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Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten
Bei der Eindampfung von
Flüssigkeiten bestehen noch Möglichkeiten zur Einsparung von Energie, sofern es
gelingt, die Siedetemperatur der einzudampfenden Flüssigkeit noch weiter herabzusetzen
und mit noch kleineren Temperaturunterschieden zwischen Heiz- und Brüdenraum zu
arbeiten. Man kann dann entweder die Abwärme anderer Wärmeprüzeisse, z. B. von Verdampferstufen
höherer Temperatur, zur Beheizung benutzen oder man kann, wie- bei der Kompressionsverdampfung,
die erzeugten Brüden unter Aufwendung einer verhältnismäßig geringen Menge hochwertiger
Verdichtungsenergie auf ein höheres Temperaturniveau bringen, um sie aufs Neue zur
Beheizung zu verwenden. Je weiter jedoch die Siedetemperatur der einzudampfenden
Flüssigkeit etwa durch Druckvermin derung herabgesetzt wird und je kleiner der Temperaturunterschied
zwischen Heizraum und Brüdenraum gewählt wird, um so notwendiger ist es, dafür zu
sorgen, daß das zur Verfügung stehende beschränkte Temperaturgefälle, soweit es
nicht durch Siedepunktserhöhung infolge gelöster Stoffe beansprucht ist, möglichst
in seiner vollen Größe zur Dampferzeugung ausgenutzt wird.
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Bei den am meisten angewendeten Verdampferbauarten steigt die Flüssigkeit
in den Verdampfrohren empor. Hierbei ist an den unteren Enden der Rohre das volle
Temperaturgefälle für den Wärmeübergang wirksam. Eine Dampfbildiung tritt an dieser
Stelle jedoch noch nicht ein, da die Siedetemperatur der Flüssigkeit durch den hydrostatischen
Druck, welcher dem Gewicht des im Rohr befindlichen Flüssigkeits-Dampf-Gemisches
entspricht, sowie durch den zur Uberwindung der
Rohrreibung und
der Beschleunigung der Flüssigkeit notwendigen Druck heraufgesetzt wird. Die Erhöhung
der Siedetemperatur durch Druck tritt infolge der parabelförmigen Gestalt der Dampfspannungskurve
der einzudampfendlen Flüssigkeit um so stärker in Erscheinung, jie niedriger die
Siedetemperatur liegt. Im unteren Teil der Verdampfrohre erfolgt also der Wärmeübergang
ohne Verdampfung bei ansteigender Temperatur der Flüssigkeit. Dieses Ansteigen dier
Temperatur der einzudampfenden Flüssigkeit vermindert jedoch das Heizflächengefälle
und beeinträchtigt damit den Wärmeübergang. Dier Siedebeginn tritt erst bei einer
Temperatur ein, die nicht unwesentlich oberhalb der dem Druck im Brüdenraum zugeordneten
Siedetemperatur liegt. Von dem zur Verfügung stehenden Temperaturunterschied zwischen
Heiz- und Brüdenraum wird also bei Aufwärtsströmen der Flüssigkeit längs der Rohrheizflächen
nur ein Teil zur Wärrneübertragung nutzbar gemacht. Dies gilt sowohl für die Eindampfung
mit natürlichem als auch mit Zwangs umlauf.
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Den Nachteil der mangelhaften Ausnutzung des Temperaturgefälles vermeiden
die Filmverdampfer, bei welchen die Dampfbildung in einem an der Heizfläche herabfließenden
Film stattfindet, während der gebildete Dampf aufwärts steigt. Infolge der relativ
kleinen Geschwindigkeit des. Films ist jedoch die Wärmeübergangszahl wesentlich
kleiner als bei den obenerwähnten Verdampfern.
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Es sind auch V*orrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen die Eindampfung
bei abwärts gerichteter Strömung der Flüssigkeit und des Dampfes erfolgt. Während
bei Ider Eindampfung mit Aufwärtsströmung die hydrostatischen Dlrücke sowie die
Reibungs- und Beschleunigungsdrücke sich längs der Verdampfrohre in: gleichem Sinne
ändern (sämtliche Drücke besitzen ihren Höchstwert an den unterenRohrenden und nehmen
nach den oberen Rohrenden hin ab) erfolgt die Veränderung dieser Drücke bei der
Verdampfung mit Abwärts strömung in gegenläufigem Sinne. Der Gesamtdruck in der
Flüssigkeit besitzt daher bei (diesen Verdampfern eine viel geringere Abhängigkeit
von der senkrechten Koordinate als bei der Aiufwärtsströmung.
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Die absolute Größe des Gesamtdruckes ist bei ihnen einerseits durch
die Geschwinldigkeit der Flüssigkeit und anderseits durch das- Volumen des im Verhältnis
zur Flüssigkeitsmenge erzeugten Dampfes beeinflußbar.
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Wird die Flüssigkeit beim Eintritt in die Verdampfrohre in Rotation
versetzt, so ist es möglich, die Seele der Verdampfrohre nahezu frei von Flüssigkeit
zu halten und als Sammelraum für den erzeugten Dampf zu benutzen. Dann ist der hydrostatische
Druck nur durch die Rotation Ider Flüssigkeit bedingt und nicht wesentlich höher
als bei den obenerwähnten Flllmverdampfern. Im oberen Teil der Verdampfrohre ist
die lotrechte Komponente der Flüsssigkeitsgeschwindigikeit durch die Fallgeschwindigkeit
begrenzt. Da diese im oberen Teil der Verdampferrohre noch gering ist, ist es zweckmäßig,
der Flüssigkeit eine Vorgeschwindigkeit zu erteilen. Erfindungsgemäß geschieht dies
in der Weise, daß die Flüssigkeit beim Eintritt in die Verdampferrohre unter Druck
durch schräg abwärts gerichtete Öffnungen, wie Bohrtingen oder Spalten, hindurchgetrieben
wird.
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Die erfindungsgemäße Eindarnpfvorrichtung besitzt am oberen Ende
der Veiidampferrohre eine mit Flüssigkeit gefüllte Kammer, welche mit den Innenräumen
der Verdampferrohre nur durch so angeordnete Öffnungen verbunden ist, z. B. durch
im unteren Teil der Flüssigkeitskammer tangential und schräg nach unten in die oben
geschlossenen Verdampferrohre eingebohrte Löcher, daß nur Flüssigkeit, aber kein
Dampf hindurchtreten kann.
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In der Abbildung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens
dargestellt.
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Die einzudampfende Flüssigkeit, welche zweckmäßig bereits an die
Siedetemperatur heran vorgewärmt ist, tritt bei I in die Flüssigkeitsleitung 2 ein
undgelangt zusammen mit der durch die Pumpe 3 umgewälzten ssigkeitsmenge in den
Flüssigkeitsraum 4, dessen unterer Abschluß durch den Rohrboden 5 gebildet wird.
In diesem sitzen die oben verschlossenen Rohre 6, deren öber den Rohrboden vorstehenden
Enden mit schräg nach unten gerichteten Bohrungen oder Schlitzen versehen sind.
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Hierdurch wird der eintretenden Flüssigkeit eine kräftige Rotation
erteilt, so daß eine gute Flüssigkeitsbenetzung der inneren Rohroberflächen gewährleistet
ist. Infolge der Wärmezufuhr von Idem durch den Stutzen 7t in den von dem Kesselmantel
g umgebenen Raum zwischen den Rohren 6 eintretenden Heizdampf verdampft ein Teil
der unter Rotation in den Rohren 6 herabströmenden Flüssigkeit.
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Durch die Rotation bildet sich in jedem Rohr ein Flüssigkeitshohlzylinder
mit Dampfkern. Das aus dem unteren Ende des Rohrbündels austretende Flüss,igkeits-Dampf
Gemisqh gelangt in den Raum 9, wo die Trennung in Flüssigkeit und Dampf stattfindet.
Der aufsteigende Dampf verläßt den Verdampfer durch das. zentrale Rohr IO, während
die eingedampfte Flüssigkeit der Umwälzpumpe 3 zuläuft. Als der Leitung 2, welche
den größten Teil der Flüssigkeit in den Druckraum 4 zurückführt, kann an der Stelle
ii das gewünschte Erzeugnis des Eindampfprozesses entnommen werden. Das im Heizraum
anfallende Kondensat sowie inerte Gase und Restdåmpf werden durch den Stutzen I,2
abgef,ürt.