DE936394C

DE936394C - Process for utilizing waste heat when cooling hot copper sulphate liquors

Info

Publication number: DE936394C
Application number: DEM15518A
Authority: DE
Inventors: Joseph Dr Dornauf
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1952-09-14
Filing date: 1952-09-14
Publication date: 1955-12-15

Description

Verfahren zur Nutzbarmachung von Abwärme bei der Abkühlung heißer Kupfersulfatlaugen Kristalle werden aus konzentrierten heißen Lösungen im allgemeinen durch Abkühlung gewonnen. Es ist bekannt, die Verringerung der Wirksamkeit der Kühlflächen infolge der Bildung von Kristallansätzen dadurch zu bekämpfen, daß an Stelle einer indirekten Kühlung durch die Wände des Kristallisiergefäßes hindurch eine direkte Kühlung mittels eines über die Lösung geleiteten Stromes von Kühlluft, gegebenenfalls im Gegenstrom zur abzukühlenden Heißlauge, angewendet wird. Der Luftstrom belädt sich dabei mit Wasserdampf, wodurch die Kristallisierlauge gleichzeitig abgekühlt und weiter konzentriert wird. Um die Bildung einer zusammenhängenden Kristallhaut zu vermeiden, welche die Verdampfung aus der Lauge und damit die Abkühlung verhindern würde, ist es weiterhin bekannt, den Luftstrom mit einer solchen Stärke über die abzukühlende Lösung zu leiten, daß die Oberfläche derselben leicht gekräuselt wird, wodurch die Bildung einer zusammenhängenden Kristallhaut verhindert wird.Process for utilizing waste heat when cooling hot Copper sulphate crystals are generally obtained from concentrated hot solutions obtained by cooling. It is known to reduce the effectiveness of the cooling surfaces to combat as a result of the formation of crystal approaches that in place of a indirect cooling through the walls of the crystallization vessel through direct Cooling by means of a stream of cooling air passed over the solution, if necessary is applied in countercurrent to the hot liquor to be cooled. The airflow loads itself with water vapor, whereby the crystallizing liquor is cooled down at the same time and is further concentrated. About the formation of a coherent crystal skin to avoid, which prevent the evaporation from the lye and thus the cooling would, it is still known to pass the airflow with such strength over the to direct the solution to be cooled so that the surface of the same is slightly curled, whereby the formation of a coherent crystal skin is prevented.

In der abziehenden wasserdampfgesättigten Kühlluft steckt die ganze latente Wärme des aus der Lauge verdampfenden Wassers, weshalb auch schon vorgeschlagen wurde, diesen Wärmeinhalt in irgendeiner Weise, z. B. durch Kondensation, nutzbar zu machen. Die Verwirklichung dieses Vorschlages scheiterte aber bisher an den sehr hohen Kosten, die die unverhältnismäßig großen Wärmeübertragungsflächen verursachen würden, welche für die Nutzbarmachung dieser höchst minderwertigen Wärme notwendig wären.The whole is in the withdrawing water vapor-saturated cooling air latent heat of the water evaporating from the lye, which is why it has already been proposed was, this heat content in some way, z. B. by condensation, usable close. The implementation of this proposal has so far failed because of the very high Cost that the disproportionately large heat transfer surfaces which would lead to the utilization of this extremely inferior heat would be necessary.

Schon die Tatsache, daß die Wärme sich auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau befindet, würde genügen, sie glatt als Verlustwärme einzusetzen. Denn die abzukühlende Lösung hat im allgemeinen nur Temperaturen von 6o bis 8o° C, und die Luft kann nur mit einer Temperatur, die unterhalb der der abzukühlenden Lauge liegt, abziehen, so daß 75° C in den meisten Fällen das oberste Temperaturniveau darstellt, das für diese ausgebrauchte Luft überhaupt erreichbar ist. Darüber hinaus liegt aber die latente Wärme nicht einmal bei dieser niedrigen Temperatur konzentriert vor, denn der Wärmeträger (Wasserdampf) ist ja durch erhebliche Luftmengen verdünnt. Da der Dampfdruck von reinem Wasser bei 6o° C 0,203 und bei 75° C 0,393 ata beträgt, kommen bei den genannten Temperaturen auf ein Teil Wasserdampf, dessen latente Wärme nutzbar gemacht werden soll, 2,72 bzw. 477 Teile Luft, die den Wirkungsgrad der angewendeten Wärmeübertragungsflächen entsprechend .verschlechtern. Die Verdünnung des Wasserdampfes durch .Luft ist sogar in Wirklichkeit noch größer, da der Dampfdruck konzentrierter Lösungen bekanntlich niedriger ist als der von reinem Wasser. Es ist daher klar, daß unter diesen Umständen eine Nutzbarmachung der Wärme nach den üblichen Methoden weit höhere Investitions- und Betriebskosten 'verursachen würde, als dem Wert der wiedergewonnenen Kalorien entspricht.The fact that the heat is at a very low temperature level would suffice to use it as heat loss. Because the solution to be cooled generally only has temperatures of 6o to 8o ° C, and the air can only withdraw at a temperature below that of the lye to be cooled, so that 75 ° C in most cases represents the uppermost temperature level that is attainable at all for this exhausted air. In addition, the latent heat is not even concentrated at this low temperature, because the heat carrier (water vapor) is diluted by considerable amounts of air. Since the vapor pressure of pure water at 60 ° C is 0.203 and at 75 ° C 0.393 ata, at the temperatures mentioned, one part of water vapor whose latent heat is to be harnessed, 2.72 or 477 parts of air, which increase the efficiency of the heat transfer surfaces used. The dilution of the water vapor by air is actually even greater, since the vapor pressure of concentrated solutions is known to be lower than that of pure water. It is therefore clear that, under these circumstances, utilizing the heat by conventional methods would entail far higher investment and operating costs than the value of the calories recovered.

Erfindungsgemäß wird nun für einen besonderen Fall der chemischen Technik praktisch der gesamte Wärmeinhalt der wasserbeladenen Luft, und zwar sowohl der latente als auch der fühlbare Wärmeinhalt, mit iooo/oigem Wirkungsgrad nicht nur nutzbar gemacht, sondern darüber hinaus auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Daß dies zwar im wörtlichen Sinne nicht möglich ist, ist selbstverständlich, doch wird praktisch der gleiche Effekt dadurch erreicht, daß durch geeignete Verwendung der wasserdampfbeladenen Kühlluft ein Wärmebetrag an anderer Stelle eingespart wird, der genau dem ganzen Wärmeinhalt der Kühlluft entspricht, und zwar der Summe ihres latenten und fühlbaren Wärmeinhalts, der sonst durch unverdünnten Sattdampf von mindestens i2ö° C eingebracht werden müßte.According to the invention is now for a special case of the chemical Technology practically the entire heat content of the water-laden air, both the latent as well as the sensible heat content, with 100% efficiency, not only made usable, but also raised to a higher temperature level. It goes without saying that this is not possible in the literal sense, but it is Practically the same effect is achieved by using it appropriately the water vapor-laden cooling air is saved an amount of heat elsewhere, which corresponds exactly to the entire heat content of the cooling air, namely the sum of theirs latent and sensible heat content, which is otherwise caused by undiluted saturated steam of at least 12 ° C would have to be brought in.

Kupfervitriol wird industriell durch Auflösen von Kupfergranalien in Schwefelsäure unter Hindurchleiten von Oxydationsluft in der Wärme, und zwar bei 6o bis 8o° C, hergestellt. Je nach der Konstruktion des Lösebehälters wird dabei die dreibis fünffache Menge der theoretisch erforderlichen Luftmenge gebraucht,, d. h., je Tonne Kupfersulfat braucht man 6oo bis goo ms Oxydationsluft. Die zur Erzielung und Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur notwendige Wärme wird dabei durch Einblasen von direktem Sattdampf eingebracht, der zusammen mit der Oxydationsluft in den Lösebehälter eingeleitet wird. Man erhält auf diese Weise konzentrierte Kupfersulfatlaugen, aus denen das Kupfersulfat, gegebenenfalls nach weiterer Eindampfung, durch Kristallisation ausgefällt wird.Vitriol is made industrially by dissolving copper granules in sulfuric acid with the passage of oxidizing air in the warmth, namely at 6o to 8o ° C. Depending on the construction of the dissolving container uses three to five times the amount of theoretically required air, d. That is, 600 to 100 milliseconds of oxidizing air are required for each ton of copper sulphate. The for Achieving and maintaining the reaction temperature is necessary heat introduced by blowing in direct saturated steam, which together with the oxidizing air is introduced into the dissolving tank. In this way, concentrated copper sulphate liquors are obtained, from which the copper sulfate, optionally after further evaporation, by crystallization is precipitated.

Die Oxydationsluft wird im Lösebehälter auf die Reaktionstemperatur gebracht, sättigt sich dabei mit Wasserdampf und verläßt, mit Wasserdampf gesättigt, den Lösebehälter mit einer Temperatur von 6o bis 8o° C. Der Wärmeinhalt dieser verbrauchten Oxydationsluft ist genau so als Verlustwärme zu werten wie der der vorhin besprochenen Kühlluft, die bei der Abkühlung von Kristallaugen anfällt, da eine Verwertung der in ihr steckenden Wärme, und sei es auch nur der latenten Wärme und selbst dieser nur mit dem bescheidensten Wirkungsgrad, aus den besprochenen Gründen unwirtschaftlich wäre.The oxidizing air is brought to the reaction temperature in the dissolving tank brought, is saturated with water vapor and leaves, saturated with water vapor, the dissolving container with a temperature of 6o to 8o ° C. The heat content of these consumed Oxidation air is to be evaluated as waste heat in exactly the same way as that discussed above Cooling air that occurs when the crystal eyes cool down, as a utilization of the warmth contained in it, even if it is only latent warmth and even this only with the most modest degree of efficiency, uneconomical for the reasons discussed were.

Da mindestens das Dreifache der theoretisch benötigten Luftmenge erforderlich ist, errechnet sich selbst für diesen günstigsten Fall, daß die Brüden, wenn sie mit 75° C aus dem Lösebehälter abziehen, 3oo kg Wasserdampf mitführen, so daß fast genau die gleiche Sattdampfmenge im Lösebehälter nur zur Deckung dieses Wärmeverlustes zugeführt werden muß. Daher wird bisher über ein Drittel des mit der Oxydationsluft eingeblasenen Dampfes für die Erwärmung und Sättigung der Luft verbraucht.Since at least three times the theoretically required amount of air is required is, even for this best case, calculates that the vapors, if they Remove from the dissolving container at 75 ° C, carry along 3oo kg of steam so that almost exactly the same amount of saturated steam in the dissolving tank just to cover this heat loss must be supplied. Therefore, up to now more than a third of that is with the oxidizing air blown steam is used for heating and saturating the air.

Erfindungsgemäß wird nun die Wärmebilanz des gesamten Prozesses dadurch wesentlich verbessert, daß die aus dem Lösebehälter abfließende Kristallisierlauge durch Inberührungbringen mit Kühlluft gekühlt und gleichzeitig weiter konzentriert wird und diese auf fast die Reaktionstemperatur vorgewärmte und mit Wasserdampf gesättigte Kühlluft anschließend als Oxydationsluft im Lösebehälter verwendet wird. Die in den aus dem Lösebehälter abziehenden Brüden enthaltene Wärme wird nach wie vor verloren gegeben, jedoch ist ihre Einbringung in den Lösebehälter durch das erfindungsgemäßeVerfahren kostenlos, nämlich durch Einsatz der anderweitig anfallenden Verlustwärme, erfolgt.According to the invention, the heat balance of the entire process is now thereby that the crystallizing liquor flowing out of the dissolving tank is significantly improved cooled by bringing it into contact with cooling air and at the same time further concentrated and this is preheated to almost the reaction temperature and steamed saturated cooling air is then used as oxidizing air in the dissolving tank. The heat contained in the vapors drawn off from the dissolving tank is still like given before lost, however, their introduction into the dissolving container is through the Method according to the invention free of charge, namely by using the otherwise accruing Heat loss, takes place.

Um zu verhindern, daß sich die Kristallisierlauge zu sehr abkühlt, kann es zwar erforderlich sein, dieser einen Teil der durch die Kühlluft entzogenen Wärme wieder zuzuführen, aber die dabei aufgewendete Wärme entspricht genau dem dadurch -erzielten Gewinn an Konzentration, so daß sie in die Gesamtwärmebilanz des Prozesses mit dem Wert Null eingeht. Die Beladung der Oxydationsluft mit Wasserdampf ist daher auch in diesem Fall völlig' kostenlos.To prevent the crystallization liquor from cooling down too much, it may be necessary to use some of the air removed by the cooling air To add heat again, but the heat used corresponds exactly to that thereby -gained gain in concentration, so that they are included in the overall heat balance of the process with the value zero. The loading of the oxidizing air with water vapor is therefore also completely free in this case.

Bei der praktischen Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens. hat sich überraschenderweise gezeigt, daß nicht nur das bisher für die Beladung der Brüden mit Wasserdampf verbrauchte Drittel des Heißdampfes eingespart wird, sondern darüber hinaus noch rund ein weiteres Drittel der verbleibenden zwei Drittel.During the practical testing of the method according to the invention. Has Surprisingly, it has been shown that not only so far for the loading of the Vapors with steam saved third of the superheated steam, but in addition, around another third of the remaining two thirds.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Sättigung der Oxydationsluft mit Wasserdampf in der Weise erfolgen, daß die Luft im Gegensatz zu den bisher üblichen Verfahren nicht über die Kristallisierlauge geleitet, sondern in diese eingeblasen wird.According to a particular embodiment of the invention, the saturation the oxidizing air with water vapor take place in such a way that the air is in contrast to the previously usual procedures not about the crystallizing liquor but is blown into it.

Ausführungsbeispiel In einen mit Kupfergranalien und Schwefelsäure beschickten Lösebehälter wurde ungesättigte Luft und Sattdampf eingeblasen. Der Luftdurchsatz betrug 6oo ms/t Kupfersulfat. Um die Reaktion auf der erforderlichen Geschwindigkeit zu halten, mußten je Tonne Kupfersulfat 8oo kg Wasserdampf eingeblasen werden. Die ausgebrauchte Oxydationsluft verließ den Lösebehälter mit 75° C und führte außer den ihrer Sättigungstemperatur entsprechenden 300 kg Wasserdampf/t Kupfersulfat noch weitere erhebliche Wasserdampfmengen nebelförmig mit sich.Embodiment Unsaturated air and saturated steam were blown into a dissolving tank filled with copper granules and sulfuric acid. The air throughput was 600 ms / t copper sulfate. In order to keep the reaction at the required speed, 8oo kg of steam had to be blown in per ton of copper sulphate. The exhausted oxidation air left the dissolving tank at 75 ° C and, in addition to the 300 kg water vapor / t copper sulphate corresponding to its saturation temperature, carried further considerable amounts of water vapor with it in the form of a mist.

Anschließend wurde an Stelle einer ungesättigten Oxydationsluft die gleiche Menge einer bei 75° C gesättigten Luft eingeblasen, die durch Inberührungbringen der Luft mit den abfließenden Kristallisierlaugen erhalten wurde. Der Wasserdampfzusatz konnte dabei auf 25o kg/t Kupfersulfat gesenkt werden, ohne daß die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion nachließ.Then, instead of an unsaturated oxidizing air, the equal amount of air saturated at 75 ° C blown in by contacting the air was obtained with the draining crystallization liquor. The addition of water vapor could be reduced to 250 kg / t copper sulphate without reducing the speed the chemical reaction subsided.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Process for utilizing the latent heat contained in the air laden with water vapor which is obtained when cooling hot copper sulphate liquor by bringing the crystallization liquor flowing out of a dissolving tower into contact with air, characterized in that this air laden with water vapor is used as oxidizing air in the dissolving tank, in which, in a manner known per se, copper granules are reacted with sulfuric acid and air to form copper sulfate. a. Method according to Claim r, characterized in that the bringing into contact is carried out by blowing air into the liquor. Referred publications: German patent specification No. 286 o85.