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Vorrichtung zur kontinuierlichen Konsentrierung ätzenden Lösungen
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Konzentrierung ätzender
Lösungen, wie Ätznatron, Schwefelsäure, Alkoholen u. dgl., bei der die Vorrichtung
im wesentlichen aus einem in einem Kessel befindlichen und von den zu konzentrierenden
Lösungen durchflossenen Rohrverdampfer besteht. Die Konzentrierung erfolgt in dieser
Vorrichtung ununterbrochen bis zu einer Konzentration von 98 bis ggO/o. Der Prozentgehalt
der zu konzentrierenden Säure oder Alkalien spielt keine Rolle. Ebenso können die
Ausgangs alkohole verdünnt sein.
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Bei den für solche Zwecke bekannten Vorrichtungen macht der gleichbleibende
Querschnitt des Rohrverdampfers bei steigender Konzentration während des Verfahrens
große Schwierigkeiten.
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Außerdem ändert sich in der Regel auch die Temperatur während der
Konzentrierung. Man war deshalb gezwungen, die Konzentrierung in mehreren Stufen
durchzuführen und die Lösungen dabei hintereinander mehrere Rohrverdampfer unterschiedlicher
Querschnitte durchlaufen zu lassen. Solche Vorrichtungen und Arbeitsverfahren sind
umständlich.
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Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten verbessert die Erfindung die
bekannten Einrichtungen dadurch, daß der Rohrverdampfer aus einem einzigen Rohr
mit mehreren Abschnitten unterschied-
lichen und auf die wachsende
Konzentration der Lösungsdampfmischung abgestimmten Querschnitts besteht, mit Temperaturreglern
versehen ist und am Austrittsende des Verdampfers ein Abscheider für die konzentrierte
Lösung und den im Verdampfer angefallenen Wasserdampf vorgesehen ist.
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Der Verdampfer wird bei der Erfindung von einer Rohrschlange gebildet.
Der Kessel ist mittels eines Brenners für flüssigen 'Brennstoff beheizt. Mit dem
Behälter für die zu konzentrierende Lösung ist ein Behälter für am Anfang und am
Ende jedes Arbeitsganges verwendetes destilliertes Wasser verbunden. Dadurch ergibt
sich die Möglichkeit, immer das gleiche destillierte Wasser für die verschiedenen
Arbeitsgänge zu verwenden und störende Niederschläge, wie sie bei Heranziehung von
Frischwasser unvermeidbar sind, auszuschließen.
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Die Verbrennungsluft für den Brenner wird durch die Verbrennungsgase
vorgewärmt und dann durch einen Ventilator in den Brenner eingeblasen.
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Ebenfalls ist bei der Erfindung auch ein Vorwärmer für den Brennstoff
vorgesehen. Diese Vorwärmung erfolgt durch einen Teil des bei der Konzentrierung
freigewordenen Dampfes, Weiter kann man noch einen Kondensator für einen Teil dieses
Dampfes vorsehen und über diesen Kondensator den Behälter für das destillierte Wasser
auf- und nachfüllen.
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Die erfindungsgemaße Einrichtung ermöglicht eine einfache Konzentrierung
der ätzenden Lösungen und die Gewinnung von Endprodukten mit absolut gleichbleibenden
und den Bedürfnissen entsprechend regelbaren Eigenschaften. Das- bei der Konzentrierung
erhaltene und als Dampf entfernte Wasser wird zum Teil für die Vorwärmung des Brennstoffs
verwendet. Der größere Teil steht unter nach Belieben, regelbaren Temperatur- und
Druckbedingungen für andere industrielle Zwecke, besonders für Antrieb oder Heizung,
zur Verfügung.
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Der in seinem Inneren das Verdampferrohr bergende Kessel wird vorzugsweise
mit Schweröl beheizt. Das Verdampferrohr ist aus Metall oder aus bekannten Legierungen
hergestellt bzw.- mit Metall- oder Kunststoffschichten- verkleidet, die durch die
konzentrierten, ätzenden Lösungen nicht angegriffen werden. Die Speisung des Verdampfers
aus dem Vorratsbehälter mit der zu konzentrierenden Lösung erfolgt mit einer Umlaufpumpe.
Aus dem Verdampfer kommt die konzentrierte Lösung und der erzeugte Wasserdampf in
einen Abscheider zur Trennung von Lösung und Wasserdampf. Zur Regelung der Menge
und der Temperatur der zu konzentrierenden Lösung während des Verfahrens sind in
dem Rohrverdampfer Regelorgane eingeschaltet.
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Einzelheiten erläutert die schematische Zeichnung.
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In dem Kessel I, in dessen oberen Teil sich - der Schwerölbrenner
2 befindet, ist der Rohrverdampfer 3 angeordnet, der aus einem einzigen Rohr -besteht.
Dieses Rohr hat unterschiedliche Quersclmitte, die derart bemessen sind, daß sie
für die aus Dampf und Lösung bestehende .Mischung die für den richtigen Kreislauf
dieser Mischung geeigneten Geschwindigkeiten gewährleisten. Die Geschwindigkeit
muß - sich nämlich in dem Maße des Ansteigens der Temperatur und der Umwandlung
des Wassers in Dampf steigern und am Ende des Vorganges einen genügend hohen Wert
erreichen, um nach beendeter Konzentrierung den Abfluß des Konzentrats zu ermöglichen.
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Die den Verdampfer bildenden Rohre, die mit den alkalischen Lösungen
in Berührung kommen, sind aus reinem Nickel hergestellt und gegebenenfalls von Stahlrohren
umgeben. Dieser Verdampfer, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Rohrschlange
gebildet wird, kann auch aus einem Rohrbündel bestehen, das je einen Sammler am
Eintritts- und Austrittsende verbindet.
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Der Verdampfer empfängt die zu konzentrierende Lösung aus einem Behälter
4 über eine Rohrleitung 5 in welche. die Umlaufpumpe 6 und ein Mengenregler 7 eingeschaltet
sind. Die aus der konzentrierten Lösung und Dampf bestehende Mischung wird über
die Rohrleitung 8 dem oberen Teil des Abscheiders g zugeführt, der aus mit Stahl
umkleideten reinen Nickel besteht und gleichzeitig als Vorratsbehälter für das konzentrierte
Produkt -dient. Dieses kann am unteren Ende des Abscheiders in Fässer 10 oder in
andere geeignete Behälter abgefüllt werden, oder es kann in Gießformen aufgefangen
werden, in welchen man es abkühlen läßt, bevor es in Kanister gefüllt wird. Der
Wasserdampf entweicht auls dem Abscheider entweder durch die Rohrleitung I I oder
wird nach dem Passieren des Mantels 12 des Abscheiders durch die Rohrleitung I3
zu seiner Verwendungsstelle geleitet.
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Von dieser Rohrleitung I3 kann eine Rohrleitung; I4 abgezweigt werden,
die zu einem Kondensator I5 führt, der zur Auffüllung des Behälters I6 für destilliertes
Wasser bestimmt ist, insbesondere für den Fall, daß aus anderer Quelle eine genügende
Menge destillierten Wassers nicht beschafft werden kann.
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Eine andere Zweigleitung 17 dient zur Vorwärmung des flüssigen Brennstoffs
im Behälter I8, der den Brenner 2 speist, während die durch den Ventilator 19 eingeblasene
Verbrennungsluft dem Brenner durch die Rohrleitung 20 zugeführt wird, nachdem sie
den Vorwärmer 21 passiert hat, der durch das Rohrbündel 22 gebildet wird, das von
den in den Schornstein 23 abziehenden Verbrennungsgasen beheizt wird.
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Zwischen den Rohrschlangen des Verdampfers 3 ist ein Thermostat 24
angeordnet, der zum Zwecke der Aufrechterhaltung einer bestimmten Tempe ratur den
Zufluß der zu konzentrierenden Lösung in den Verdampfer steuert. Am Austrittsende
des Verdampfers ist ein zweiter Thermostat2s angeordnet, der das Einhalten einer
Temperatur gewährleistet, die für das zu gewinnende Produkt charakteristisch ist
und die beispielsweise für 980/oiges Ätznatron 3400 beträgt. Diese Thermostaten
24 und 25 können vermittels geeigneter
Ventile einen Teil der umlaufenden
Lösung in die Umgehungsleitung 3a ableiten.
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Die Menge des Brennstoffs wird durch die zur Verbrennung erforderliche
Luftmenge selbsttätig geregelt, und diese Luftmenge ist wieder von der Menge der
dem Verdampfer zugeführten Lösung abhängig. Die zur Erzielung einer rationellen
Vertrennung erforderlichen Korrekturen können durch einen Gasanalysator 26 gesteuert
werden. Die Vorrichtung wird unter Verwendung destillierten Wassers in Gang gesetzt,
das dem Behälter I6 entnommen wird. Wenn der Anlaufvorgang bis zur Bildung von Dampf
fortgeschritten ist, wird die Pumpe 6 vom Behälter I6 auf den Behälter 4 umgeschaltet.
Am Ende der Konzentrierung wird die Lösung wieder durch destilliertes Wasser ersetzt.
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Dadurch wird die Vorrichtung gereinigt, und insbesondere werden Ablagerungen
aus der Vorrichtung entfernt.
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Die selbsttätige Mengenregelung während des Kreislaufs entweder von
destilliertem Wasser oder von Lösungen verschiedener Konzentration wird durch den
Regler 7 gewährleistet.
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Andererseits ist der Abscheider 9 vorzugsweise auf einer Schnellwaage,
Kippvorrichtung od. dgl.
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27 angeordnet, die ermöglicht, jederzeit den Stand. des verfügbaren
Konzentrats zu überwachen und bei vollständiger Füllung Sicherheitsvorrichtungen
zu betätigen.
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Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht, jede alkalische Lösung in
eine nach Belieben regelbare Konzentration überzuführen unter vollständiger Wiedergewinnung
des erzeugten Dampfes.
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Die Regelung der Einrichtung erfolgt selbsttätig, und ihre Bedienung
erfordert nur ein Mindestmaß an Handarbeit. Sie umfaßt nur Vorrichtungen von kleinen
Abmessungen und von geringem Gewicht. Ihr sehr geringer tilermischer Widerstand
ermöglicht praktisch augenblickliches Starten und Anhalten Ihre thermische N'utzleistung
übersteigt 85 <)/o, wenn man die vollständige Wiedergewinnung des Dampfes in
Betracht zieht. Selbstverständlich kann die Einrichtung gemäß der Erfindung auch
zur Konzentrierung von allen anderen Lösungen verwendet werden, wobei im Laufe der
Konzentrierung auch chemische Reaktionen auftreten können.