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Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Gasen oder Dämpfen
Zur
Vorwärmung von großen Flüssigkeitsmengen, wie sie z. B. besonders in der Wasserreinigung
für Dampfkesselanlagen Verwendung finden, haben sich in der Technik vielfach die
sogenannten Kaskadenvorwärmer eingeführt, die auf eine verhältnismäßig einfache
Weise die Vorwärmung größerer Wassermengen gestatten. Grundsätzlich bestehen diese
Vorwärmer aus einem eisernen Behälter, in welchem horizontal liegende Blecheinbauten
dem von oben eintretenden Wasser einen zickzackförmigen Weg vorschreiben. Durch
im Gegenstrom eingeblasenen Dampf erfolgt die Aufwärmung des Wassers. Das Prinzip
dieser Vorwärmer besteht im wesentlichen in der Bildung von großen Wasseroberflächen
und von Wasserfällen zwischen den Horizontaleinbauten, an denen die Kondensation
des eingeblasenen Dampfes möglichst verlustlos erfolgt. Hierbei sollen die Wasserfälle
voneinander abgetrennte Dampfräume bilden, um den zu kondensierenden Wasserdampf
zwangsläufig durch die Wasserfälle hindurchzuführen.
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Die Anordnung hat jedoch den nicht unwesentlichen Nachteil, daß Flüssigkeit
und Dampf verhältnismäßig lange Wege innerhalb des Vorwärmers zurücklegen müssen,
wodurch die Apparatur verhältnismäßig groß und teuer wird und zu ihrer Herstellung
größere Material mengen erforderlich sind.
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Ein Studium des bei der Vorwärmung vor sich gehenden Wärmeaustausches
ergibt jedoch, daß bei Verwendung eines anderen Prinzips diese Nachteile sehr weitgehend
beseitigt werden können, denn die Wärmeaustauschleistung eines solchen Vorwärmers
hängt fast ausschließlich davon ab, mit welcher Geschwindigkeit die durch den Dampf
an die Flüssigkeitsoberfläche abgegebene Wärme in das Innere der Flüssigkeit abgeführt
wird bzw. die kältere Flüssigkeit an die Flüssigkeitsoberfläche herange-
bracht
wird. Das Prinzip der Erfindung besteht daher darin, auf einer möglichst kleinen
Fläche eine möglichst häufige Erneuerung der Flüssigkeitsoberfläche durch stete
Umwälzung des Wassers herbeizuführen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man die aufzuwärmende
Flüssigkeit (s. Zeichnung) auf einer schrägen Wand abfließen läßt, wobei letztere
mehrere waagerecht und senkrecht angeordnete Flächen enthält, wodurch dann auf einer
einzigen schrägen Wand ein vielfacher Wechsel zwischen Flüssigkeitskern und Flüssigkeitsdberfläche
erzielt wird.
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Außerdem wird durch eine derartig ausgebildete schräge Wand erreicht,
daß der Flüssigkeitsstrom, indem er mehrmals auf senkrechte Prellplatten stößt,
in Tropfen und Lamellen sich verteilt, was zu einer starken Vergrößerung der Berührungsoberflächen
bzw. der Austauschflächen führt. Dies liegt ebenfalls im Sinne einer Leistungssteigerung.
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Die starke Turbulenz der Flüssigkeit vor allem an den senkrechten
Prellplatten bewirkt auch eine Verwirbelung der Gase und Dämpfe an diesen Stellen.
Es wird dadurch auch in der gasförmigen Phase ein Wechsel der Schichten herbeigeführt.
Im Falle der Erwärmung von Wasser durch Wasserdampf hat dieser Schichtenwechsel
im Gas zur Folge, daß die Luft, welche bei der Kondensation des Wasserdampfes an
der Flüssigkeitsoberfläche zurückbleibt und dort den Wärmeaustausch hemmt, schnellstens
vom Enstehungsort weg- und in den Dampfkern hineingeführt wird. Die Anhäufung von
Luft in unmittelbarer Nähe der Flüssigkeitlsoberfläche führt dort zu einer Konzentrationserhöhung
der Luft, die eine Verschlechterung des Wärmeüberganges und eine Erniedrigung des
wirksamen Temperaturgefälles zur Folge hat, weil in dem Dampf-Luft-Gemisch der Dampf
nicht den gesamten Druck, sondern nur einen Teildruck einnimmt.
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Diesem Teildruck entspricht aber eine niedrigere Kondensationstemperatur
als dem Gesamtdruck. Die Entfernung des Luftfilms von der Flüssigkeitsoberfläche
weg hat deshalb eine Verbesserung der Wirkung zur Folge.
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Infolge der wehrartigen Prellplatten, welche senkrecht zur Abfluß
richtung angebracht sind, wird ferner bewirkt, daß die Flüssigkeit sich auf dem
gesamten Abflußquerschnitt gleichmäßig verteilt und gleichmäßig aufwärmt.
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Die Ausführung der Erfindung sei im folgenden am Beispiel eines Kesselspeisewasservorwärmers
beschrieben: In einem Behälter a befindet sich eine schräg eingebaute Blechwand
b, welche durch mehrere waagerecht eingebaute Rippen c und senkrechte Prellplatten
b treppenartig aufgeteilt ist.
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Zwischen den Rippen c und den Prellplatten d hefindet sich ein bestimmter
Abstand, durch welchen das Wasser jeweils auf die nächsttiefere Rippe abfließt.
Die Blechwand b besitzt außerdem Ausschnitte e, durch welche der Dampf von unten
her an das aufzuwärmende nasser tritt. Durch die Abstände f zwischen Behälterwand
und der schräg eingehauten Blechwaid b tritt der Dampf nach oben und umspült atlas
auf der Blechwand b abfließende Wasser. Das Wasser tritt im Beispiel bei g in den
Behälter und läuft bei h wieder ab, während der Dampf bei i eintritt und die Brüden
bei k austreten.
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Nach der vorbeschriebenen Bauweise läßt sich beispielsweise auf einer
einzigen Blechwand mit 70 cm Länge und 50 cm Breite ohne weiteres bis zu 40 m3 Wasser
stündlich von 450 auf go" aufwärmen, entsprechend einer Dampfkondensation von etwa
3500 kg. Auch ist es möglich, die Temperatur des Wassers praktisch bis auf Verdampfungstemperatur
zu erwärmen.
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Für die angegebene Leistung ist lediglich ein Behältervolumen von
etwa 0,45 m3 erforderlich, während hingegen bei Kaskadellvorxv/irmerll ein Nlehrfaches
an Raumbedarf notwendig wird bzw. auch ein höherer Materialbedarf und höhere Herstellungskosten.
Durch die Erfindung wird außerdem erreicht, daß sich Montage und Demontage durch
den geringen Raumbedarf der Apparatur erheblich günstiger gestalten. Auch lassen
sich notwendig werdende Reinigungen des Apparates viel einfacher und rascher durchführen
als bei den üI>lichen Kaskadenvorwärmern, da die schräge Wand, welche mit wenigen
Schrauben an dem Behälter befestigt werden kann, leicht herausnehmbar ist.
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Die Erfindung kann auch dahingehend angewandt werden, indem man zwei
oder mehrere schräge Wände hintereinanderschaltet, wol)ei die dann zu behandelnde
Flüssigkeit zickzackförmig von der ersten Wand auf die zweite und von hier auf die
dritte abfließt und so fort. Hierbei läßt sich dann die Austauschleistung noch vervielfachen.
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Erfindungsgemäß lassen sich solche Vorrichtungen nicht nur zur Aufwärmung
von Wasser mittels Dampf, sondern ganz allgemein auch zur Austreibung von gelösten
Gasen aus Flüssigkeiten bzw. zur Absorption von Gasen in Flüssigkeiten verwenden,
wobei natürlich von Fall zu Fall die Anwendung des reinen Gegenstromprinzips Abweichungen
von der beschriebenen Bauweise notwendig macht. Das Prinzip der Erfindung kann jedoch
auch hier zur Anwendung kommen.