DE7004485U - Vorrichtung zur trennung von fluessigkeiten. - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung für das Trennen von Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten; eine derartige Vorrichtung ist allgemein als "Fallfilmverdampfer¹¹ bekannt. Ein "Fallfilmverdampfer¹¹ läßt sich kurz als eine lange, vertikal angeordnete, gewöhnlich zylindrische Kammer beschreiben, die eine große Anzahl von Vertikal angeordneten Verdampferrohren relativ kleiner Bohrung enthält," welche an oder nahe ihrer oberen und unteren Enden durch feste Rohrplatten in ihrer Lage festgehalten werden ,die die zylindrische Kammer in eine

UOndlleh· AbrMen. insbesondere durch Telefon. bedQrfen schriftlicher Bestätigung Dresdner Bank München Klo. 109103 - Postscheckkonto München 116974

obere Kammer, eine Mittelkammer und eine untere Kammer wirkungsvoll unterteilen; dielnnenseiten gegenüber der sie umgebenden Mittelkammer vollständig abgedichtet, während die oberen und unteren Kammern über* die Innenseiten der Rohre miteinander in Verbindung stehen. Derartige Fallfilmverdampfer werden häufig zum Konzentrieren relativ stark verdünnter Lösungen durch Verdampfen eines Teils des Lösungsmittels verwendet und sind insbesondere für das Konzentrieren von wässrigen Lösungen oder Schmelzen von Substanzen wie Ammoniumnitrat und Harnstoff anwendbar.

In der Praxis wird das zu trennende Flüssigkeitsgemisch (oder eine relativ stark verdünnte Lösung, die zu konzentrieren ist) in die obere Kammer eingeführt und strömt als dünner Film entlang der Innenoberflächen der Rohre abwärts. In die die Rohre umgebende Mittelkammer kann ein heißes Strömungsmittel eingeführt werden, wobei die an die Außenseiten der Rohre angelegte Wärme durch die Rohrwandungen auf den Flüssigkeitsfilm auf der Rohrinnenseite geleitet wird, wodurch die stärker flüchtige Flüssigkeit (oder gegebenenfalls das Lösungsmittel) verdampft wird. Zur Beschleunigung der Verdampfungsgeschwindigkeit und zur Entfernung der so gebildeten Dämpfe wird in die untere Kammer über einen geeigneten Einlaß ein Heißluftstrom eingeführt, der durch die Rohre vertikal aufwärts wandert und die obere Kammer durch einen in der oberen Kammer vorgese-

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henen Auslaß verläßt. Die abgetrennte (oder teilweise abgetrennte) weniger flüchtige Flüssigkeit (oder die konzentrierte Lösung) fiießt weiterhin als dünner Film entläng der Innenflächen der Rohre abwärts und fällt durch den in die untere Kammer eingeführten vorgenannten Heißluftstrom aus den unteren Rohrenden auf den Boden der unteren Kammer, wo sie gesammelt und durch einen Auslaß abgeführt wird. Es I ist üblich, das untere Ende jedes Rohres so zu profilieren, daß so weit wie möglich die Menge uer Tropfbildung an abgetrennter (oder teilweise getrennter) weniger flüchtiger Flüssigkeit (oder konzentrierter Lösung) verringert wird, die die unteren Rohrenden verläßt.

Es wurde festgestellt, daß Fallfilmverdampfer gemäß Vorbeschreibung bestimmte Nachteile haben, da sie durch den in die untere Kammer eingeführten Luftstrom verringerten Wirkungsgrad haben, der kleine Tröpfchen der weniger flüchtigen Flüssigkeit oder der konzentrierten Lösung mitreißt

und diese entlang der Rohre aufwärts in die obere Kammer rückführt. Die Menge an mitgerissener Flüssigkeit hänet von der Anzahl kleiner Tröpfchen der gebildeten getrennten Flüssigkeit oder konzentrierten Lösung ab sowie von der Abwärtsgeschwindigkeit des in die untere Kammer eingeführten Luftströmen

Es gibt zwei Stellen, an denen in maximalem Umfang Tröpfchen gebildet werden:

- ιϋ·02·7ϋ f.

a) Wo der Tropfenstrom aus getrennter Flüssigkeit oder Konzentrierter Losung aur eine rxacne Platte oder der, gleichen Oberfläche fällt, die im wesentlichen normal zur Richtung des Flüssigkeitsstroms liegt, d.h. also, am Boden der unteren Kammer wird die größte Anzahl an kleinen Tropfen gebildet. (Je mehr die Oberfläche der Platte oder der gleichen Oberflächen in Richtung auf eine Vertikale geneigt ist, umsomehr wird die Bildung kleiner Tröpfchen auf ein Minimum reduziert). Durch den Luftstrom kann je nach Größe der Tröpfchen und der Geschwindigkeit des in die untere Kammer eingeführten Heißluftstroms ein großer Anteil der kleinen Tröpfchen mitgerissen werden.

b) Wo die getrennte Flüssigkeit oder konzentrierte Lösung das untere Ende der Rohre verläßt, insbesondere dann, wenn die Hauptrichtung des in die untere Kammer eingeführten HeißluftStroms in irgendeiner von der vertikalen Aufwärtsrichtung abweichenden Richtung liegt j da dies die Stelle ist, an der der Luftstrom in die Rohre eintritt, ergibt sich Mitreissen kleiner Tröpfchen in die Rohre.

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Es ergibt sich somit, daß die Bildung kleiner Tröpfchen auf ein Minimum reduzier··'-, -.-.-erden muß, wenn man das Mitreissen kleiner Tröpfchen auf ein Minimum reduzieren will. Darüber hinaus müssen jegliche gebildete kleine Tröpfchen vor dem in die untere Kammer eingeführten Heißluftstrom abgeschirmt werden. Die Geschwindigkeit des Luftstroms in der unteren Kammer sollte daher klein sein und es sollte der Luftstrom erst dann beschleunigt werden, wenn er in die Rohre eintritt.

Dieses Problem wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß man gewänrleistet, daß die Tropfen auf eine oder .mehrere geneigte Oberflächen fallen; daher werden über den Bodenabschnitt der unteren Kammer (die als Sammelkessel bezeichnet v/erden kann) r'ine Vielzahl von im wesentlichen parallelen Prallplatten.angeordnet, die gegenüber der Horizontalen geneigt sind und auf die und zwischen die die Tropfen der getrennten Flüssigkeit oder der konzentrierten Lösung fallen, so daß ihre Trennung in kleinere Tröpfchen auf ein Minimum verringert wird.

Je mehr sich die Neigung dieser Prallplatten der Vertikalen nähert, umso kleiner wird die Auflösung der Tropfen in kleinere Tröpfchen. Die Prallplatten sind unterhalb des Einlasses für den eindringenden Heißluftstrom angeordnet und in einer Richtung geneigt, bei der die zwischen den Prallplatten gebildeten kleinen Tröpfchen im wesentlichen

gegenüber dem Luftstrom abgeschirmt sind und durch diesen somit nicht mitgerissen werden können. Es ist ein sehr wichtiger Vorteil der Neuerung- daß durch diese Anordnung der Prallplatten weder der Raum, der für den Einlaß zur Einführung des Heißluftstroms in die untere Kammer zur Verfügung steht noch die horizontale Querschnittsfläche der unteren Kammer verringert wird, so daß niedrige Eintrittsgeschwindigkeiten und ansteigende Luftgeschwindigkeiten möglich sind.

Die Aufteilung der getrennten Flüssigkeit oder konzentrierten Lösung in kleine Tröpfchen beim Herabfallen von den unteren Enden der Rohre auf die Prallplatten'wird dadurch vermindert, daß die Geschwindigkeit des eintretenden Heißluftstroms durch die bloße Vergrößerung der Querschnittsfläche des Eeißlufteinlasses verringert.wird. Ohne die Absicht auf eine Beschränkung auf bestimmte Zahlen (die im jeden Fall von einer Vielzahl von Faktoren wie Länge und Durchmesser der unteren Kammer und Anzahl der Rohre in dem Fallfilmverdampfer abhängen) wurde ermittelt, daß die horizontale Luftgeschwxndigkeit in die Sammelkammer vorteilhaft sehr niedrig ist (zum Beispiel in der Größenordnung von 1,2 m/sek) und daß die ansteigende Luftgeschwindigkeit innerhalb der Sammelkammer vorzugsweise noch niedriger (zum Beispiel in der Größenordnung von etwa 0,5 m/sek) ist; bei diesen Geschwindigkeiten wird die herabfallende getrennte Flüssigkeit oder konzentrierte Lösung nur wenig oder überhaupt nicht in kleine Tröpfchen zerteilt. -Der Heißluftstrom

wird beschleunigt, sobald er in die unteren Enden der Rohre eintritt.

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Neuerungsgemäß wird ein Fallfilmverdampfer vorgeschlagen, bei dem der Boden der unteren Kammer (oder Sammelkessel) unterhalb der unteren Enden der Verdampferrohre mit einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen, gegenüber der Horizontalen geneigten Prallplatten versehen ist, auf und zwischen die die Tropfen aus den Rohren fallen und die unterhalb eines Einlasses für einen in die untere Kammer eingeführten Heißluftstroms liegen, wobei die Richtung des Neigungswinkels der Prallplatten so gewählt wird, daß die Zwischenräume zwischen den Prallplatten zum Heißluftstrom abgeschirmt sind; hierdurch wird die Trennung der Tropfen aus getrennter Flüssigkeit oder konzentrierter Lösung in kleinere Tröpfchen und das Mitreissen der so gebildeten kleineren Tröpfchen auf ein Minimum reduziert. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß in der ganzen unteren Kammer kleine Luftgeschwindigkeiten angewendet werden können.

Vorteilhaft wird die Geschwindigkeit des in die untere Kammer eingeführten HeißluftStroms in Abhängigkeit von dem Luftvolumenbedarf für das Verfahren dadurch auf ein Minimum reduziert, daß die Querschnittsfläche des Heißlufteinlasses vergrößert wird.

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Die Neuerung wird im Folgenden anhand schematischer -. Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist aine Querschnittsansicht eines neuerungsgemäßen Fallfilmverdampfers;

Fig. 2 und 2A zeigen in Frontansicht bzw. Seitenansicht das untere Ende eines der.Verdampferrohre des Fallfilmverdampfers nach Fig. 1.

Der in den Zeichnungen dargestellte Fallfilmverdampf er i hat einen zylindrischen Kessel 1, in dem sich eine Anzahl

I vertikal angeordneter V er dampf err oh/*« 2 relativ kleiner

•f Bohrung befinden, die an oder nahe ihrer oberen und unteren

% Enden durch feste Rohrplatten 3 in ihrer Lage gehalten wer

I den, die den Kessel 1 in eine Mittelkammer >t und obere und

I untere Kammern 5 bzw. 6 unterteilen. Die Innenseiten der

I Rohre 2 sind von der sie auf der Außenseite umgebenden Mit-

I telkammer 4 vollständig abgedichtet. Die obere Kammer 5 und

die untere Kammer 6 sind jedoch durch die Innenseiten der Rohre 2 miteinander verbunden.

Das zu trennende Flüssigkeitsgemisch (oder die zu

I konzentrierende Lösung) wird über einen Einlaß .7 in die

I obere Kammer 5 eingeführt und strömt als Film entlang der

fi Innenflächen der Rohre 2 abwärts. Ober einen Einlaß 8 wird

if in die Mittelkammer 4 ein heißes Strömungsmittel, beispiels-

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weise Dampf oder Heißluft eingeführt, wobei sich die auf die ge—2- iirkende.-nir< wandungen auf den Flüssigkeitsfilm innerhalb der Rohre überträgt, wodurch die stärker flüchtigen Flüssigkeiten (oder das Lösungsmittel) in den Rohren verdampft, bevor das heiße Strömungsmittel 4 durch einen Auslaß 9 abströmt. Zur Beschleunigung der Verdampfungsrate. und zur Entfernung der gebildeten Dämpfe wird in die untere Kammer 6 ein Heißluftstrom eingeführt, der durch die Innenseiten der Rohre 2 vertikal nach oben wandert und über die Kammer 5 durch einen Auslaß 10 nach außen tritt. Die nunmehr teilweise abgetrennte, weniger flüchtige Flüssigkeit (oder die konzentrierte Lösung) fließt weiterhin als Film entlang der' Innenwände der Rohre nach unten und fällt durch den Heißluftstrom in der unteren Kammer 6 von deren unteren.Enden in Tropfenform in den .Boden der unteren Kammer und dann aus dieser über einen Auslaß 11 hinaus. Es ist üblich, das untere Ende jedes Rohrs gemäß Darstellung in den Fig. 2 und 2A zu profilieren. Dies verringert die Anzahl (und vergrößert dadurch die Größe) der Tropfen aus abgetrennter Flüssigkeit oder konzentrierter Lösung, die an den unteren Enden der Rohre 2 gebildet werden und von diesen herabfallen.

Es wurde' festgestellt, daß der vorbeschriebene. Fallfilmverdampfer bestimmte Nachteile hat, die in verringertem Wirkungsgrad liegen, welcher sich durch den Heißluftstrom in der unteren Kammer 6 ergibt, der kleine Tröpfchen an ge-

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trennter Flüssigkeit oder konzentrierter Lösung der Kammer - 6 mitreißt und sie in und durch die Rohre 2 und weiter in die obere Kammer 5 trägt. Die Menge an mitgerissener Flüs-

I sigkeit hängt von der Anzahl kleiner Tröpfchen aus abge- I trennter" Flüssigkeit oder konzentrierter Lösung ab, die · gebildet werden sowie von der Aufwärtsgeschwindigkeit des HeißluftStroms in der unteren Kammer 6. Zur Erzielung minimaler Tröpfchenmitnahme sollte die gebildete Anzahl an kleinen Tröpfchen auf ein Minimum reduziert·' und sollten die kleinen Tröpfchen so weit wie möglich gegen den Heißluftstrom abgeschirmt· werden; die Geschwindigkeit des Heißluft Stroms in der unteren Kammer 6 sollte so klein wie möglich sein und erst beim Eintreten in die Rohre 2 vergrössert werdent

Neuerungsgemäß wurde dies dadurch gelöst, daß man die ' Tropfen auf eine oder auf mehrere geneigte Oberflächen fallen läßt; aus diesem Grunde v/ird quer über den auch als Sammelkessel 12 wirkenden Boden der unteren Kammer 6 eine Mehrzahl im wesentlichen paralleler Prallplatten 13 angeordnet, die gegenüber der Horizontalen geneigt sind und auf und zwischen die die Tropfen fallen, so daß deren Trennung in kleinere Tröpfchen verringert wird.

Die Prallplatten 13 liegen unterhalb eines Einlasses oder einer Einlaßleitung I¹* für "den eintretenden Heißluftstrom und sind in einer derartigen Richtung und mit einem

derartigen Winkel zur Horizontalen geneigt, daß jegliche zwischen den Prallplatten 13 gebildete kleine Tröpfchen gegen den Luftstrom abgeschirmt sind und durch diesen nicht mitgerissen werden können.

Die Zerteilung der getrennten Flüssigkeit oder der konzentrierten Lösung in kleine Tröpfchen beim Herabfallen von den unteren Enden der Rohre 2 auf die Prallplatten 13 wird durch Verringerung der Geschwindigkeit des eintretenden Heißluftstroms gemindert, was beispielsweise dadurch bewirkt wird, daß der Eintrittsquerschnitt des Heißlufteinlasses m vergrößert"wird.

Die Prallplatten 13 sind zweckmäßig einstellbar, so daß der Neigungswinkel zur Horizontalten variiert werden kann·, hierzu.können sie schwenkbar auf einer oder auf mehreren Stützstangen (nicht gezeigt) sitzen, deren Betätigung zu einer Änderung des Neigungswinkels der Prallplatten 13 auf die gewünschte Größe führt.

Claims (5)

• · · a a 11 · · ♦ : ι ι - 12 - Schutzansprüche

1. Fallfilmverdampfer für das Trennen oder Konzentrieren von Flüssigkeiten mit einem vertikal angeordneten, verzugsweise zylindrischen Kessel, der hohle, vertikal angeordnete Verdampferrohre mit vorzugsweise kleiner Bohrung enthält, die an oder nahe ihrer oberen und unteren Enden durch Rohrplatten in ihrer Lage fixiert sind, die den Kessel in eine obere, eine mittlere und eine untere (oder Sammelkammer) unterteilen, wobei die obere und untere Kammer über die hohlen Rohre miteinander verbunden sind und die untere Kammer mit einem Einlaß für das Einführen eines HeißgasStroms (vorzugsweise HeißluftStroms) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer (6) mit einer Mehrzahl im wesentlichen paralleler geneigter Prallplatten (13) versehen ist, auf und zwischen die Flussigkeitstropfen aus den unteren Enden der Rohre (2) fallen, wobei Neigungsrichtung und Neigungswinkel der Prallplatten so gewählt ist, daß die Zerteilung der Tropfen in kleinere Tröpfchen auf ein Minimum reduziert wird.

2. Fallfilmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatten (13) unterhalb des Einlasses (14) für den Heißgasstrom angeordnet und in einer

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Richtung und einem Winkel zur Horizontalen geneigt sindV "i |? ^;< ^

so daß die zwischen den Prallplatten gebildeten kleinen ■ .; ^;._:

Tröpfchen gegen den Heißgasstrom abgeschirmt sind und da* r

Mitreißen an Tröpfchen auf ein Minimum reduziert ist. r

3. Fallfilmverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (13) auf wenigstens einer bewegbaren Stützstange sitzen, wobei eine Einrichtung für das Betätigen der Stange derart vorgesehen ist, um Neigungsrichtung und Neigungswinkel der Prallplatten in gewünschter Weise einstellen zu können.

4. Fallfilmverdampfer nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für das Verringern der Eintrittsgeschwindigkeit des eintretenden Heißgasstroms vorgesehen ist, um das Mitreißen von Tropfen oder Tröpfchen an getrennter oder konzentrierter Flüssigkeit aus der unteren Kammer zu vermindern.

5. Fallfilmverdampfer nach Anspruch «*, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Einlasses (1Λ) für den eintretenden Heißgasstrom vergrößert ist, um seine Eintrittsgesqhwindigkeit auf den gewünschten Wert zu vermindern.