DE899342C - Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen, Verdunsten, Erwaermen und Kuehlen von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen, Verdunsten, Erwärmen und Kühlen von Flüssigkeiten Den Gegenstand der Erfindung bildet eine neuartige Anlage zum Verdampfen, Verdunsten, Erwärmen oder Küli;l'en anorganischer oder organischer Flüssigkeiten. Die neue Einfichtung soll z.B. zum Konzentrieren. und Eindicken von Lösungen sowie zum Auskristallisieren, z.B. zur Verarbeitung von Salzlösungen, Kalilauge, Zuckerlösungen, Fruchtsäften, Milch, Blut u. dgl., ferner zum Destilleeren wie auch zu anderen Verdampfungsvorgängen Verwendung finden.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, außer der an sich bekannten Beheizung einer in einem ge schlossenen Behälter befindlichen Flüssigkeit durch geschlossene Heizkörper eine Oberflächenbehandlung der Flüssigkeit anzuwenden, bei der ein die Flüssigkeitsoberfläche berühren,des Spülgas Verwendung findet. Als Spülgas können z. B.
• Feuergase, Luft, Kohlensäure, Heißdampf oder Dampf-Gas-Gemische verwendet werden.
• Durch das Spülgas3 welches über die Behandlungsoberfläche hinweg geführt wird, wird eine Verdampfung oder Verdunstung, Erwärmung oder Kühlung der Behandlungsoberfläche erzielt. Es findet also ein Wärmeaustausch zwischen Spülgas und Oberfläche statt, bei dem entweder Flüssigkeit verdampft oder verdunstet oder bei dem Idie Flüssigkeit erwärmt oder gekühlt wird, z. B. Verdunstungskühlung.
• Zur Verbesserung dieses Wärmeaustausches zwischen Spülgas und Behandlungsoberfläche kann das Spülgas einerseits auf seinem Strömungswege zwischenbeheizt werden, indem es einerseits an geschlossenen Heizkörpern vorbeigeführt wird, und andererseits kann das Spülgas durch ein aus Nadeln, Zapfen, unterbrochenen oder nicht unterbrochenen Rippen oder aus ähnlichen Vorsprüngen bestehendes Tu'rbu.lenzg'itter geführt werden, welches seinerseits wiederum mit der Behandlungsoberfläche der Flüssigkeit in Wärmekontakt steht.
• Das Turbulenzgitter kann in Form einer durchborchenen Platte, eines Rahmens od. dgl. bestehen, die auf der Oberseite aus dem Flüssigkeitsspiegel herausragende Vorsprünge in Form von Zapfen, Nadeln, unterbrochenen oder nicht unterbrochenen Rippen od. dgl., alo ein Gittersystem solcher Vorsprünge trägt. Durch dieses Turbulenzgitter fließt das behandelnde Spülgas, welches sowohl mit der Flüssigkeitsoberfläche direkt als auch mit den Vorsprüngen Wärme austauscht. Die Vorsprünge übertragen wiederum die Wärme auf die Flüssigkeit, mit ,der sie lin Wärmekontakt stehen. Durch das Gittersystem wird in dem hindurchfließenden Spülgas eine lebhafte Turbulenz erzeugt, welche die Wärmeübertragung wesentlich verbessert. Gleichzeitig wird durch die Vorsprünge die Wärme awstauschende Oberfläche wesentlich vergrößert.
• Das Spülgas kann durch geschlossene Wärmeaustauschkörper, z.B. Heizkörper, vorgewärmt und auch vorgekühlt werden, bevor es die Flüssigkeitsoberfläche betritt. Es kann ferner auf seinem Wege über die Flüssigkeitsoberfläche hinweg durch über oder zwischen dem Turbulenzgitter liegende geschlossene Heiz- oder Kühlkörper zwischenbeheizt bzw. zwischengekühlt werden. Es kann auch eine Kombination beider Verfahren angewandt werden.
• Um die in den austretenden Spülgasen vorhandene Wärme für die Verdampfung nutzbar zu machen, werden sie zweckmäßig in geschlossenen Heizkörpern durch die Flüssigkeit hindurchgeführt.
• Auch ihre latente Verdampfungswärme kann wieder nutzbar gemacht werden, indem die Dampfbrüden zur Kondensation gebracht werden. Um für diesen Zweck möglichst luftfreie Brüden zu erzielen, werden die Spülgase in wiederholtem Kreislauf durch die Behandlungskammer geführt, wobei sie durch die Verdampfung ständig reinen Dampf aufnehmen und andererseits ein Luft-Dampf-Gemisch an die äußere Atmosphäre wieder abgeben. Dadurch erhöht siich der Gehalt der Spülgase an reinem Dampf und verringert sich der Luftgehalt, so daß mit vorgewärmtem bzw. zwischenerhitztem Heißdampf weitergearbeitet werden kann.
• Wenn mit nahezu reinen, möglichst luftfreien Spülgasen (Heißdampf) gearbeitet wird, kann ein Teil der Brüden aus dem Kreislauf entnommen und durch Kompression in einer Wärmepumpe auf höheren Druck und höhere Sättigungstemperatur gebracht werden, um dann in allen Heizkörpern der Anlage als Heizmittel Verwendung zu finden.
• In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestalteten Anlage beispielsweise dargestellt.
• In Fig. I und 2 ist im Längsschnitt und Querschnitt ein erfindungsgemäß gestalteter Verdampfer gezeigt, der z. B. zum Eindicken oder Auskristallisieren von Laugen und Lösungen dient.
• Die einzudickende Flüssigkeit befindet sich in einem Behälter 1 im Raum 2. Die Verdampfung wind durch ein ülher ,die Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels durch den Behandlungsraum 3 hindurchgeführtes Spülgas, z. B. ein Gas, Dampf, Heißdampf oder Luft-Dampf-Gemisch, bewirlct. In der Flüssigkeit ist in der Nähe der Oberfläche ein metallischer Körper z. B. sn Form einer durch brochenen Platte 4 angeordnet, die mit zahlreichen über die Flüssigkeitsoberfläche hinaus ragenden Vorsprüngen 5 versehen ist. Diese Vorsprünge, die z. B. die Form von Zapfen, Nadeln, Rippen od. dgl. haben können, bilden ein Turbulenzgitter, durch weiches das Spülgas hindurchstreicht. Durch dieses Gittersystem wird die Wärmeübertragung zwischen Spülgas und Flüssigkeitsoberfläche weitgehend verbessert. Die Platte 4 mit Iden Vorsprüngen wird zweckmäßig abnehmbar und gegebenenfalls mehrteilig ausgebildet. Es können z.B. anstatt einer einheitlichen Platte auch einzelne die Vorsprünge tragende Roststäbe in einen Rahmen eingesetzt werden. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist die Anordnung von Heiz- bzw. Kühlkörpern 6 über der Flüssigkeitsoberfläche, die zur Zwischenbeheizung bzw. Zwischenkühlung des vorbeistreichenden Spülgases dienen und auch dunkle Strahlungsenergie an die Flüssigkeitsoberfläche abgeben. Diese geschlossenen Wärmeaustauschkörper 6 können mit Fremdgasen oder Frenddämpfen oder mit komprimierten Brüden der eigenen Anlage beheizt werden. Wenn mit Brüdenkompression gearbeitet wird, stellen diese Wärmeaustauschkörper 6 aden Kondensator bzw. den Verdampfer einer Wärmepumpe dar.
• Die Spülgase werden durch dile Leitung 7 in der Pfeilrichtung in Iden Behandlungsraum 3 eingeführt und können nach Durchstreichen dieses Raumes ganz oder teilweise durch die Leitung 8 abgeführt werden. Das durch den Ventilator 9 abgezogene Spülgas kann ganz oder teilweise ,durch eine gewichtbelastete Klappe 10 ins Freie entlassen werden, oder es kann durch den Vorwärmer 11 hindurchgeleitet und, wieder aufgeheizt, ,durch die leitung I2, 7 in den Behandlungsraum 3 zurückgeführt werden, so daß es einen wiederholten Kreislauf ausführt. Der Vorwärmer wird in gleicher Weise beheizt, wie oben für die Wärmeaustauscher 6 angegeben ist. Durch den Kompressor 13 können die Brüden ganz oder teilweise aus dem Kreislauf abgezogen und komprimiert werden, um sie für den besseren Wärmeaustausch auf eine höhere Sättigungstemperatur zu bringen. Die komprimierten Brüden könne; ebenso wie fremde Dämpfe als Heizmittel in allen Wärmeaustauschern der Anlage Verwendung finden, insbesondere in den In der Flüssigkeit angeordneten Heizkörpern 14.
• Da bei der Auskristallisation von Lösungen die Salzbildung vor allem in der Verdampfungsoberfläche vor sich geht, sind im Innern der Flüssigkeit Fangbleche 15 angebracht, Idie Idas oben ausfallende Salz zu einer Förderschnecke 16 leiten, durch welche der Kristallschlamm aus ,der Vorrichtung herausgezogen wird. Zwischen den Fangblechen 15 und der Behälterwandung 1 sind Spalten 17, 18 vorgesehen, durch welche die durch die Heizkörper 14 erwärmte Flüssigkeit aufsteigen kann.
• Um dabei eine Zirkulation der Flüssigkeit im Behälter zu ermöglichen, können im unteren Teil der Fangbleche Öffnungen 19, 20 vorgesehen sein.
• Die beschriebene Ausführungsform einer Anlage kann mannigfach im Rahmen der Erfindung abgeändert wie auch in verschiedener Art, z. B. unter Kombination mehrerer der gekennzeichneten Verfahren, betrieben werden. Es könnte z. B. bei verhältnismäßig schmaler und langgestreckter Gestaltung des Apparates der von den Spülgasen durchströmte Behandlungsraum 3 kanalartig ausgebildet werden, oder es könnten auch 1mehrere derartige nebeneinanderliegende Kanäle angeordnet werden, in welche das i1n 1die Flüssigkeit eintauchende Turbulenzgitter hineinragt.
• Anstatt eine durchbrochene Platte 4 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels anzuordnen, könnte man dieselbe auch in den spülgasdurchströmten Raum 3 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels verlegen und nur die Vorsprüngie in ,die Flüssigkeit eintauchen lassen. Anstatt die geschlossenen Heizkörper für die Zwischenbeheizung 6 im Turbulenzgitter anzuordnen, könnte man auch den Abschlußdeckel über dem Raum 3 beheizen, indem man z. B. in Teilen dieser Decke oder in der ganzen Deckenfläche von Dampf oder Heizgasen durchströmte Taschen anbringt. Diese Dampftaschen werden zweckmäßig an ihrer unteren Fläche mit in die Strömung hineinragenden Vorsprüngen, die ein Gittersystem bilden, ausgestattet. Turbulenzgitter können auch an den geschlossenen Heizkörpern 6 angeordnet sein. Die in den Heizkörpern kondensierte Flüssigkeit kann zur Vorwärmung Ider in die Anlage eingeführten Flüssigkeit benutzt werden.

Claims (14)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Verfahren zum Verdampfen, Verdunsten, Erwärmen und Kühlen von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Flüssigkeit durch die Flüssigkeit berührende, durch den Spülraum über den Flüssigkeitsspiegel hinweggeführte, strömende Dampf-Gas-Gemische oder Dämpfe (Brüden) als Spülgase und gleichzeitig durch ihre Wärme in geschlossenen Heizkörpern bzw. Zwischenheizkörpern an die Flüssigkeit bzw. an die Spülgase abgebende Heizgase oder Heizdämpfe erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brüden vor ihrer weiteren Verwendung erst mittels Pumpe oder Kompressor auf höheren Druck und höhere Temperatur gebracht werde'n.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper im Spülgasraum und innerhalb der Flüssigkeit mit aden eigenen Brüden oder mit einem anderen Heizmittel (Fremdgase) betrieben werden.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, Idaß die den Spülraum verlassenden Brüden ganz oder teilweise im wiederholten Kreislauf durch die Anlage geführt werden.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdgase gemäß Anspruch 3 nur während der Anilaufperiode zugeführt werden.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Heizkörpern und Zwischenheizkörpern nach Konr densation der Brüden abfließende Kondenswasser zum Vorwärmen der zu behandelnden Flüssigkeit verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Kühlung von Flüssigkeiten die geschlossenen Heizkörper bzw. Zwischenheizkörper als Verdampfer einer Kältemaschine und atmosphärische Luft als Spülgas verwendet werden.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen I bis 7, bestehend aus einem geschlossenen Behälter mit der zu behandelnden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Spülgas durchströmten Spülraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ein in die Flüssigkeit eintauchendes, wärmeleitendes, metallisches Gittersystem, z. B. aus Zapfen, Nadeln, unterbrochenen oder durchlaufenden Rippen (Turbulenzgitter), angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gittersystem aus einer in die Flüssigkeitsoberfläche eintauchenden, durchbrochenen Platte oder einem durchbrochenen Rahmen besteht, der mit mehreren ein Turbulenzgitter bildenden Vorsprüngen in Gestalt von Zapfen, Nadeln, unterbrochenen Rippen od. dgl. versehen ist.
10. 10. Vorrichtung nach Ansprüchen 8, und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbulenzgitter ans einzelnen eingelegten, leicht herausnehmbaren Stäben gebildet wird, die mit Vorsprüngen versehen sind.
11. 11. Vorrichtung nach Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit geschlossenen Heizkörpern ausgestattet ist, die zur Zwischenbeheizung der Flüssigkeitsoberfläche sowie der Spülgase dienen.
12. I2. Vorrichtung nach Ansprüchen 8 biis II, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des die zu behandelnde Flüssigkeit aufnehmenden Behälters Heizkörper mit oder ohne Turbulenzgitter angeordnet sind.
13. 13. Vorrichtung nach Ansprüchen 8 bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel oberhalb des über dem Flüssigkeitsspiegel befindlichen Spülraumes mit Heiztaschen ausgestattet ist, die auf der Spülraumseite mit Rippen oder einem Turbulenzgitter versehen sein können.
14. 14. Vorrichtung nach Ansprüchen 8 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Flüssigkeitsraumes Fangbleche (15) angeordnet sind, die zweckmäßig eine Mulde bilden, aus welcher der Kristallschlamm oder die behandelte Flüssigkeit durch ein Transportelement abgeführt werden kann.