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Rückgewinnung von Ammoniak und Wärme aus gebrauchtem Kupferkunstseide-Fällwasser
Im Patent 7or 967 ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Rückgewinnung von Ammoniak
und Wärme aus gebrauchtem Kupferkunstseidefällwasser beschrieben, bei dem .der aus
dem Fällwasser und seinem Wärmeinhalt gewonnene Dampf im Gegenstrom mit Ammoniak
aus dem Fällwasser ibeladen und in mittelbarem Wärmeaustausch mit frischem Fällwasser
niedergeschlagen wird.
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Durch das Patent 718 364 wird das Verfahren des Hauptpatentes derart
abgeändert, daß das gebrauchte Fällwasser, und zwar vorzugsweise solches, aus welchem
die Kupferionen zuvor entfernt sind, im Gegenstrom mit Dampf geführt wird, wovon
ein Teil durch Dampfumformung unter Zufuhr der Kondensationswärme eines Teiles des
bei der Entgasung gebildeten Dampf-Ammoniak-Gemisches erhalten ist. Der .bei der
Dampfumformung nicht kondensierte Teil des Dampf-Ammoniak-Gemisches wird zusammen
mit dem bereits gebildeten Kondensat in mittelbaren Wärmeaustausch mit enthärtetem
Frischwasser gebracht und dabei niedergeschlagen. Durch Kondensation des Dampf-Ammoniak-Gemisches
wird ein Kondensat von relativ geringem Ammoniakgehalt gebildet. -Die zur Erzeugung
von hochprozentigem Ammoniakwasser notwendige Steigerung des Ammoniakgehaltes erfolgt
in einer nachgeschalteten Kon.zentriersäule, in welcher das Ammoniak mit Frischdampf
erneut abgetrieben wird.
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Der Dampfverbrauch der Konzentriersäule hängt in starkem Maße von
der Flüssigkeitsmenge ab, in welcher das abzutreibende Ammoniak gelöst ist. Bei
Verminderung der Menge dieses Lösungswassers ist es möglich, den Dampfverbrauch
der Konzentrierkolonne wesentlich herabzusetzen. Gemäß vorliegender Erfindung wird
dies so durchgeführt, daß das bei der Umformung von ammoniakreichem
in
aminoniakarmen Dampf gebildete Kondensat im Austausch mit dem mit Ammoniak aus dem
Fallwasser beladenen Dampf teilweise entgast und dem zu entgasenden Fallwasser beigemischt
wird. Beim Betrieb des Dampfumformers kann ein Teil der bei der Verdampfung übrigbleibenden
Flüssigkeit den Verdampfungsflächen wieder zugeführt werden, wobei die durch die
Verdampfung verminderte Wassermenge aus der Ahtriebssäule oder aus anderen Quellen
ergänzt wird. Der Vorteil dieser Arbeitsweise bei der Dampfumformung ist der folgende:
Je größer der Anteil des Umlaufwassers an der durch den Verdampfungsteil des Dampfumformers
strömenden Flüssigkeit ist, um so geringer ist der durch Entspannungsverdampfung
entstehende Teil der im Dampfumformer erzeugten Dampfmenge, um so mehr Dampf muß
also unter Zufuhr von Kondensationswärme des Dampf-Ammoniak-Gemisches gebildet werden.
Der an Kühlwasser zu übertragende Teil der Kondensationswärme des Dampf-Ammoniak-Gemisches
wird infolgedessen kleiner, so daß eine Ersparnis an Kühlwasser möglich wird.
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Weiterhin wird ein Teil des durch Kühlung mit frischem Fallwasser
aus dem ammoniäkreichen Dampf gebildeten Kondensat: im Austausch mit dem durch Teilkondensation
bei,der Dampfumformung angereicherten Dampf-Ammoniak-Gemisch teilweise entgast und
anschließend dem bei der Dampfumformung gebildeten Kondensat zugemischt. Unter Umständen
erübrigt sich auch diese Vorentg.asung, so .daß das durch Kühlung mit frischem Fallwasser
gebildete Kondensat direkt dem bei der Dampfumformung gebildeten Kondensat zugemischt
werden kann. Der noch nicht kondensierte Teil des Dampf-Ammoniak=Gemisches wird
an gekühlten Flächen niederbeschlagen, die mit dem nach Abzug der früher genannten
Kondensatmengen verbleibenden Kondensatrest benetzt «-erden.
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Die beschriebene Rückführung des größten Teiles der Kondensatmenge
hat eine starke Verminderung der Flüssigkeitsmenge, in welcher das Ammoniak gelöst
werden muß, zur Folge. Damit das Ammoniak von dieser geringen Wassermenge absorbiert
wird, ist es notwendig, für eine besonders wirksame Beri<ihrung zwischen der
flüssigen und der Gasphase zu sorgen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch unmittelbare
Gleichstromführung von Flüssigkeit und Gas längs gekühlter Rohrwände, vorzugsweise
im Inneren von lotrechten Rohren, deren a4ußenflächen im Gegenstrom bziv. im Kreuzgegenstrom
durch frisches Fallwasser gekühlt werden. Da das Absorptionsvermögen der Flüssigkeit
durch die Zulauftemperatur des frischen Fällwassers begrenzt wird, ist es zur Erzielung
höherer Ammoniakgehalte notwendig, au die Frischwasserkühlung eine oder mehrere
Kühlstufen mit verdampfendem Kältemittel oder mit Sole anzuschließen. Hierbei ist
es von Vorteil, die bei der. Wiederverflüssigung des Kältemittels freiwerdende Wärme
an .das frische Fallwasser zu übertragen.
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Sollen besonders hohe AminoniakIconzeitrationen oder reines verflüssigtes
Ammoniak erzeugt werden, so muß die unter Vakuum angereicherte Flüssigkeit auf einen
höheren Druck gebracht und erneut einer Destillation unterzogen werden. Der Dampfverbrauch
der dazu erforderlichen Konzentrierkolonne ist um so kleiner, je geringer die Fliiss:gkeitstnenge
ist, in welcher das abzutreibende Ammoniak, gelöst ist. Hierin äußert sich der wirtschaftliche
Erfolg einer möglichst hohen Am.moniakanreicherung in der vorgeschalteten Vakuumdestillation
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren. Diese Feststellung behält ihre Gültigkeit,
selbst wenn der Ammoniakgehalt des in der Konzentrierkolonne durch Abtreibung erzeugten
bereits höher ist als die gewünschte Ammoniakkonzentration der Endlösung, sofern
nach der Erfindung nur aus einem Teil der unter Vakuum angereicherten Lösung das
Ammoniak unter höherem Druck, z. B. Atmosphärendruck, abgetrieben und anschließend
in unmittelbarem Gleichstrom mit dem ,anderen Teil der unter Vakuum angereicherten
Ammoniaklösung an gekühlten Rohrflächen, vorzugsweise im Inneren lotrechter Rohre,
welche außen durch frisches Fallwasser im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom gekühlt
werden, niedergeschlagen wird. Hierbei wird der zur Absorption des Ammoniak-Dampf-Gemisches
dienende Teil der Flüssigkeit zweckmäßig in Abhängigkeit von dem Steigen und Fallen
des in der Dampfphase herrschenden Druckes selbsttätig geregelt. In den beiliegenden
Zeichnungen ist eine geeignete Anlage zur Ausführung des Verfahrens beispielsweise
in schematischer Form dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Apparatur, bei der
sich das Verfahren unter Vakuum abspielt; Abb. 2 eine dieses- Apparatur nachzuschaltende
Destillationsstufe mit erhöhtem Druck, falls unter Vakuum die benötigte Konzentration
nicht zu erreichen ist. Durch die Leitung i tritt das ammoniakhaltige Wasser, aus
welchem das Kupfer zweckmäßig vorher entfernt wurde, in die unter Vakuum stehende
Apparatur ein und wird durch die Verteilvorrichtung 2 über die Oberfläche der in
dem Turm 3 angeordneten FülMrperschichten q. verteilt. Nach dem Herabrieseln in
den Füllungen d. sammelt sich die weitgehend entgaste Flüssigkeit auf dem Boden
von
wo sie durch die Pumpe 6 a'bgefördert wird.
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In den Füllungen 4 wird der Ammoniak .geholt der-Flüssigkeit zum größten
Teil auf den entgegenströmenden Dampf übertragen. Das entstandene Dampf-Ammoniak-Gemisch
gelangt durch die Leitung 7 in den Dampfumformer 8, in welchem ein Teil an der äußeren
Oberfläche der Rohre 9 kondensiert. Zur Verteilung des Dampf-Ammoniak-Gemisches
dienen die Umlenkplatten io sowie der Verdrängungskörper i i. An der Innenoberfläche
der Rohre 9 rieselt Flüssigkeit herab, welche von der Verteilvorrichtung 12 über
den Rohrboden 13 und durch tangential gelochte Hohlzylinder 14, die auf die vorstehenden
Enden der in. den Rohrboden 13 eingewalzten Rohre 9 aufgeschraubt oder aufgeschrumpft
sind, über die inneren Oberflächen der Rohre 9 verteilt wird. Beim Herabfließen
in den Rohren 9 verdampft ein Teil der Flüssigkeit unter Zufuhr der Kondensationswärme
des an der Außenoberfläche der Rohre kondensierenden Dampf-Ammoniak-Gemisches. Der
dabei gebildete Dampf wird zusammen mit .der durch die Entspannung der Flüssigkeit
beim Austritt aus der Verteilvorrichtung i2 entstehenden Dampfmenge von dem Dampfstrahlverdichter
15 abgesaugt und in den Turm 3 eingeblasen. Infolge der in der Abbildung angegebenen
Schaltung der Pumpen 6 und 16 kann die der Verteilvorrichtung i2 zuströmende Flüssigkeit
ganz oder teilweise von dem Boden 5 der Abtriebssäule oder von dem Boden 17 des
Dampfumformers entnommen werden. Weiterhin kann eine etwa sonst noch zur Verfügung
stehende Flüssigkeitsmenge, z. B. durch den Anschluß 18, zugegeben werden.
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Das' in dem Dampfumformer 8 aus dem Dampf-Ammoniak-Gemisch gebildete
Kondensat sammelt sich in dem Flüssigkeitsäbschluß i9 und wird durch die Pumpe 2o
in den oberen Teil des Turmes 3 gepumpt, wo- es von der Verteilvorrichtung 21 verteilt
wird. Der in dem Dampfumformer 8 nicht kondensierte Teil des Dampf-Ammoniak-Gemisches
gelangt durch die Leitung 22 in den mit frischem Fällwasser gekühlten Röhrenkondensator
23, in welchem ein weiterer Teil .davon niedergeschlagen wird. Das dabei gebildete
Kondensat wird durch die Pumpe 24 herausgepumpt. Ein Teil dieses Kondensats wird
in den Turm 3 zurückgeführt, wobei es vorher zur Verminderung seines Ammoniakgehaltes
durch die Verstärkungssäule 25 geführt werden kann. Der Ammoniakgehalt des aus dem
Kondensator 23 durch die Leitung 26 austretenden Dampfes ist bereits so weit erhöht,
daß neben der Aufgabe der Kondensation :des Dampfes nunmehr die weitere Aufgabe
.der Absorption des Ammoniakgases in dem sich bildenden Kondensat mehr in den Vordergrund
tritt. In den anschließenden Appararaten, die demgemäß als Absorber bezeichnet werden
können, wird das Dampf-Ammoniak-Cemisch im Gleichstrom mit dem gebildeten Kondensat
an gekühlten Rohrflächen entlang geführt. Der erste dieser Absorber 27 wird durch
frisches - Fällwasser gekühlt, welches bei 28 eintritt und durch Führungsbleche
29 so von unten nach oben durch den Absorber hindurchgeleitet wird, daß die Rohre
30 sämtlich gut gekühlt werden. ,tlm Inneren der Rohre 30 strömt das
Dampf-Ammoniak-Gemisch abwärts, während das gebildete Kondensat in dünner Schicht
an der inneren Oberfläche der Rohre herabfließt. Der anschließende Absorber 31 wird
durch verdampfendes Kältemittel gekühlt, z. B. in der Weise, daß die durch die Pumpe
32 hochgeförderte Kühlflüssigkeit außen an den Rohren herabrieselt. Der dabei entstehende
Dampf des Kältemittels wird in dem Kompressor 33 verdichtet und in .den Verflüssigungselementen
34, die durch einen Teilstrom des frischen Fällwassers gekühlt werden, verflüssigt.
Die gebildete Kälteflüssigkeit wird von der Pumpe 32 wiederum in den Absorber 31
gefördert.
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Das aus dem wassergekühlten Absorber 27 ablaufende Kondensat wird
von der Pumpe 35 hochgepumpt und durch die Verteilvorrichtung 36 über den oberen
Rohrboden des Absorbers 3 i, in welchen die Rohre 37 eingewalzt sind, verteilt.
Auf die vorstehenden Enden der Rohre 37 sind in gleicher Weise, wie bereits bei
dem Dampfumformer beschrieben, tangential gelochte Hohlzylinder aufgeschraubt oder
aufgeschrumpft, durch deren Löcher das ammoniakhaltige Kondensat auf die inneren
Oberflächen der Rohre 37 verteilt wird. Eine gleichartige Verteilung der Flüssigkeit
besitzt auch der Absorber 27.
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Zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der Apparatur dient die Vakuumpumpe
38, welche :durch Undichtheiten bzw. mit der Flüssigkeit und dem Dampf in die Apparatur
gelangte Luft oder inerte Gase absaugt. Um zu verhindern, daß diese Vakuumpumpe
auch Ammoniak absaugt, ist ihr die Ammoniaksperre 39 vorgeschaltet. In derselben
wird. die. von unten nach oben strömende Luft im Gegenstrom mit Wasser berieselt,
welches das Ammoniak aus der Luft aufnimmt. Die Ammoniaksperre 39 ist mit einem
Kühlmantel 40 versehen, der ebenfalls mit verdampfendem Kältemittel oder in anderer
Weise gekühlt wird.
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Die in der Ammoniaksperre entstehende Ammoniaklösung wird einer der
Pumpen 2o; 24 oder 35 auf der Saugseite zugeführt und entweder in' den Turm 3 gepumpt,
oder mit
dein iin Vakuum rnit Ammoniak angereicherten Kondensat
durch die Pumpe.Ii der in Abb. 2 schematisch dargestellten Konzentrierkolonne zugeführt.
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Schließlich ist noch der Weg des als Kühlwasser dienenden frischen
Fällwassers durch die Apparatur zu erläutern. Dieses tritt bei 28 ein, durchströmt
zuerst den Absorber 27, anschließend den Kondensator23 und wird durch die Brause
d.-2 über die im unteren Teil des Turmes 3 angeordnete Füllung .a.3 verteilt. In
unmittelbarer Berührung mit dein aus dein Dampfstrahiverdichter kommenden, durch
'Mischung mit dem Treibdampf überhitzten Dampf erwärmt sich das bereits in ein Absorber
-27 und dem Kondensator 23 weitgehend vorgewärmte frische Fä llwasser vollends auf
die gewünschte Endtemperatur und wird durch die Puinpe ,..l. den Fällbädern zugeführt.
Nach Abgabe seiner LTberhitzungswärrne gelangt der Dampf durch die Öffnungen 45
in die darüber angeordneten Füllungen d. der Abtriebsäule, wo sich das Dampf-Amrnonial<-Geinisch
bildet, dessen Weg bereits beschrieben wurde.
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Sofern der Wassergehalt der unter Vakuum angereicherten Flüssigkeit
für den Ansatz. der Spinnlösung bzw. für einen etwaigen anderen Verwendungszweck
zti hoch ist, muß eine weitere Destillationsstufe bei erhöhtem Druck, von der eine
Ausführungsform in Abb. schematisch dargestellt ist, nachgeschaltet werden. Die
unter Vakuum angereicherte Ammoniaklösung, die durch die Pumpe 41 auf höheren Druck
gebracht ist, fließt durch Leitung q.6 der Konzentrierapparatur zu. Zur Herstellung
von konzentriertem Amnioniak-Nvasser wird erfindungsgemäß nur aus einem Teil der
Flüssigkeit das Ammoniak abgetrieben. Dieser Teilstrom der Flüssigkeit wird zunächst
in den Austauscherelementen 47 im Gegenstrom zu dein von der A:btriebssäule48 ablaufenden
heißen Wasser vorgewärmt. Durch die Verteilvorrichtung .:1.9 wird die vorgewärmte
Flüssigkeit über die in der Abtriebssäule .I8 angeordneten Füllungen So verteilt.
In den Füllungen wird der Ainnioniakgelialt der Flüssigkeit auf entgegenströmenden
Dampf, der durch die Leitung 5, in die Abtriebssäule eintritt, übertragen.
Die weitgehend entgaste Flüssigkeit wird durch die Pumpe 5:2 abgefördert und nach
Durchströmung der Wärmeaustausclier .I7 dem in der Vakuurnkolonne 3 (4bb. i) herabrieselnden
Wasser zugemischt. Das in der Abtriebssäule entstandene Ammoniak-Dampf-Gemisch gelangt
durch Leitung 53 in den Kühler 5d., in welchem es in unmittelbarem Gleichstrom mit
Flüssigkeit niedergeschlagen wird. Diese Flüssigkeit wird durch Leitung 55 von der
Leitung 46 abgezweigt und in gleicher Weise, wie bereits bei dein Dampfumformer
und den Absorbern der Abb. z beschrieben, an die inneren Oberflächen der Rohre verteilt.
Die I@oiire 56 werden außen von einem Teilstrom des frischen Fällwassers gekühlt,
der bei 57 eintritt und bei 58 mit erhöhter Temperatur den Kühler v erläßt. Nicht
absorbierte Amnioniakreste werden durch die mit frischem Fällwasser gekühlte Ainmoniaksperre
59 zurückgehalten. Zur Einstellung des Drukkes in der Apparatur dient das Reduzierventil6o,
durch «-elches die geringe, rnit dem Dampf in die Apparatur gelangte Inertgasmenge
ausströmt. Die durch Leitung 55 in den Kühler 5.I gelangende Flüssigkeitsmenge wird
eriindungsgeinäß selbsttätig geregelt durch das 1Ieinbran- oder Iioli>enventil6i,
welches bei steigendem Druck in der Apparatur öffnet und bei fallendem Druck schließt.