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Einrichtung zum Verdampfen von Laugen Zum Eindicken von Laugen wurden
bereits die verschiedenstenVerdampferkonstruktionen vorgeschlagen. So sind z. B.
Röhrenverdampfer bekannt, bei denen die Lauge zwangsläufig geführt wird. Aus konstruktiven
und physikalischen Gründen ist es jedoch bei diesen nicht möglich, den Heizdampf
vollständig im Gegenstrom zur Lauge zu leiten.
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Prinzipiell ist die zwangsläufige Gegenstromführung eines wärmeaufnehmenden
mit einem wärmeabgebenden Mittel auf einem anderen Gebiete, nämlich durch die sogenannten
Spiralwärmeaustauscher, bereits bekannt. Diese dienen hier jedoch nur als Vorwärmer
oder Kondensatoren. In der Literatur wurde zwar schon der Vorschlag gemacht, ein
Spiralsystem als Verdampfer zu verwenden, wobei die Entspannung des Dampfes (Trennung
des Dampfes von der Flüssigkeit) innerhalb des Spiralkanals erfolgen sollte. Das
hat zur Folge, daß oberhalb des Flüssigkeitsstandes in dem Spiralkanal ein Raum
für die Dampfentspannung frei bleibt, der zum Austrittsende hin infolge der mehr
und mehr zunehmenden Verdampfungsleistung sich vergrößern muß. Dieser obere Dampfansammelraum
des Spiralkanals wird gleich dem unteren von dem Verdampfungsmittel umspült, das
dadurch nicht konzentriert nur auf die Flüssigkeit, sondern auch auf den bereits
getrennten Dampf einwirkt, so daß sich eine verminderte Wärmeausnutzung des Verdampfungsmittels
ergibt.
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Ein wesentlicher Nachteil, apparativ betrachtet, besteht auch darin,
daß das für eine wirkungsvolle Wärmeübertragung so vorteilhafte, in der Herstellung
jedoch verhältnismäßig teure Spiralheizkörpersystem für die eigentliche Verdampfung
nur schlecht ausgenutzt wird, da ein beträchtlicher Rauminhalt für die Dampfentspannung
benutzt werden muß.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Einrichtungen besteht der Erfindungsgedanke
darin,
dieses an sich bekannte Spiralsystem mit einem Nachverdampfer (Entspannungsgefäß)
zu verbinden, und zwar derart, daß die Austrittsstelle für das Laugen-Dampf-Gemisch
gleichzeitig die tangentiale Eintrittsstelle in diesen Nachverdampfer darstellt.
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Ein nach diesen Richtlinien gebauter Verdampfer vereinigt gegenüber
den bekannten Einrichtungen wesentliche Vorteile; nachstehend einige Beispiele:
Der Spiralraum wird weitest gehend für- die Wärmeübertragung auf die zu verdampfende
Flüssigkeit nutzbar gemacht, da der Spiralkanal nicht gleichzeitig der Dampfentspannung
dient, sondern fast auf seiner ganzen Höhe von der Flüssigkeit durchströmt werden
kann. Da auf diese Weise eine Dampfentspannung nach oben hin kaum möglich ist, entsteht
innerhalb des Spiralkanals ein Dampfflüss igkeitsgemisch, das, in dem Bestreben
sich irgendwohin zu entspannen, dem Austrittsende zuströmt. Infolge der zum Austrittsende
hin mehr und mehr zunehmenden Volumenvergrößerung wird das Dampf-Luft-Gemisch mit
allergrößter Geschwindigkeit durch den tangentialen Anschluß an den Nachverdampfer
(Entspannungsgefäß) geleitet, in welchem es die im Spiralsystem erhaltene Rotierbewegung
unmittelbar fortsetzen kann.
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Hierdurch bildet sich innerhalb des Entspannungsgefäßes ein Strudel,
der eine vergrößerte Flüssigkeitsoberfläche schafft. Diese vergrößerte Flüssigkeitsoberfläche
sowie auch die schnelle Rotierbewegung der Flüssigkeit gewährleisten eine intensive
Nachverdampfung.
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Bei dieser Arbeitsweise wird praktisch die ganze Höhe des Spiralkanals
für die Wärmeübertragung ausgenutzt, d.h. es wird kein bzw. kein wesentlicher Raum
für die Dampfentspannung vergeudet; außerdem kommt es nicht vor, daß das Verdampfungsmittel
einen Teil des Spiralkanals umspült, in dem sich keine Flüssigkeit, sondern der
bereits von der Flüssigkeit getrennte Dampf befindet, was .eine verringerte Wärmeausnutzung
des Verdampfungsmittels zur Folge haben würde.
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Hervorzuheben ist noch, daß infolge der hohen Geschwindigkeit der
im Gegenstrom vorbeistreichenden Elemente der Wärmeübertragungskoeffizient sehr
groß ist; daher kommt man mit einer kleinen Verdampfungsoberfläche aus. Im Zusammenhang
hiermit ergibt sich auch ein geringer Platzbedarf; ferner kann die Eisenkonstruktion
erspart werden, da der Verdampfer leicht im Erdgeschoß unterzustellen ist. Ein Inkrusten
der Lauge innerhalb des Spiralkanals ist durch die große :Durchflußgeschwindigkeit
der Lauge ausgeschlossen; ebenfalls kann die Ansammlung nichtkondensierbarer Gase
innerhalb des Dampfraumes, die die Wärmeübertragung beeinträchtigen, durch die hohe
Durchflußgeschwindigkeit mit Sicherheit vermieden werden.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke in einigen Ausführungsbeispielen
erläutert; es zeigen: Abb. I die zweckmäßige Anordnung des Spiralsystems um den
Nadwerdampfer im Seitenriß, Abb. 2 den Grundriß hierzu, Abb. 3 die Anordnung des
Spiralsystems seitlich des Nachverdampfers im Seitenriß, Abb. 4 den Grundriß einer
Ausführungsform, bei der der Spiralkanal für das Laugen-Dampf-Gemisch mehr und mehr
erweitert ist.
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Im einzelnen bedeuten a den Hauptverdampfer, der aus zwei spiralförmigen
Kanälen b und c besteht. Die Dampfeinführung erfolgt bei d und die Zuleitung der
Lauge bei e, so daß sich eine konsequente zwangsläufige Gegenströmung ergibt. Der
eintretende, noch volle Heizkraft aufweisende Dampf wird zuerst auf die am höchsten
erhitzte Lauge und bei fortlaufender gleichmäßiger Wärmeabgabe zuletzt auf die am
niedrigsten erhitzte Lauge wirken. Während der Dampf bei t austritt, befindet sich
bei g die tangentiale Eintrittsstelle für das Laugen-Dampf-Gemisch in den Nachverdampfer
h (Entspannungsgefäß) Durch die hohe Eintrittsgeschwin,digkeit wird die Lauge hierin
in eine strudelartige Bewegung versetzt, wodurch sich eine große und günstige Verdampfungsoberfläche
ergibt.
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Die gezeichneten Anlagen arbeiten im Kreislauf, in dem die in den
Nachverdampfer gelangende Lauge über die Pumpe i wieder zum Hauptverdampfer zurückgelangt,
während eine kleinere Menge in bekannter, nicht dargestellter Weise fortlaufend
abgeführt und dafür eine entsprechende Menge Dünnlauge ständig zugeleitet wird.
Die Umlaufpumpe i dient hierbei nicht nur der Förderung der Lauge zu und durch den
Hauptverdampfer, sondern sie soll auch den Rückschlag der Lauge, die durch die Erwärmung
und entstehenden Dampfblasen ein größeres Volumen bzw. einen höheren Druck erfährt,
verhindern.
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In dem Falle, daß infolge einer großen Verdampfungsleistung innerhalb
des spiralförmigen Laugenkanals mit einer wesentlichen Volumen- bzw. Drucksteigerung
gerechnet werden muß, ist es zweckmäßig, diesen Kanal düsenartig zu erweitern, wie
das in Abb. 5 dargestellt ist. Diese düsenartige Erweiterung kann gleichfalls für
den spiralförmigen Dampfkanal passend vorgesehen werden, und zwar entsprechend dem
Volumen des Dampfes, so daß der Verdampfer auch zu einer Mehrkörperdampfanlage zusammengeschaltet
werden kann, ganz gleich, ob die Eindampfanlage unter Druck oder Vakuum arbeitet.
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Im Rahmen der Erfindung ist es natürlich möglich, bei seitlicher
Anordnung entsprechend Abb. 3 und 4 an einen Nachverdampfer (Entspannungsgefäß)-
mehrere Spiralverdampfer anzuschließen. Ebenfalls wird darauf hingel wiesen, daß
sich die erfindungsgemäße Ein: richtung nicht nur für das Verdampfen von Laugen,
sondern schlechthin für alle vorkommenden Flüssigkeiten eignet.
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PATENTANSFRÜCHE: I. Einrichtung zum Eindicken von Laugen unter Anwendung
des von Spiralwärmeaustauschern bekannten Spiralsystems, das aus je einem spiralförmigen
Kanal für das wärmeabgebende und wärmeaufnehmende Mittel besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Spiralsystem mit einem Nachverdampfer (Entspannungs -gefäß) verbunden
wird, und zwar derart, daß die Austrittsstelle für das Laugen-Dampf-Gemisch gleichzeitig
die tangentiale Eintrittsstelle in diesen Nachverdampfer darstellt.