgehende Zerstäubung
der einzudampfendea Flüssigkeit ohne Verwendung mechanischer Hilfsmittel und bewegter
Teile,
Sie gewährleistet ferner die vollständige Ausnutzung der zur Verdampfung der Flüssigkeit
benutzten Luft durch eine eigenartige Führung der zerstäubten Flüssigkeit mit dem
Luftstrom, wobei nach erfolgter Zerstäubung in dem kegelförmigen Aufsatz über dem
Zerstäubungsgefäß eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung des Gasdampfstromes
hervorgerufen wird. Diese Geschwindigkeits erhöhung verhindert die Vereinigung der
kleinen zerstäubten Tröpfchen zu großen Tropfen, so daß auf dem Weg bis zu dem darauffolgenden
Abscheider ftir die eingedickte Flüssigkeit eine gründliche Verdampfung und vollständige
Sättigung der Zerstäubungsluft mit Flüssigkeit stattfinden kann.
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Die dampfheladene Luft, welche bis zur Sättigungsgrenze mit Flüssigkeit
angereichert -ist, wird durch eine plötzliche Erweiterung des Querschnittes des
Strömungsweges veranlaßt, die eingedickte Flüssigkeit aus zum scheiden, die dem
Boden des Zerstäubergefäßes durch ein Rohr zugeleitet wird, das sie vor einer Berührung
mit dem aufsteigenden Sprühstrom schützt. Durch diese Anordnung wird eine außerordentlich
wirksame Verdampfung. erzielt, die insbesondere bei niedrigen Temperaturen mit großem
Vorteil Anwendung findet.
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In den beiliegenden -Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen
der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. 1 zeigt den Aufriß durch eine Anordnung, welche zur Verdampfung
von wäßrigen Lösungen hunter Benutzung von Luft bei atmosphärischem Druck bestimmt
ist, Abb. 2 2 bezieht sich auf eine abgeänderte Ausführungsform des Apparates.
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Abb. 3 stellt eine Anordnung dar, die vorteilhaft Anwendung findet,
wenn es sich darum handelt, Flüssigkeiten bei sehr niedriger Temperatur einzudampfen.
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Abb. 4 zeigt im Aufriß die Mischvorrichtung nach der Ausführungsform
der- Abb.. r in vergrößertem Maßstab.
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Abb. 5 zeigt die Vorrichtung nach A.bb.. 4 im Grundriß. -In Abb.
1 ist mit Ziffer I ein Ventilator bezeichnet, welcher die von außen kommende Luft
in einen Erhitzer 2 bläst. Dieser Erhitzer kann durch ein Röhrensystem beheizt werden,
welches Dampf durch das. Zuführungsrohr 3 erhält - Das Kondensat des Dampfes wird
durch. Rohr 4 abgeführt. : Die Luft kann auch auf irgendeine andere Weise erhitzt
werden, beispielsweise durch die Heizgase eines Ofens.
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Die heiße Luft wird durch Rohr 5- zu einem ringförmigen Verteiler
6 geleitet, der auf seinem ganzen unteren Teil -durch- eine Zuführung 7 mit einer
ffache'n7ringförinigen Düsenanordnung 8 in Verbindung steht. Die Düsen münden auf
dem ganzen Umfang oberhalb einer Öffnung 10 in einen zylindrischen, senkrechten
Behälter 9.
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Der zylindrische Behälter 9 enthält die einzudampfende Flüssigkeit.
Er ist im Innern an seinem oberen Teil mit einem zylindrischen, ringförmigen, gleichfalls
senkrechten Schirm II versehen. Der zylindrische Schirm 11 ist oben und unten offen
und konzentrisch im Behälter 9 angeordnet. Er hat einen Durchmesser, der um einige
Zentimeter kleiner ist als der des zylindrischen Behälters 9.
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Der obere Teil des zylindrischen Schirms 11 schneidet mit der ringförmigen
Öffnung io in gleicher Höhe ab.
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Auf den oberen Teil des Behälters 9 ist eine kegelstumpfartige Haube
I2 aufgesetzt, welche durch ein zylindrisches Rohr 13 verlängert wird. An seinen
oberen Ende trägt das Rohr 13 einen weiteren kegelförmigen Teil I4, der sich nach
oben zu öffnet und in einen zylindrischen Teil 15 ausläuft, welcher an seinem oberen
Ende mit einem Deckel 16 verschlossen ist.
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In der Mitte des Deckels I6 ist ein Zylinder 17 eingesetzt, der an
seinem unteren Ende offen und an seinem oberen Teil durch einen Kegelstumpf 18 mit
einer Röhre 19 verbunden ist. Zwischen dem zylindrischen Teil 15 des äußeren Mantels
und derm Zylinder 17 befindet sich konzentrisch angeordnet ein Zylinder 20, der
nach seinem oberen Ende zu, welches nicht ganz an -den Deckel I6 heranreicht, offen
ist. Nach unten hin verlängert sich dieser Zylinder 20 in einer, Kege-l 21, der
an seinem spitzen Ende in eine Röhre 22 ausläuft. Die Röhre 22 geht im Innern des
Fiihrungsrohres 13 abwärts und reicht bis in den unteren Teil des zylindrischen
Behälters 9, wo sie offen mündet.
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Der Apparat wird vervollständigt durch einen Vorratsbehälter 23,
der die einzudampfende Flüssigkeit enthält und mit dem Behälter 9 durch ein Rohr
24 in Verbindung steht. Dieses Rohr ist mit einem Regelhahn 25 verstehen. Am unteren
Teil des' Behälters 9 findet sich ein Entleerungshahn 26 vor Ein Flüssigkeitsanzeiger
27 gestattet es, den Flüssigkeitsstand im Innern des Behälters 9 zu überwachen.
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Der Apparat arbeitet folgendermaßen: Im normalen Betrieb Iiegt der
Flüssigkeitsstand im Behälter g etwa bei 28, also einige Zentimeter unterhalb der
Eintrittsöffnung 10 für die Heißluft und demgemäß um den gleichen Abstand niedriger.
als der obere Rand des zylindrischen - Schirmes II. Die Luft wird durch den Ventilator
1 in den Erhitzer 2 geblasen, durchläuft nach ihrer Erwärmung das Rohr 5, tritt
in den ringförmigen Sammler
6 ein, von dessen unterem Teil sie
durch den Kanal 7 in die flache, ringförmige Düsenanordnung 8 gelangt, aus der sie
mit großer Geschwindigkeit 4n den Behälter 9 austritt.
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Der Durchgang durch die ringförmige Öffnung 10 vollzieht sich in der
Weise, daß ein horizontaler, scheibenartiger, nach der Mitte zu gerichteter Luftstrom
entsteht.
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Unter der Wirkung dieses waagerechten Luftstromes, welcher am oberen
Rand des ringförmigen Schirmes II eintritt, entsteht in der schmalen Ringzone, welche
von den Wänden des Behälters g und dein ringförmigen Schirm II eingeschlossen wird,
eine Saugwirkung, durch welche die Flüssigkeit angehoben wird und sich mit dem nach
der Mitte zu gerichteten Luftstrom mischt. Dabei wird -die Flüssigkeit feinst zerstäubt.
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Alle nach der Mitte zu gerichteten, mit zerstäubten Flüssigkeitströpfchen
durchsetzten Gasstromfäden treffen sich im Mittelpunkt des Behälters g und werden,
da sie nur nach oben hin einen Ausweg finden, durch die Wände des kegelförmigen
Teiles 1-2 in das senkrechte Rohr I3 gedrückt. Dabei wird ihre Geschwindigkeit ganz
erheblich gesteigerbt; so daß es den- feinen Flüssigkeitströpfchen unmöglich getnacht-svird,
sich zu größeren Tröpfchen zusammenzulagern. Durch die große Oberflächenentwicklung
wird aber die Verdampfung wirksam gefördert und die Sättigungsgrenze des Luftstromes
sehr rasch erreicht. Der gesättigte Gasstrom gelangt in den oberen Teil des Abscheiders
und muß dort bei seiner aufsteigenden Bewegung zuerst zwischen den Kegeln 21 und
Iq hindurchtreten wo er eine weitere Geschwindigkeitserhöhung erfährt. Er gelangt
dann zwischen die Zylinder 15 und 20, stößt gegen den Deckel I6, wo er eine Umkehrung
erleidet, uncl fällt zwischen den Zylindern I7 und 20 nach abwärts, um schließlich
in den Kegel 21 einzutreten. Infolge der beträchtlichen Querschnittsvermehrung und
der abermaligen Umkehr der Richtung erfolgt im Kegel 2I und im Zylinder 17 eine
vollständige Abscheidung der eingedickten Flüssigkeitströpfchen von dem gesättigten
Gas, so daß sich die Tröpfchen- niederschlagen und absetzen. Der Gasstrom wird durch
Rohr 19 abgeführt.
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Die Flüssigkeitströpfchen, die durch den Aufschlag auf die Innenwand
des Kegels 21 sowie durch die Querschnittsvermelhrung und die Richtungsänderung
abgeschieden worden sind, fließen nach abwärts. Während der Bewegung der Luft innerhalb
des Apparates bestand eine enge Beruhrung mit der Heiß luft längs einer sehr großen
Oberfläche, und dadurch wurden die einzelnen Flüssigkeitströpfchen weitgehend konzentriert,
während sich gleichzeitig die Luft-mit dem Dampf sättigte.
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Die abgeschiedene Flüssigkeit fließt nun aus dem Kegel 21 durch das
mittlere Rohr 22 ab und gelangt in den unteren Teil des Behälters 9.
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Durch das Rohr 24 wird dauernd neue Flüssigkeit, welche dem Vorratsbehälter
23 entnommen ist, nach Maßgabe der verdampften Flüssigkeit dem Behälter g zugeführt,
um den gleichmäßigen Flüssigkeitsstand 28 in diesem Behälter aufrechtzuerhalten.
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Die Verringerung der Siedetemperatur der Flüssigkeit hängt offensichtlich
von der Menge der durch das Gas oder gegebenenfalls durch die Flüssigkeit zugeführten
NVärmeeinheiten ab. Um eine sehr niedrige Temperatur zu erhalten, insbesondere eine
solche von weniger als 250 C, muß man ein sehr trocknes Gas benutzen, und wenn man
Luft wählt, wird es im allgemeinen vorteilhaft sein, sie vor ihrem Gebrauch zu trocknen.
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Abb. 2 stellt eine geänderte Ausführungs form dar, bei welcher das
benutzte Gas im Kreislauf wieder verwendet wird, nachdem es vorher abgekühlt wurde,
um es von dem mitgeführten Wasserdampf zu befreien, den es beim Durchgang durch
den Apparat aufgenommen hat. Zu diesem Zweck wird das aus dem Apparat durch das
Rohr 19 austretende Gas durch ein Rohr 29 in den Wärmeaustauscher 30 geleitet, der
sich vor dem Gebläse des Ventilators befindet. In diesem Wärmeaustauscher kühlt
sich das Gas ab und gibt dabei einen Teil seines Wärmeinhalts an das durch den Ventilator
eingeblasene Gas ab.
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Diese Wiedergewinnung eines Teiles der Wärmeeinheiten erhöht den
thermischen Wirkungsgrad der Einrichtung. Nach dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher
30 wird das Gas durch ein Rohr 3I in einen VVasserabscheider 32 geleitet und gelangt
dann in einen Kühler 33, welcher mit kaltem Wasser beschickt wird. Hier vollzieht
sich im wesentlichen die Trocknung. Eine gewisse Menge kondensierten Dampfes wird
schließlich noch durch den Abscheider 34 zurückgehalten, sodann kehrt das Gas zu
dem Gebläse des Ventilators r zurück und beginnt seinen Kreislauf von neuem.
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Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Verdampfung der
Flüssigkeit bei Temperaturen um o° C herum vorgenommen werden kann. In diesem Fall
wird der Apparat vorzugsweise zum Abkühlen der Flüssi, g keit benutzt. Das gewählte
Beispiel zeigt die Verwendung gewöhnlicher Luft, welche auf irgendeine Lösung einwirken
möge. Der Erhitzer 2 ist weggelassen, und eine Wärmequelle ist nicht vorgesehen.
Die zur Verdampfung notwendigen Wärmeeinheiten werden aus der Flüssigkeit selbst
durch den Abkühlungsvorgang entnommen.
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Dabei ist es zweckmäßig, die benutzte Luft soweit Die möglich zu
trocknen. Dementsprechend ist ein Trockner 35 vorgesehen, welcher durch einen rechteckigen
Kasten dargestellt wird, der von zwei durchbrochenen Deckeln 36 begrenzt ist. Dazwischen
befindet sich eine Schicht von Chlorcalcium oder Kieselgel. Diese Stoffe werden
durch -eine Öffnung 31 eingebracht und können nach Gerauch durch eine Öffnung 38wieder
entfernt werden. Ehe die Luft diesen Trockner durchläuft, läßt man sie zweckmäßig
durch einen Austauscher 39 mit metallischen Oberflächen gehen, in welchem sie teilweise
durch die aus dem Verdampfungsapparat austretende kalte Luft abgekühlt wird. Die
Kaltluft wird durch ein Rohr 29' zugeführt, bevor man sie durch das Rohr 41 nach
außen hin ableitet.
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Der übrige Teil des Apparates entspricht den gleichartigen Teilen
der Apparate nach- Abb. I und 2.
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PANTENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten
mit Hilfe eines Gasstromkreises, welche aus einer Anordnung zum Mischen der zu verdampfenden
Flüssigkeit mit dem Gas und aus einer Trennanordnung für das aus der Flüssigkeit
und dem Gas gebildete Gemisch besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung
aus einem Düsenring t8) zum Einführen des Gases besteht, der oberhalb des Spiegels
der einzudampfenden Flüssigkeit in das die letztere enthaltende Gefäß (g) mündet,
und daß die Trennvorrichtung von einer Kammer (I 5) gebildet wird, die mit der Mischvorrichtung
mittels einer erweiterten Leitung (I3) verbunden und in welcher ein Trichter (20)
eingesetzt ist, dessen Trichterrohr (22) in den die zu verdampfende Flüssigkeit
enthaltenden Behälter (9) und unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels mündet.