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Mehrstufige Kondensationsanlage Die Erfindung betrifft eine mehrstufige
Kondensationsanlage zum Kondensieren des von einer Dampfstrahlpumpe zugeführten
Gemisches aus Dampf und teilweise nicht kondensierbaren Gasen.
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Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß mindestens zwei übereinanderliegende
Kondensationskammern in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind und von einem
einzigen Kühlflüssigkeitsstrom durchflossen werden, während zwischen den einzelnen
Kondensationskammern weitere Dampfstrählpumpen eingeschaltet sind.
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Das in der USA.-Patentschrift z oäo 179 vom i i. Mai 1937 beschriebene
Verfahren erfordert die Verlagerung großer Mengen eines kondensierbaren Gases. und
die Erzeugung eines hohen Vakuums innerhalb sehr kurzer Zeiten. Diese Ergebnisse
mußten vor der Offenbarung der Erfindung durch Anwendung von in mehreren Stufen
arbeitenden Dampfstrahlkondensationsanlagen durchgeführt werden, die einen besonderen
Kondensator für jede Stufe des Strahlsystems hatten.
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Bei einer Durchführungsform der Erfindung wird eine vollständige Kondensationsanlage
mit zwei Kammern geschaffen, die mit einer dreistufigen Leerpumpanlage verwendet
werden können. Wie noch ersichtlich, ist die erste Kammer mit dem
Auslaß
der ersten Stufe der Leerpumpanlage verbunden; die zweite Kammer ist in gleicher
Weise mit der zweiten Stufe verbunden, und die dritte Stufe der Leerpumpanlage besteht
aus einer auf mechanischem Wege wirkenden Vakuumpumpe, die mit einem in der zweiten
Kammer befindlichen Gasauslaß verbunden ist. Innerhalb der zweiten Kammer ist. ein
Raum vorgesehen, um die mitgenommenen Wasserteilchen von dem Gas zu trennen, bevor
das Gas die Kammer verläßt. Die Kammern sind so angeordnet, daß ein einziger Strom
von Kühlflüssigkeit verwendet wird, der unmittelbar von der ersten Kammer zur zweiten
Kammer strömt.
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Die Erfindung zielt auch auf eine Strahlpumpenanlage, die aus folgenden
Einzelheiten besteht: Aus wenigstens drei aufeinanderfolgenden Leerpumpstufen, aus
einer aus drei Kammern bestehenden Kondensationsanlage, derenKammern nacheinander
mit der ersten Stufe, der zweiten Stufe und der dritten Stufe einer Leerpumpanlage
verbunden werden und in Verbindung mit einer einzigen Zuführung für Kondensier-
oder Kühlflüssigkeit stehen, aus einem Einlaß für diese Flüssigkeit zur ersten Kondensationskammer,
aus einer für diese Flüssigkeit bestimmten Ablaufeinrichtung, die die Flüssigkeit
unmittelbar zur zweiten Kondensationskammer führt, aus einer mechanischen Einrichtung,
um die Flüssigkeit aus der zweiten Kondensationskammer zur dritten Kondensationskammer
zu führen, und aus in jeder Kammer vorhandenen Einrichtungen, um die Berührung zwischen
der durch die Kammer hindurchströmenden Flüssigkeit und dem Gas zu sichern.
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Die bisher in der Technik bekannten Verfahren erfordern die Verlagerung
großer Mengen kondensierbarer Gase und die Erzeugung eines honen Vakuums innerhalb
sehr kurzer Zeiten. Vor der Erfindung sind diese Ergebnisse durch Anwendung in mehreren
Stufen arbeitender Dampfleerpumpanlagen erzielt worden. Es wurden üblicherweise
dreistufige Dampfstrahlpumpen verwendet. Die erste Stufe steht mit der luftleer
zu machenden Kammer in Verbindung und kann ein Vakuum in der Kammer von etwa 2,54
cm Quecksilbersäule abs. oder weniger erzeugen. Der Dampf aus dieser Dampfstrahlpumpe
wird natürlich einem Kühlwasserkondensator zugeführt. Der Druck in dem Kondensator
ändert sich entsprechend der Temperatur des anfallenden Wassers von 2,54 cm bis
zu 5,o8 cm oder etwas mehr. Im Betrieb wird ein in . der Kondensationskammer herrschender
Druck von 5,o8 cm als im wesentlichen richtig angesehen.
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Die zweite Stufe erfaßt den in dieser Kammer nicht kondensierten Stoff
und erhöht den Druck auf den Stoff von etwa io,i6 bis zu 15,24 cm Quecksilbersäule
abs. Dieser Stoff wird dann einer zweiten Kondensationskammer zugeführt, in der
ein Druck dieses Bereiches herrscht.
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Der in der zweiten Kammer nicht kondensierte Stoff strömt einer Dampfstrahlpumpe
der dritten Stufe zu, in der der Druck auf im wesentlichen Atmosphärendruck oder
etwas darüber erhöht wird. Die aus der Dampfstrahlpumpe der dritten Stufe kommenden
Gase werden einer dritten Kondensationskammer zugeführt, die im wesentlichen Atmosphärendruck
aufweist, für gewöhnlich jedoch einen etwas höheren Druck hat. Die aus dieser Kammer
austretenden Gase werden üblicherweise in die Außenluft geleitet. Gewünschtenfalls
können weitere Dampfstrahlpumpenstufen verwendet werden, jedoch reichen drei Stufen
für die meisten Zwecke aus.
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Bisher ist im allgemeinen ein besonderer Kondensator für jede Stufe
der Anlage verwendet worden, wobei besondere Wasserleitungen vorgesehen wurden.
Üblicherweise wurde ein barometrisches Fallrohr oder mehrere barometrische Fallrohre
verwendet, um Flüssigkeit aus der Kondensationsanlage abzuziehen. Die Notwendigkeit,
ein barometrisches Fallrohr zu verwenden, erfordert viel Raum und erfordert Betriebsanlagen,
die oft zu Unerträglichkeiten führen.
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Die Erfindung schafft nun eine ein Ganzes bildende einfache Kondensationsanlage,
bei der lediglich eine einzige Wasserzuführung verwendet zu werden braucht. Ein
barometrisches Fallrohr ist nicht erforderlich. Die neue Form ergibt eine Kammer
gedrängter Bauart, die selbst in einem Raum beschränkter Größe aufgestellt werden
kann. Gemäß der Erfindung besteht die Anlage aus einem einzigen Gehäuse, in welchem
die Kondensationskammern übereinanderliegen. Das Kühlwasser fließt durch Schwerewirkung
von einer Kammer zur anderen Kammer und wird von der letzten Kammer durch eine mechanische
Einrichtung ausgepumpt.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, und zwar ist Fig.
i eine Seitenansicht einer Leerpumpanlage, teilweise im Schnitt und teilweise weggebrochen;
die Darstellung ist etwas schematisch, da die üblichen Dampfleitungen nicht wiedergegeben
sind, damit die Vorrichtung deutlicher verständlich ist.
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Fig. ä ist eine Seitenansicht einer anderen Durchführungsform der
Leerpumpanlage, teilweise im Schnitt und teilweise weggebrochen; die Darstellung
ist etwas schematisch, da die üblichen Dampfleitungen nicht wiedergegeben sind,
damit die Vorrichtung deutlicher verständlich ist; Fi.g. 3 ist ein waagerechter
Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. 4 ist ein waagerechter Schnitt nach Linie
4-4 der Fig. 2, und Fig. 5 ist ein waagerechter Schnitt nach Linie 5-5 der Fig.
2.
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In Fig. i der Zeichnung soll die Kammer io auf das gewünschte Ausmaß
luftleer gemacht oder ausgepumpt werden. Die Dampfstrahlpumpe i i der ersten Stufe
steht durch ein Verbindungsstück 1ß mit der Vakuumkammer io in Verbindung. Das Arbeiten
der Dampfstrahlpumpe ist bekannt und wird hier nicht beansprucht. Deshalb sind die
Dampfleitungen zu den Dampfstrahlpumpen nicht
gezeigt, da sie lediglich
die Zeichnungen komplizieren würden. jede Dampfstrahlpumpe ist natürlich in üblicher
Form mit den notwendigen Dampfleitungen und den Ventilen für die Dampfleitungen
ausgerüstet. Selbsttätige Steuerungen für den Druck, die Temperatur und andere Zustandsbedingungen
sind an geeigneten Stellen der Anlage vorgesehen.
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Die aus der Strahlpumpe i i der ersten Stufe austretenden Abgase treten
in tangentialer Richtung durch die Öffnung 16 in die erste Kondensationskammer 15
ein. Kühlwasser wird der Kammer 15 über eine Leitung 13 zugeführt, die durch die
Kammer hindurch in der Mitte derselben nach aufwärts gerichtet ist und unmittelbar
unterhalb einer Platte 14 endet. Die Leitung 13 wird durch eine Konsole i7 in ihrer
Stellung gehalten. Die Platte 14 erstreckt sich zwischen den Wandungen der Kammer
über das Ende der Leitung 13 weg, wobei Zwischenräume zwisdhen den Längskanten der
Platte und den Wandungen der Kammer verbleiben, damit Gase an der Platte vorbeiströmen
können. Da das Wasser unter Druck zugeführt wird und da die Kammer unter einem wesentlichen
Vakuum steht, das etwa 2,54 bis 5,o8 cm Quecksilbersäule abs. beträgt, tritt das
Wasser mit beträchtlicher Kraft ein und prallt gegen die Platte 14, wodurch ein
schirmartiger Sehleier gebildet wird, der dann auf die Wandung der Kammer auftrifft.
Das Wasser fällt in den tangential gerichteten Strom aus Abgasen. Diese Gase bestehen
für gewöhnlich aus Dampf und nicht kondensi:erbaren Gasen, wie z. B. Luft.
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Nicht kondensierterDampf und nicht kondensierbare Gase aus der ersten
Kammer strömen über die Leitung ig zu der der zweiten Stufe zugehörenden Dampfstrahlpumpe
2o, in der zusätzlicher Dampf als Antriebsmittel verwendet wird. um den Druck zu
erhöhen und die Gase über die Leitung 21 einer zweiten Kondensationskammer 25 zuzuführen.
Das aus der ersten Kondensationskammer stammende Wasser strömt durch Schwerewirkung
durch den Abfluß 18 'hindurch längs des Rohres 22 zu einem Behälter 23. Dieser Behälter
wird mit Wasser gefüllt genalten. Innerhalb des Rohres 22 wird ein genügender Flüssigkeitsspiegel
erhalten, um die Druckdifferenz zwischen der ersten Kondensationskammer und der
zweiten Kondensationskammer auszugleichen. Ein Rohr von annähernd 1,5 m Länge arbeitet
zufriedenstellend bei Wasser unter einem Druck von 2,54 oder 5,o8 cm in der ersten
Kammer sowie io,i6 bis 15.24 cm in der zweiten Kammer.
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Die aus der Strahlpumpe 2o der zweiten Stufe austretenden Abgase strömen
in die zweite Kondensationskammer in tangentialer Richtung durch die Öffnung 24
ein. Der Behälter 23 und die Öffnung 24 sind so angeordnet, daß die in die Kammer
einströmenden Gase durch den Wasserschleier hindurchströmen, der über den Rand des
Behälters 23 wegfließt. Im wesentlichen wird der gesamte Dampf aus der der zweiten
Stufe zugehörigen Dampfstra'hlpumpe 2o innerhalb des Raumes kondensiert, der zwischen
dem Behälter 23 und dem die zweite Kammer 25 bildenden Gehäuse 30 liegt. Die nicht
kondensierbaren Gase strömen in dem zwischen dem Gehäuse und dem Ablaufrohr 22 liegenden
Raum, der mit Wasserdampf gesättigt ist, in senkrechter Richtung aufwärts und tragen
Wasserteilchen mit sich. Die Geschwindigkeit in dem innerhalb der Kammer 25 oberhalb
des Behälters 23 liegenden Raum ist niedrig genug, so daß der größte Teil der Wasserteilchen
sich ausscheidet und zurücktropft.
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Ein Auslaßansatzstück 31 steht mit dem oberen Abschnitt der zweiten
Kammer 25 in Verbindung. Durch diesen Auslaß 31 werden nicht kondensierbare Gase,
die eine geringere Menge an mitgenommener Feuchtigkeit aufweisen, einer auf mechanischem
Wege arbeitenden Vakuumpumpe 32 zugeführt. Diese Pumpe entleert über eine Leitung
33 zu einem Abscheider hin (nicht dargestellt). Da der größte Teil der mitgenommenen
Feuchtigkeit aus den nicht kondensierbaren Gasen bereits innerhalb der Kammer 25
abgeschieden worden ist, wird die Leistung des Abscheiders (nicht dargestellt) wesentlich
herabgesetzt.
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Das über den Rand des Behälters 23 fließende Wasser sammelt sich in
dem Fuß der Kammer 25 und tritt schl'ießlic'h durch die in dem Boden des Gehäuses
3o befindliche Leitung 26 aus. Eine den Flüssigkeitsspiegel regelnde Vorrichtung
27 mit Leitungen 28, 2g zur Kammer 25 hin wird zusammen mit einer Pumpe verwendet.
Sofern der Raum es zuläßt, kann ein barometrisches Fallrohr an Stelle des Rohres
26 verwendet werden, wobei dann in diesem Falle die den Flüssigkeitsstand regelnde
Vorrichtung weggelassen «erden kann.
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In normalen mit Dampf betriebenen Leerpumpanlagen, wie sie üblicherweise
betrieben werden, erfolgt ein ununterbrochenes Leerpumpen. Infolgedessen sind die
dieLuft entfernendenAnlagengeräte klein, und die Luftgeschwindigkeit durch den Kondensator
hindurch ist gering. Die erfindungsgemäße Anlage ist nun für satzweise eintretende
Arbeitsvorgänge bestimmt, bei denen manchmal große Luftvolumen und manchmal kleine
Luftvolumen verlagert werden müssen. Die Anlagengeräte sind deshalb für hohe Luftgeschwindigkeiten
berechnet. Die mechanisch betriebene Vakuumpumpe 32 kann große Luftmengen bewältigen,
ebenso wie dies die Kondensationskammern können.
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Als ein Beispiel der vorstehend erläuterten Kondensatoranlage werden
in der nachfolgenden Tabelle die Temperaturen und Drucke angegeben, die in der Anlage
unter den angezeigten Betriebszuständen vorhanden sind. P gibt den Druck in Zentimeter
Quecksilbersäule abs. und T gibt die Temperatur in C° an. Die durch den Kondensator
hindurchströmende Kühlwassermenge ist für alle angeführten Belastungsbedingungen
konstant. Die Temperaturen und die Drucke wurden an Stellen gemessen, die in den
Zeichnungen durch Bezugszeichen bezeichnet sind, die den Bezugszeichen der nachstehenden
Tabelle entsprechen.
| Geringer Mittlerer Schwerer Leichter Mittlerer rer Mittlerer |
| Luftdruck Luftdruck Luftdruck Luftdruck Dampfdruck DSchweampfdruck
Luft- und |
| Dampfdruck |
| Ti 11 1z 1z 1z 1z 1z i1 |
| T2 17 15 13 18,5 22 29,5 21 |
| T3 21 21,5 21 24 25,5 31 25 |
| T.4 33 34 38 28 28 31 33 |
| P, 0,25 2,3 1,30 0,17 1,47 3,33 1,5 |
| P2 3,8 8,i 17,3 1,88 o,65 2,8 3,43 |
| P, 914 1,34 2o,8 4,8 5,3 3,0 1o,16 |
Bei der in Fig. 2 bis 5 dargestellten Durchführungsform der Erfindung steht die
Leerpumpanlage mit einer Kammer i io in Verbindung, die auf das gewünschte Ausmaß
luftleer gepumpt werden soll. Die Dampfstrahlpumpe 11i der ersten Stufe steht mit
der Vakuumkammer in Verbindung. Das Arbeiten der Dampfstrahlpumpe ist bekannt und
wird hier nicht beansprucht.
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Die von der Dampfstrahlpumpe der ersten Stufe abströmenden Abgase
treten in tangentialer Richtung in die erste Kondensationskammer 115 ein, wie dies
aus Fig. 3 ersichtlich ist. Kühlwasser wird dieser Kammer über die Leitung 113 zugeführt,
die durch die Kammer 115 in der Mitte aufwärts verläuft und unmittelbar unterhalb
einer Platte 114 endet. Da das Wasser unter Druck steht und in der Kammer ein wesentliches
Vakuum vorhanden ist, das etwa 2,54 bis 5,o8 cm Quecksilbersäule abs. beträgt, tritt
das Wasser mit ziemlicher Kraft ein und prallt auf die Platte, wodurch ein schirmartiger
Schleier erzeugt wird, der dann auf die Wandung der Kammer aufprallt. Die Flüssigkeit
verliert den größten Teil ihrer Geschwindigkeit in der auf diese Weise erzeugten
Wirbelung und fällt auf den Ring 116, der sich im oberen Teil der Kondensationskammer
befindet. Von dem Ring 116 fällt das Wasser in einem kreisringförmigen Schleier
in den tangentialen Strom aus Abgasen. Diese Gase bestehen natürlich für gewöhnlich
aus Dampf und nicht kondensierbaren Gasen, z. B. Luft. Sobald das eintretende Strömungsmittel
vollständig aus Dampf besteht, ist die Leistung der Anlage so groß, daß das die
Kammer durch das Abflußrohr 117 am Boden der Kammer verlassende Wasser eine Temperatur
haben kann, die höher ist als die Temperatur, die der Siedetemperatur des Wassers
bei dem Druck entspricht, der an der Stelle i 18 in Fig. 3 gemessen wird. In der
Technik ist dies als eine negative Annäherung bekannt. Es bestand bisher in der
Technik das Bestreben, eine Nullannäherung herbeizuführen, aber selbst dies wird
selten erhalten. Eine negative Annäherung scheint ein vollkommen neues Ergebnis
zu sein.
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Nicht 'kondensierter. Dampf und nicht kondensierbare Gase aus der
ersten Kondensationskammer strömen über die Leitung iig der Dampfstrahlpumpe 121
der zweiten Stufe zu, in welcher zusätzlicher Dampf als Antriebsmittel verwendet
wird, um den Druck zu erhöhen und die Gase über die Leitung i2o der zweiten Kondensationskammer
125 zuzuführen. Das aus der ersten Kondensationskammer stammende Wasser strömt
durch den Abzug 117 längs des Rohres 122, einem Behälter 123 zu, der etwas oberhalb
des Bodens der Kammer liegt. Dieser Behälter wird' mit Flüssigkeit gefüllt gehalten,
und außerdem wird innerhalb des Rohres 122 ein genügender Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten,
um dieDruckdifferenz zwischen der ersten Kondensationskammer und der zweiten Kondensationskammer
auszugleichen. Wird ein Druck von a,54 bis 5,o8 cm in der ersten Kammer und ein
Druck von io,16 bis 15,24em in der zweiten Kammer verwendet, so genügt eine Leitung
122 von annähernd 1,5 m Länge, wenn das Kühlmittel' Wasser ist. Die aus der Strahlpumpe
121 der zweiten Stufe austretenden Abgase treten in die zweite Kondensationskammer
durch die Leitung 124 ein und "werden tangential in diese Kammer eingedrückt, wie
aus Fig. 5 ersichtlich. Der Behälter 123 und die Öffnung 124 sind so angeordnet,
daß die in die Kondensationskammer einströmenden Gase durch den Wasserschleier hindurchströmen,
der über den Rand des Behälters 123 wegfließt. Nachdem die Gase durch diesen Wasserschleier
hindurchgeströmt sind, strömen sie durch die Öffnung 126 aus und strömen der Dampfstrahlpumpe
131 der dritten Stufe zu, wobei in dieser Pumpe der Druck durch den zugeführten
Dampf erhöht wird. Der Druck an der Abströmstelle 134 innerhalb der Kondensatorkammer
135 der dritten Stufe beträgt im wesentlichen Atmosphärendruck.
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Das über den Behälter 123 hinwegfließende Wasser sammelt sich im Raum
127 und wird durch eine geeignete mechanische Vorrichtung, beispielsweise durch
die Pumpe 128, über die Leitung 129 in den überlaufbehälter 133 geleitet. Dieser
Behälter besteht aus einem senkrechten Zylinder 132 und einer waagerechten Trennwand
13o nahe der Mitte des Zylinderringes. Die Trennwand 130 teilt den Ring in den Vorratsbehälter
133 und in einen Auffangteil 136, durch den die Abgase hindurchströmen, um die Auslaßöffnung
137 zu erreichen.
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Das in dem überlaufbehälter 133 befindliche Wasser fließt in einem
ringförmigen Wasserschleier an der Außenseite des Ringes 132 herab und sorgt auf
diese Weise für eine gute Berührung mit den Gasen, die aus dem Kondensator
135 der dritten Stufe ausströmen. Der Überlaufbehälter bildet auch
einen
Abschluß für den Fall, daß die Pumpe 128 stillgelegt sein sollte.
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Das Kühlwasser tritt schließlich durch die Leitung 138 aus. Die Temperatur
des Kühlwassers erhöht sich während seines Durchströmens durch die Kondensationsanlage
entsprechend der Wärmeaufnahme in den Strahlpumpen. Beträgt die Temperatur des eintretenden
Kühlwassers ungefähr 25°, so erhöht die durch die Strahlpumpe bewirkte Wärmezufuhr,
wenn eine Verwendung in einem Verfahren zum Anfeuchten von Tabak erfolgt, die Temperatur
der Austrittskammer auf etwa 4o°. Die Austrittstemperatur aus der zweiten Kammer
beträgt annähernd q.5° und aus der dritten Kammer etwa 65°. Diese Zahlen liegen
also reichlich innerhalb der Sicherheitsgrenze, die für die Auslaßdrucke aus den
Strahlpumpenstufen gefordert werden.
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Einer der Vorteile der Anlage besteht aus dem kurzen Weg der nicht
kondensierbaren Gase von der ersten Kondensationszone 115 zur Abzugsleitung i ig.
Die Kammer ist frei von den üblichen Prallplatten, Wasserkondensatoren, Überlaufkästen
und verengten Durchflußflächen. Aus diesem Grunde hat die Kammer einen sehr geringen
Druckabfall auf Grund von Reibungsverlusten. Messungen haben ergeben, daß der Druckabfall
weniger als 2,5q. cm Wassersäule bei normalen Luftbeschickungen beträgt. Theoretisch
werden diese Einbauten vorgesehen, um die abströmenden Gase zu regeln. Es wurde
jedoch gefunden, daß bei der vorliegenden Anlage bessere Ergebnisse ohne diese Einbauten
erhalten werden, wobei natürlich die Herstellungskosten sehr viel kleiner ohne diese
Einbauten sind. In normalen mit Dampf betriebenen Leerpumpanlagen, wie sie üblicherweise
betrieben werden, erfolgt ein ununterbrochenes Leerpumpen. Infolgedessen ist die
Luft entfernende Ausrüstung klein, und die Luftgeschwindigkeit durch den Kondensator
hindurch ist gering. Die vorliegende Anlage ist nun für satzweise auftretende Arbeitsvorgänge
bestimmt, bei denen manchmal große Luftvolumen und manchmal kleine Luftvolumen verlagert
werden müssen. Die Ausrüstung ist deshalb für hohe Luftgeschwindigkeiten berechnet.
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Die vorstehende ins einzelne gehende Beschreibung ist lediglich zur
Erläuterung der Erfindung gegeben und stellt keine Begrenzungen dar, da Änderungen
von Fachleuten leicht vorgenommen werden können.
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Wenn auch die Erfindung hier in Anwendung bei einer Anlage mit Dampfstrahlpump.-n
beschrieben ist, können die Lehren der Erfindung auf Anlagen übertragen werden,
in denen andere kondensierbare Gase als saugende Kraft verwendet werden.