DE753651C - Verfahren zur gleichzeitigen Krafterzeugung, Rueckgewinnung von Ammoniak aus gebrauchtem und Anwaermung von frischem Kupfer-Kunstseide-Faellwasser - Google Patents

Description

Im Patent 734 453 ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Krafterzeugung, Rückgewinnung von Ammoniak aus gebrauchtem und Anwärmung von frischem Fällwasser beschrieben, bei welchem Dampf in einer Gegenstromabtriebssäule, in der das gebrauchte Fällwasser herabrieselt, mit Ammoniak beladen und in einem Oberflächenkondensator, welcher von dem zu wärmenden frischen Fällwasser als Kühlwasser durchströmt ist, niedergeschlagen wird, wobei dieser Dampf vor seiner Verwendung in der Gegenstromabtriebssäule in einer Dampfkraftmaschine auf einen Druck, der nicht viel von dem Sattdampfdruck des gebrauchten Fällwassers abweicht, vorzugsweise darunter liegt oder ihm gleich ist, entspannt wird.

Es wurde nun gefunden, daß man vorteilhaft das Verfahren derart abändert, daß der aus der Gegenstromabtriebssäule kommende

ammoniakreiche Dampf einen Teil seiner Kondensationswärme in einem Dampfumformer an ammoniakarmen Dampf überträgt, welcher aus bereits weitgehend entgastem Fällwasser durch Aufnahme der Kondensationswärme des ammoniakreichen Dampfes gebildet wird, und daß der so erhaltene ammoniakarme Dampf im Gegenstrom mit zu entgasendem Fällwasser geführt ίο und anschließend zusammen mit dem dabei aufgenommenen Ammoniak in durch frisches Fällwasser gekühlten Kondensatoren niedergeschlagen wird. Diese abgeänderte Arbeitsweise bietet wesentliche wirtschaftliche Vorteile. Durch Aufnahme der Kondensationswärme des in der Gegenstromabtriebssäule bereits als Ammoniakträger ausgenutzten Dampfes wird aus einer bereits weitgehend entgasten Fällwassermenge ohne zusätzliehen Wärme- oder Energieverbrauch eine ammoniakarme Dampfmenge gewonnen, die als Ammoniakträger in einer anderen Gegenstromabtriebssäule dienen kann. Die auf diese zweite Dampfmenge bei ihrer Bildung übertragene Wärmemenge wird nutzbar gemacht bei der Kondensation dieser Dampfmenge zusammen mit dem von ihr aufgenommenen Ammoniak in einem Kondensator, der durch zu erwärmendes frisches Fällwasser gekühlt wird. Da die im Wärmeaustausch aus der ammoniakreichen Dampfmenge gebildete ammoniakarme Dampfmenge der erstgenannten nahezu gleich ist, so ergibt sich gegenüber dem Hauptpatent der wesentliche Vorteil·, daß der Wärmeinhalt des im Dampfumformer niedergeschlagenen Dampfes zweimal zur Abtreibung verwendet wird, so daß hiermit die doppelte Transportleistung an Ammoniak bewältigt werden kann. Beim Betrieb dieses Dampfumformers kann ein Teil der bei der Verdampfung übrigbleibenden Flüssigkeit den Verdampfungsflächen wieder zugeführt werden, wobei die durch die Verdampfung verminderte Wassermenge aus einer der Abtriebssäulen 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 go 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 mögliich wird.

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 Konzentriersäule, in welcher das Ammoniak mit Frischdampf erneut abgetrieben wird.

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 Dampf verbrauch der Konzentrierkolonne wesentlich herabzusetzen. Gemäß vorliegender Erfindung wird dies, so durchgeführt, daß das bei der Umformung von ammoniakreichem in ammoniakarmen Dampf gebildete Kondensat im Austausch mit dem mit Ammoniak aus dem Fällwasser beladenen Dampf teilweise entgast und dem zu entgasenden Fälhvasser beigemischt wird.

Weiterhin wird ein Teil des durch Kühlung go mit frischem Fälhvasser aus dem ammoniakreichen Dampf gebildeten Kondensats im Austausch mit dem mit Ammoniak aus dem Fällwasser beladenen Dampf teilweise entgast und anschließend dem zu entgasenden Fälhvasser zugemischt. Der noch nicht kondensierte Teil des Dampf-Ammoniak-Gemisches wird an gekühlten Flächen niedergeschlagen, die mit dem nach Abzug der früher genannten Kondensatmengen verbleibenden Kondensatrest benetzt werden.

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 Berührung zwischen der flüssigen und der Gasphase zu sorgen. Erimdungsgemäß geschieht dies durch unmittelbare Gleichstromführung von Flüssigkeit und Gas längs gekühlter Rohrwände, vorzugsweise im Innern von lotrechten Rohren, deren Außenflächen im Gegenstrom bzw. im Kreuzgegenstrom durch frisches Fällwasser gekühlt werden. Da das Absorptionsvermögen der Flüssigkeit durch die Zulauftemperatur des frischen Fällwassers begrenzt wird, ist es zur Erzielung höherer Ammoniakgehalte notwendig, an die Frischwasserkühlung eine oder mehrere Kühlstufen mit .•erdampfendem Kältemittel oder mit Sole an-

zuschließen. Hierbei ist es von Vorteil, die bei der Wiederverflüssigung des Kältemittels frei werdende Wärme an das frische Fällwasser zu übertragen.

Sollen besonders hohe Ammoniakkonzen- - trationen oder reines verflüssigtes Ammoniak erzeugt werden, so muß die unter Vakuum angereicherte Flüssigkeit attf einen höheren Druck gebracht und erneut einer Destillation

ίο unterzogen werden. Der Dampfverbrauch der dazu erforderlichen Konzentrierkolonne ist um so kleiner, je geringer die Flüssigkeitsmenge ist, in welcher das abzutreibende Ammoniak gelöst ist. Hierin äußert sich der wirtschaftliche Erfolg einer möglichst hohen Ammoniakanreicherung 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 Ammoniak-Dampf-Gemisches 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 Fäl'lwasser 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 der Zeichnung ist eine geeignete Apparatur zur Ausführung des Verfahrens beispielsweise in schematischer Form dargestellt, bei der sich das ganze Verfahren unter Vakuum abspielt.

Durch die Leitung 1 tritt das ammoniakhaltige Fällwasser, 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 Füllkörperschichten 4 verteilt. Nach dem Herabrieseln in den Füllungen 4 sammelt sich die weitgehend entgaste Flüssigkeit auf dem Zwischenboden 5, von wo sie durch die Pumpe 6 abgefördert wird.

In den Füllungen 4 wird der Ammoniakgehalt der Flüssigkeit zum größten Teil auf den entgegenströmenden Dampf übertragen.

Dieser Dampf kommt von einer nicht gezeichneten Kraftmaschine, in welcher er auf einen Druck, der nicht viel von dem Sattdampfdruck des gebrauchten Fällwassers abweicht, entspannt worden ist, und tritt durch Leitung 7 in die Apparatur ein. Das im Turm 3 entstandene Dampf-Ammoniak-Gemisch gelangt durch die Leitung 8 in den Dampfumformer 9, in welchem ein Teil an der äußeren Oberfläche der Rohre 10 kondensiert. Zur Verteilung des Dampf-Ammoniak-Gemisches dienen die Umlenkplatten 11 sowie der Verdrängungskörper 12. An der Innenoberfläche der Rohre 10 rieselt Flüssigkeit herab, welche von der Verteilvorrichtung 13 über den Rohrboden 14 und durch tangential gelochte Hohlzylinder 15, die auf die vorstehenden Enden der in den Rohrboden 14 eingewalzten Rohre 10 aufgeschraubt oder aufgeschrumpft sind, über die inneren Oberflächen der Rohre 10 verteilt wird. Beim Herabfließen -in den Rohren 10 verdampft ein Teil der Flüssigkeit unter Zufuhr der Kondensationswärme des an der Außenoberfläche der Rohre kondensierenden Dampf-Ammoniak-Gemisches. Der dabei gebildete Dampf gelangt zusammen mit der durch die Entspannung der Flüssigkeit beim Austritt aus der Verteilvorrichtung 13 entstehenden Dampf menge durch die Leitung 16 in den Turm 17. Infolge der in der Abbildung angegebenen Schaltung der Pumpen 6 und 18 kann die der Verteilvor richtung 13 zuströmende Flüssigkeit ganz oder teilweise von dem Boden 5 der Abtriebssäule oder von dem Boden 19 des Dampf Umformers entnommen werden. Weiterhin kann eine etwa sonst noch zur Verfügung stehende Flüssigkeitsmenge z. B. durch den Anschluß 20 zugegeben werden. Das in dem Dampfumformer 9 gebildete Kondensat sammelt sich in dem Flüssigkeitsabschluß 21 und wird durch die Pumpe 22 in den oberen Teil des Turmes 3 gepumpt, wo es von der Verteilvorrichtung 23 verteilt wird. Der in dem Dampfumformer 9 nicht kondensierte Teil des Dampf-Ammoniak-Gemisches gelangt durch die Leitung 24 in den mit frischem Fällwasser gekühlten Röhrenkondensator 25, in welchem ein weiterer Teil davon niedergeschlagen wird. Das dabei gebildete Kondensat wird durch die Pumpe 26 herausgepumpt. Der Ammoniakgehalt des aus dem Kondensator 25 durch die Leitung 27 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 Apparaten, die demgemäß als Absorber bezeichnet werden können, wird das Dampf-Ammoniak-Gemisch im Gleichstrom mit dem gebildeten Kondensat an gekühlten Rohrflächen entlanggeführt. Der erste dieser Absorber 28 wird durch frisches

Fällwasser gekühlt, welches durch Leitung 29 eintritt und durch Führungsbleche 30 so von unten nach oben durch den Absorber hindurchgeleitet wird, daß die Rohre 31 sämtlich gut gekühlt werden. Im Innern der Rohre 31 strömt das Dampf-Ammoniak-Gemisch abwärts, während das gebildete Kondensat in dünner Schicht an der inneren Oberfläche der Rohre herabfließt. Der anschließende Absorber 32 wird durch verdampfendes Kältemittel gekühlt, z. B. in der Weise, daß die durch die Pumpe 33 hochgeförderte Kühlflüssigkeit außen an den Rohren herabrieselt. Der dabei entstehende Dampf des Kältemittels wird in dem Kompressor 34 verdichtet und in den Verflüssigungselementen 35, die durch einen Teilstrom des frischen Fällwassers gekühlt werden, verflüssigt. Die gebildete Kälteflüssigkeit wird von der Pumpe 33 wiederum in den Absorber 32 gefördert.

Das aus dem wassergekühlten Absorber 28 ablaufende Kondensat wird von der Pumpe 36 hochgepumpt und durch die Verteilvorrichtung 37 über den oberen Rohrboden des Absorbers 32, in welchen die Rohre 38 eingewalzt sind, verteilt. Auf die vorstehenden Enden der Rohre 38 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 38 verteilt wird. Eine gleichartige Verteilung der Flüssigkeit besitzt auch der Absorber 28. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der Apparatur dient die Vakuumpumpe 39, 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, istihr dieAmmoniaksperre^o 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 40 ist mit einem Kühlmantel 41 versehen, der ebenfalls mit verdampfendem Kältemittel oder in anderer Weise gekühlt wird.

Die in der Ammoniaksperre entstehende Ammoniaklösung wird einer der Pumpen 22, 26 oder 36 auf der Saugseite zugeführt und entweder in einen der Türme 3 oder 17 gepumpt oder mit dem im Vakuum mit Ammoniak angereicherten Kondensat durch die Pumpe 42 einer hier nicht mehr dargestellten Konzentrierkolonne zugeführt. Ein Teil des durch Leitung 1 ankommenden gebrauchten Fällwassers gelangt durch Leitung 43 in den Turm 17, in welchem es in den Füllungen herabrreselt und dabei den größten Teil seines Ammoniakgehaltes auf den durch Leitung 16 aus dem Dampf umformer 9 kommenden Dampf überträgt. Der mit Ammoniak beladene Dampf wird zum größten Teil in dem an den Turm 17 anschließenden, 6g mit frischem Fällwasser gekühlten Kondensator 44 niedergeschlagen. Der nichtkondensierte Teil des Dampf-Ammoniak-Gemisches gelangt durch Leitung 45 in eine nicht gezeichnete Absorptionsanlage, welche der dargestellten mit den Absorbern 28 und 32 entspricht, jedoch mit einem um das Heizflächengefälle des Dampfumformers niedrigeren Druck arbeitet. Das aus dem Turm 17 kommende entgaste Fällwasser wird durch Pumpe 46 abgefördert, wobei ein Teil zur Berieselung des Dampfumformers 9 abgezweigt werden kann. Das im Kondensator 44 gebildete Kondensat wird zusammen mit dem im Kondensator 25 anfallenden Kondensat durch Pumpe 26 zu der Verteilungsstelle 47 gepumpt, von wo ein Teil in eine der Absorptionsanlagen gelangt, während der andere Teil in einer der Abtriebs säulen 3 oder 17 entgast und dann dem zu entgasenden Fälhvasser zugemischt wird.

Schließlich ist noch der Weg des als Kühlwasser dienenden frischen Fällwassers durch die Apparatur zu erläutern. Dieses tritt bei 29 ein, durchströmt zuerst den Absorber 28, anschließend die Kondensatoren 25 und 44 und wird durch die Brause 48 über die im unteren Teil des Turmes 3 angeordnete Füllung 49 verteilt. In unmittelbarer Berührung mit dem von der Kraftmaschine kommenden Dampf erwärmt sich das bereits in dem Absorber 28 und dem Kondensator 25 weitgehend vorgewärmte frische Fällwasser vollends auf die gewünschte Endtemperatur und wird durch die Pumpe 50 den Fällbädern zugeführt. Nach Abgabe dieses Teiles seiner Wärme gelangt der Dampf durch die Öffnungen 51 in die darüber angeordneten Füllungen 4 der Abtriebssäule, wo sich das Dampf-Ammoniak-Gemisch bildet, dessen Weg bereits beschrieben wurde.

Sofern der Wassergehalt der unter Vakuum mit Ammoniak angereicherten Flüssigkeit für den Ansatz der Spinnlösung bzw. für einen etwaigen anderen Verwendungszweck zu hoch ist, muß eine weitere an sich bekannte Destillätionsstufe bei erhöhtem Druck, wie sie z. B. im Patent 744 939 schematisch dargestellt ist, nachgeschaltet werden.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Abänderung des Verfahrens zur gleichzeitigen Krafterzeugung, Rückgewinnung von Ammoniak aus gebrauchtem und Anwärmung von frischem Kupfer-Kunstseide-Fällwasser nach Patent 734 453, da-

   durch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kondensationswärme des aus der Gegenstromabtriebssäule kommenden ammoniakreichen Dampfes in einem Dampfumformer an ammoniakarmen Dampf übertragen wird, der aus bereits weitgehend entgastem Fällwasser durch Aufnahme der Kondensationswärme des ammoniakreichen Dampfes gebildet wird, und daß der so

   ίο erhaltene ammoniakarme Dampf im Gegenstrom mit zu entgasendem Fällwasser geführt und¹ anschließend zusammen mit dem aufgenommenen Ammoniak in einem durch zu erwärmendes frisches Fällwasser gekühlten Kondensator niedergeschlagen wird.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der bei der Ver-

   ao dampfung im Dampf umformer übrigbleibenden Flüssigkeit den Verdampfungsflächen wieder zugeführt wird, wobei die durch die Verdampfung verminderte Wassermenge aus einer der Abtriebssäulen oder aus anderen Quellen ergänzt wird.
3. 3. Abänderung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Umformung von ammoniakreichem in ammoniakarmen Dampf gebildete Kondensat im Austausch mit dem mit Ammoniak aus dem Fällwasser beladenen Dampf teilweise entgast und dem zu entgasenden Fällwasser beigemischt wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des durch Kühlung mit frischem Fällwasser aus dem ammoniakreichen Dampf gebildeten Kondensats im Austausch mit dem mit Ammoniak aus dem Fällwasser beladenen Dampf teilweise entgast und anschließend dem zu entgasenden Fällwasser zugemischt wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der noch nicht kondensierte Teil des Dampf-Ammoniak-Gemisches in unmittelbarem Gleichstrom mit dem nach Abzug der in den Ansprüchen 3 und 4 genannten Kondensatmengen verbleibenden Kondensatrest an gekühlten Rohrflächen, vorzugsweise, im Innern voni lotrechten Rohren, niedergeschlagen wird.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung eines Teiles der Rohrflächen mit frischem Fällwasser im Gegenstrom oder Kreuzgegenstrom erfolgt, während die diesem Teil nachgeschalteten Rohrflächen durch verdampfendes Kältemittel oder durch Sole gekühlt werden.
7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Wiederverflüssigung des Kältemittels frei werdende Wärme an frisches Fällwasser übertragen wird.
8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Teil der unter Vakuum angereicherten Lösung das Ammoniak unter höherem Druck abgetrieben umdi 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 Fällwasser im Gegenstrom oder Kreuzgegenstrom gekühlt werden, niedergeschlagen wird.
9. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Absorption des Ammoniak-Dampf-Gemisches dienende Teil der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Steigen und Fallen des in der Dampfphase herrschenden Druckes selbsttätig¹- geregelt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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