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Verfahren zur Übertragung der Wärme heißer Holzzuckerwürzen Gegenstand
der Erfindung bildet ein Verfahren zur Übertragung der Wärme heißer Holzzuckerwürzen
beim Scholler-Holzverzuckerungsverfahren an das für den Perkolationsprozeß anzuwärmende
Frischwasser.
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Bei der Verzuckerung von Holz oder anderen cellulosehaltigen Materialien
durch verdünnte Säuren nach dem Scholler-Verfahren tritt die gebildete heiße Zuckerwürze
mit Temperaturen von beispielsweise 13o bis i?o ° aus den zur Verzuckerung dienenden
Reaktionsgefäßen (Perkolatoren) aus. Die die Verzuckerung bewirkende und den Zucker
extrahierende Flüssigkeit muß auf Temperaturen oberhalb ioo ° vorgewärmt werden,
wobei die genaue Einstellung der Temperatur dieser Flüssigkeit (Wasser) durch Einleiten
von Dampf automatisch reguliert wird. Bei der Verzuckerung fallen verschiedene Arten
von Würzen an. Der zunächst anfallende Teil der Würze muß einer besonderen Nachbehandlung
unterzogen werden, während die später anfallende Würze den Bedingungen dieser Nachbehandlung
nicht unterworfen werden darf. Bei der Übertragung des Wärmeinhaltes der aus den
Perkolatoren austretenden Holzzuckerwürze an das den Perkolatoren zugeleitete Frischwasser
mußte also bisher dieses Frischwasser in zwei oder mehrere Zweige aufgeteilt und
den verschiedenen Würzefraktionen getrennt entgegengeführt %verden, was besondere
Regeleinrichtungen und laufende genaue Überwachung der Wärmetauschapparate erforderlich
macht. Da auch die abzukühlenden Würzen zweckmäßig auf verschiedene Temperaturen
abzukühlen
sind, und zwar die in der Wärme weiter zu behandelnde
Würzemenge auf Temperaturen in der Nähe von ioo ° und die anderen Würzeinengen auf
möglichst geringe Temperaturen, ist dieser Wärmeaustauschbetrieb durchaus nicht
einfach. Außerdem neigen die zur Übertragung der Wärme dienenden Apparate auf der
von der Zuckerwürze durchflossenen Seite stark zu Verkrustungen.
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Erfindungsgemäß soll die Übertragung der Wärme heißer Holzzuckerwürzen
beim Scholler-Holzverzuckerüngsverfallren an das für denPerltolationsprozeli anzuwärmendeFrischwasser
nicht mehr durch unmittelbaren Wäreineaustausch erfolgen, sondern es wird jede Würzefraktion
mittels in einer oder inelireren Stufen vorgenommener Druckminderung durch teilweise
'\-'erdampfung unter Konzentrationserhöhung abgekühlt, wobei, da es sich um eine
siedende Flüssigkeit handelt, die Würze jeweils aus einem Dampfabscheider unter
gleichzeitiger Verminderung ihres Druckes und weiterer Abkühlung durch Verdampfung,
und zwar jeweils auf die zu dein vorhandenen Druck gehörige Sattdampftemperatur,
in das folgende Dampfabscheidegefäß gelangt, während die Dämpfe in Oberflächenkondensatoren
zur stufenweisen Erwärmung des für die Perkolation benötigten Frischwassers niedergeschlagen
werden. Dabei werden die Dämpfe von Entspannungsstufen verschiedener Würzefraktionen
finit gleichem Druck in gleichen Kondensatoren gemeinsam niedergeschlagen. Die Entspannung
kann in beliebiger Zahl von Stufen erfolgen. Für das nachstehend angeführte und
in der beiliegenden Zeichnung dargestellte Beispiel sind diese Stufen so gewählt,
daß in jeder Stufe eine Abkühlung der Würze um rund 30' eintritt.
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Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine zur Durchführung des neuen
Verfahrens geeignete Einrichtung schematisch dargestellt. Sie besteht aus den Entspannungsgefäßen
_d, B, C. D und den Kondensatoren E, F, (r sowie dem Kondensatkühler
H. Als weitere Zubehörteile sind enthalten zwei Luftpumpen I, 1i und zwei
Kondenstöpfe I_. J1 sowie drei Luftabscheider 1T, O, P.
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Die aus den Perkolatoren mit einer Temperatur von beispielsweise i
5ö bis igo ' kommende Zuckerwürze tritt bei i durch ein Drosselorgan in das Entspannungsgefäß
A ein und vermindert dabei ihren anfangs höheren Druck auf 3 ata., wobei sie sich
bis zu der zu diesem Druck gehörigen Sattdampftemperatur von rund 1331 abkühlt.
Die infolge der Abkühlung entstehenden Dämpfe werden durch das Überdruckregelventil
a zu beliebigen Heizzwecken entnommen. Das Überdruckventil hält einen konstanten
Druck von 3 Atin. im Entspannunggefäß A aufrecht. An Stelle einer unmittelbaren
Entnahme der bei ? austretenden Dämpfe zu Heizzwecken kann durch Kondensation dieser
Dämpfe unter gleichzeitiger Verdampfung von Wass s er reiner Wasserdampf erzeugt
werden, welcher dann für die entsprechenden Heizzwecke, z. B. zur Beheizung des
Destillierapparates, verwendet werden kann, da die sauren, lufthaltigen Dämpfe,
welche aus der sich entspannenden Holzzuckerwürze entstehen, nicht ohne weiteres
für alle Heizzwecke geeignet sind. Mit dem vorliegenden "erfahren kann man auch
eine Gewinnung oder Ausscheidung gelöster flüchtiger Stoffe aus der Holzzuckerwürze
durch Rektifikation unter Druck verbinden, welche unter Verwertung der Wärme der
heißen, aus den Reaktionsgefäßen unter Druck austretenden wäßrigen Flüssigkeiten
und unter Kondensation der bei teilweiser Druckminderung entstehenden Dämpfe in
der Weise erfolgt, daß vor oder nach der Druckminderung eine Rektifikation unter
Druck ausgeführt w=ird, an die sich die Wärineriickgewinnung in Wärmeaustauschern,
gegebenenfalls nach Entspannung, anschließt. Auf diese Weise ist es möglich, die
zur Rektifikation unter Druck aufgewendete Wärme durch die anschließende Kondensation
der unter Druck ausgetriebenen flüchtigen Stoffe nochmals zur Wirkung zu briilgen.
An die Stelle einzelner Entspannungsgefäße A oder L' tritt dann die für dieses Verfahren
erforderliche Apparatur. Auch kann für die Bindung der in den bei der Entspannung
entstehenden Dämpfe enthaltenen Säure das vorliegende Verfahren mit dem Verfahren
gemäß der französischen Patentschrift 8d.o 441 kombiniert werden, nach welchem flüchtige
Stoffe dadurch aus Lösungen gewonnen oder ausgeschieden werden, daß die fliisige
Lösung im Gegenstrom zu Dämpfen durch unmittelbar miteinander verbundene Kochböden
geleitet wird und daß die von den Dämpfen auf den Böden eines Gegenstroinkolonnenapparates
aufgenommenen flüchtigen Stoffe beim Durchgang durch oberhalb aller oder einzelner
Rektifikationsböden liegende Böden durch über diese Absorptionsböden geführte, zusätzlich
eingeführte .'lufnallmefliissigkeiten bzw. durch auf diesen Böden vorgesehene feste
Stoffe ganz oder teilweise chemisch oder physikalisch gebunden werden.
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Die in dem Entspannungsgefäß A bereits auf 133 ° abgekühlte Holzzuckerwürze
tritt durch die mit einem Regulierventil versehene Leitung 3 in das Entspannungsgefäß
B ein. in welchem ein Druck von 1.2 ata. aufrechterhalten wird. Es verdampft nun
von der in das Gefäß B eintretenden Würze ein entsprechender Anteil, bis sich die
Würze durch
den Entzug der notwendigen Verdampfungswärme auf die
zum Druck von 1,2 ata. gehörige Sattdampftemperatur von etwa 104' abgekühlt hat.
Die bei der Entspannung entstandenen Dämpfe werden durch die Leitung 4. zum Kondensator
E geführt und dort niedergeschlagen. Die im Gefäß B durch Druckminderung auf i04.°
abgekühlte Würze tritt nun durch die Leitung 5 in das Entspannungsgefäß C über,
in welchem ein Druck von o,6 ata. entsprechend einer Sattdampftemperatur von
751 aufrechterhalten wird. Die Leitung 5 ist mit keinem Regulierventil ausgerüstet.
Der Übertritt von Dampf aus dem Gefäß B nach dem Gefäß C wird durch die Gestaltung
der Leitung 5 als Siphonrohr mit einem aufsteigenden Schenkel von mehr als 6 m Höhe
verhindert, so daß eine Regulierung und Bedienung für den Übertritt der Flüssigkeit
vom Gefäß B nach dem Gefäß C nicht erforderlich ist. Der im Gefäß C entstehende
Dampf tritt durch die Leitung 6 zum Kondensator F. Die Flüssigkeit wird in gleicher
Weise wie vom Gefäß B zum Gefäß C auch vom Gefäß C zum Gefäß D geleitet, und zwar
durch die Siphonleitung 7. Die im Gefäß D entstehenden Dämpfe treten durch die Leitung
8 zum Kondensator G über, während die auf 45 ° abgekühlte Holzzuckerwürze durch
das Rohr 9 austritt. Im bezeichneten Beispiel ist das Rohr 9 als barometrisches
Fallrohr ausgebildet, so daß die Würze ohne Zuhilfenahme von Pumpen zum Ausfluß
kommt. ,An Stelle des barometrischen Siphonrohres kann natürlich auch eine Pumpe
angeordnet werden. Die für das barometrische Fallrohr erforderliche Höhe kann leicht
dadurch erreicht werden, daß die Würze beim Übertritt von einem der Gefäße
A, B, C zum folgenden, B, C, D, jeweils infolge ihres höheren Druckes emporsteigen
kann, wie dies für den Übertritt vom Gefäß C nach dem Gefäß D in der Zeichnung beispielsweise
dargestellt ist. Eine ähnliche Höherstellung kann auch bereits für das Gefäß C gegenüber
dem Gefäß B und auch, falls dies aus irgendwelchen Gründen erforderlich scheint,
für das Gefäß B gegenüber dem Gefäß .d vorgenommen werden.
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Das der Verzuckerungsanlage zufließende Frischwasser wird bei io durch
eine Pumpe zugeführt und durchfließt zuerst den Kondensatkühler H und dann nacheinander
die Kondensatoren G, F und E und gelangt durch die Leitung i i zur Perkölationsanlage.
Dabei wird es stufenweise im Kondensator G auf etwa 4o', in dem Kondensator F auf
etwa 7o' und im Kondensator E auf etwa ioo ° angewärmt. Die genaue Einstellung der
für die Perkolation erforderlichen Temperatur von beispielsweise 1,5' erfolgt in
einem in der Leitung i i liegenden, nicht gezeichneten Anwärrpeapparat durch Dampf.
Gegebenenfalls kann dazu auch ein Teil des Dampfes aus dem Entspannungsgefäß.4 kondensiert
werden. Das Kondensat aus dem Kondensator E gelangt durch einen Luftabscheider N
zum Kondenstopf F, in welchem es sich auf den in demselben herrschenden Druck von
o,6 ata. entspannt und sich dabei unter teilweiser Verdampfung von i0.+ auf 75 °
abkühlt. In gleicher Weise wird dann das Kondensat aus dem Kondensator F gemeinsam
mit dem aus denn Kondensator E gekommenen Kondensat durch den Luftabscheider O und
den Kondenstopf _1I in den Kondensator G entspannt und dort auf 45 ° gekühlt. Aus
dem Kondensator G fließt das gesamte Kondensat der Kondensatoren E, F und G durch
den Luftabscheider P ab. Seine Wärme kann im Kondensatkühler H zur Vorwärmung des
bei io zufließenden Frischwassers vor dessen Eintritt in den Kondensator G verwendet
werden. Das gesamte Kondensat fließt aus dem Kühler H durch die als barometrisches
Fallrohr ausgebildete Siphonleitung i z ab.
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Die Luft aus dem Luftabscheider 1' tritt unmittelbar ins Freie, während
die in den Kondensatoren F und G aus den kondensierten Dämpfen ausgeschiedene Luft
durch besondere LuftpumpenI bzw. K abgesaugt wird. Die Luftabscheider N, O, P können
auch fortfallen unter Entnahme der zu entfernenden Luft an geeigneter Stelle des
Kondensatorraumes.
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Der bisher beschriebene Anlageteil kann unmittelbar Verwendung finden,
wenn nur eine Art von Würzen erzeugt wird. Werden aus der Perkolationsanlage, wie
eingangs beschrieben, zweierlei Würzen entnommen, so müssen weitere Entspannungsgefäße
angeordnet werden, und zwar wenn der weitere zu entnehmende Teil nur bis auf Temperaturen
in der Nähe von i oo° abgekühlt werden soll ein weiteres Entspannungsgefäß Bi, welchem
durch die mit Regulierorgan versehene Leitung 13 der entsprechende Würzeteil unmittelbar
von den Perkolatoren zufließt. Die bei der Druckminderung auf 1,2 ata. entstehenden
Dämpfe entweichen durch die Leitung 14 und vereinigen sich mit den durch die Leitung
4 aus dem Entspannungsgefäß B kommenden Dämpfen und gelangen zusammen mit diesen
zum Kondensator E. Die im Gefäß B1 auf i04.° abgekühlte Würzefraktion tritt durch
das Rohr 15 zur Weiterbehandlung aus. Dem Gefäß B1 kann ein dem Gefäß A entsprechendes
Gefäß .dl vorgeschaltet sein. Diese Maßnahme kann aber auch unterbleiben, da die
für das Gefäß B1 bestimmten Würzen mit einem niedrigen Druck und geringerer Temperatur
anfallen als die für
die Gefäßreihe -1, B, C, D bestimmten
Z,#'ürzemengen.
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All Stelle der gezeichneten vierstufigen Entspannung kann auch eine
Entspannung mit einer größeren oder geringeren Anzahl von Stufen gewählt werden.
Auch kann die aus dem Gefäß Bi durch die Leitung 15 austretende Würze in einem weiteren
Entspannungsgefäß Cl und gegebenenfalls weiteren Gefäßen nochmals entspannt und
weiter abgekühlt werden, wobei die entstehenden Dämpfe mit den aus dem Entspannungsgefäß
C bzw. weiteren Entspannungsgefäßen kommenden Dämpfen vereinigt und zu den zugehörigen
Kondensatoren geleitet werden können. Auch können außer den Entspannungsgefäßreihen
A, B, C, D und Ai, Bl, Cl. Dl weitere Entspannungägefäßreihen A" B@, C2,
.D2 ...... usw. angeordnet werden. Die eingeklammerten Bezeichnungen stellen sinngemäß
Gefäße für die Gefäße A; B, C, D dar und sind in der Zeichnung nicht eingezeichnet.
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Als weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens sei schließlich noch
erwähnt, daß dasselbe die Möglichkeit bietet, die Wärme verschiedenartiger Flüssigkeiten
über gemeinsame Wärmeaustauschflächen zu übertragen, ohne daß eine Vermischung der
Berührung dieser Flüssigkeiten untereinander stattfindet.
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In älterem Schrifttum ist eitle Vorrichtung zur stufenweisen Abkühlung
von kristallisierenden Salzlaugen durch stufenweise Ausdampfung unter Vakuum beschrieben.
Dieselbe unterscheidet sich von dem Erfindungsgegenstand grundsätzlich dadurch,
daß bei der ersteren nicht die gesamte Flügsigkeit der Kühlung durch das Ausdampfen
unterworfen wird, sondern nur jeweils der in jedem einzelnen Gefäß an der Oberfläche
befindliche Teil der Flüssigkeit, und daß die die Salze enthaltenden Flüssigkeitsteile
ohne nennenswerte Abkühlung durch Fallrohre in Salzpfannen gelangen und von dort
abgepumpt werden. Das bei einer solchen Einrichtung in allen ihren Ausführungsformen
wiederkehrende Merkmal der zweifachen Z"erbindung der einzelnen Kammern durch horizontale
Rohre oder Öffnungen sowie durch in ein gemeinsames Becken bzw. einen gemeinsamen
Bodenkanal führende senkrechte Fallrohre verhindert -außerdem die gleichmäßige und
gesicherte Abkühlung aller Flüssigkeitsteile durch Ausdampfung. Eine solche Anordnung
erfordert außerdem auch ganz erhebliche Abmessungen der Vorrichtung und ist somit
dem Erfindungsgegenstand wesentlich unterlegen.
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Es ist ferner ein Verfahren zum inkrustierungsfreien Wärmeaustausch
von abzukühlenden Abwässern vorgeschlagen worden, bei welchem die Flüssigl-:eit
durch Druckminderung unter Wärmeübertragung durch kondensierenden Dampf abgekühlt
wird, wobei das durch die Wärmeübertragung sich bildeil:le Kondensat in das Abwasser
gelangt und eilte Konzentrationsanreicherung desselben verhindert. Auch hierbei
ergeben sich voll den Teniperaturen abhängige, außerordentlich große Apparateabmessungen
und ist auch eine solche Einrichtung mit dem Erfindungsgegenstand nicht zu vergleichen,
da sie weder der Abkühlung von Holzzuckerwürzen unter gleichzeitiger Erwärmung des
zur Verzuckerung erforderlichen Frischwassers dienen kann noch eine getrennte Kondensation
der Dämpfe und damit verbundene Konzentrationserhöhung der Holzzuckerwürze herbeiführt,
sondern Kondensat und Abwasser mischt und nicht eine schnelle Abkühlung zur @"erineidung
von Zersetzungen herbeiführen, sondern Inkrustierungen verhindern soll.
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Des weiteren ist es auch bekanntgewesen, salzausscheidende Flüssigkeiten
derart in @akuumdampfapparate einzuführen, daß die Flüssigkeit über die Oberfläche
des Flüssigkeitsspiegels in die Verdampfer eingeführt wird. Hierbei handelt es sich
um Vorrichtungen, die durch Entspannung in einer Düse Salzausscheidungen weitgehend
vermeiden sollen, und um Spülvorrichtungen für diese Düse. Beide Zweckbestimmungen
sind für die vorliegende Erfindung nicht nötig, wie bei derselben auch die Einführung
nicht in solcher Weise erfolgt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen «-orden, das Kondenswasser aus den
Heizkörpern von 1lehrkörperverdampfapparaten durch Kondensatableiter mit Kondensatkreislauf
abzuleiten. Wenn dabei die Kondensate auch dem folgenden Kondensatableiter zugeleitet
werden, so bedeutet dies jedoch sogar eine umständlichere Lösung, als wenn das Kondensat
einfach dem folgenden Kondensator zufließt, dort ausdampft und dann gemeinsam mit
dem neuen Kondensat entnommen wird.
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Schließlich ist auch bereits die \Tutzbarinachung der Wärme bei Druckprozessen
durch Überleiten der Dämpfe aus einem Gefäß mit beendetem Prozeß in mehrere Gefäße
verschiedener Anfangsdrücke in mehreren Stufen bis jeweils zum Druckausgleich in
den einzelnen Gefäßen und unter gleichzeitiger Abkühlung des Reaktionsgemisches
in Reaktionsgefäßen mit beendeter Reaktion beschrieben worden. Im Gegensatz dazu
handelt es sich bei dem Erfindungsgegenstand um die .@bkühluilg der einem Reaktionsgefäß
laufend, d. 1i. während mehrerer Stunden, z. B. 1z Stunden, in gleichmäßiger Weise
oder in einzelnen Ouanten entnommenen Produkte
und um die Anwärmung
des als gleichmäßige Menge oder als einzelne Quanten benötigten, zur weiteren Durchführung
des Prozesses im gleichen oder im anderen Gefäß dienenden Frischwassers.