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Verfahren zur Reinhaltung der Heizfläche -von Eindampfapparaten für
inkrustierende Lösungen
Einzudampfende Lösungen neigen meist zur Ablagerung von Inkrusten
an der Heizfläche des Verdampfers. Diese sind von schlammiger bis zu steinharter
Beschaffenheit und lassen sich aus den Siederohren der Heizkörper nur schwer entfernen.
Die Ablauge der Sulfltzellstoffabrikation z. B. scheidet beim Eindampfen beträchtliche
Mengen sehr harter Inkrusten von fast reinem Gips aus. Eine chemische oder physikalische
Vorbehandlung der Lösung zwecks Abscheidung der Inkrustenbildner vor dem Eindampfen
ist oft nicht möglich oder zu kostspielig.
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Eine Verschmutzung der Heizfläche macht sich bei hochwertigen Verdampferanordnungen
bekanntlich in weit höherem Maße als bei weniger leistungsfähigen bemerkbar. EinWärmedurchgang
von z. B.
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4000kcaltm2h sinkt bei einem Belag der Heizfläche von nur 0,20 mm
Dicke bereits um etwa 25 4/o. Die unausbleibliche Folge ist ein entsprechender Leistungsabfall
der ganzen Eindampfanlage.
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Man sucht daher seit langem nach Maßnahmen zur Vermeidung von Verschmutzungen
der Verdamp£erheizfläche. Vergeblich bzw. mit nur geringem Erfolg wurde z. B. versucht,
durch elektrische Verfahren oder durch mechanische Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit
der einzudampfenden Lösung im Verdampfer dessen Heizfläche inkrustenfrei zu halten.
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Es ist ferner bekannt, beim Eindampfen von Sulfitablauge entstandene
Inkrusten mit Hilfe der Löslichkeitsreserve der Dünnlauge aufzulösen.
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Während die Sulfitablauge normalerweise z. B. von 5 auf 300 Be eingedampft
wird, schickt man während der Spülperiode bei annähernd gleicher Verdampfungsleistung
ein Vielfaches an Dünnlauge durch den Eindampfapparat, so daß die Lauge eine Eindickung
auf nur etwa 5,5° Be erfährt. Dabei sollen die vorher entstandenen Inkrusten durch
die noch nicht gesättigte Sulfitablauge gelöst werden.
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Es sind auch. Verfahren bekanng bei denen die Lösefähigkeit des Heizdampf-
bzw. Brüdenkondensates zur Beseitigung von Kristall- und Inkrustenausscheidungen
herangezogen wird. Die Wege von Lauge und Dampf werden dabei innerhalb des Verdampfers
umgekehrt, wenn die Flüssigkeitsseite der Eindampfanlage durch Ausscheidungen aus
dem Eindampfgut einen gewissen Grad von Verschmutzung erfahren hat. Durch diesen
Wechsel zwischen Heizdampf- und Laugenseite innerhalb des Verdampfers sollen die
während der Eindampfung flüssigkeitsseitig an der Heizwand gebildeten Inkrusten
entfernt werden Diese Einrichtungen weisen jedoch insofern einen Nachteil auf, als
die Auflösung bzw. Entfernung der Inkrusten durch den Dampf und durch das Dampfkondensat
naturgemäß erst eine gewisse Zeit nach dem »Kanalwechsel« erfolgt. Während dieser
Zeit bildet sich aber an der Laugenseite der Heizfläche erneut ein Belag. Die Heizfläche
ist also in keinem Zeitpunkt vollständig rein, der Wärmedurchgangswert der Heizflächen
daher nie auf voller Höhe.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Reinhaltung der Heizfläche von Verdampfapparaten ohne Unterbrechung des Eindampfbetriebes
und praktisch ohne Steigerung der Betriebskosten. Die Erfindung beruht auf der an
sich bekannten Lösefähigkeit von Kondenswasservorzugsweise von Brüdenkondensat -gegenüber
fast allen Inkrustenbildnern. Der beim Eindampfen von Ablauge der Sulfitzellstofferzeugung
oder von Schlempe der Spiritusgewinnung aus Melasse, Mais, Getreide usw. entstehende
Brüden bzw. das daraus gebildete Kondensat enthalten organische Säuren, oft auch
schweflige Säure, welche die Lösefähigkeit von reinem Kondenswasser gegenüber Inkrustenbildnern
(Calciumsulfat, -carbonat usw.) wesentlich erhöhen. Das beim Eindampfen der stark
schäumenden Ablauge der Natron- bzw. Sulfatzellstofferzeugung in das Brüdenkondensat
gelangende Alkali übt eine ähnliche Wirkung aus. Im Bedarfsfalle können dem Kondensat
Chemikalien zur weiteren Steigerung der Lösefähigkeit zugesetzt werden.
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Erfindungsgemäß werden die einzelnen Verdampfapparate; nur so lange
zum Eindampfen der Lösung in Betrieb gehalten, als dies ohne nennenswerte Verminderung
der Verdampfleistung möglich ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich auf der Flüssigkeitsseite
der Heizfläche des Verdampfers ein schwacher Belag zu bildern. Er ist zunächst weich
und für Kondenswasser bzw. Brüdenkondensat angreifbar. Dieser Verdampfkörper wird
nun mit Kondenswasser bzw. Brüdenkondensat so lange ausgekocht, bis der schwache
Belag in Lösung gegangen bzw. mechanisch abgeschwemmt ist.
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Um eine Betriebsunterbrechung in der Eindampfung zu vermeiden, wird
der eigentlichen Eind;ampfstation;die z. B. aus drei hintereinandergeschalteten
Eindampfkörpern bestehen mag - ein weiterer Verdampfkörper für die erfindungsgemäße
Behandlung der verkrusteten Heizfläche zugeordnet. Dieser letztere mag im folgenden
des besseren Verständnisses wegen mit »Reinigungsstufe« bezeichnet werden. Alle
Verdampfkörper sind hinsichtlich der Rohfleitungen für die einzudampfende Lösung,
für Heizdampf, Brüden und Kondensat umschaltbar angeordnet, und zwar derart, daß
jeder derselben nach Bedarf als Reinigungsstufe geschaltet werden kann. Während
des Eindampfbetriebes wird nacheinander jeder der sich in beginnender Verschmutzung
befindlichen Eindampfkörper an die Stelle des vorher durch Auskochen mit Brüdenkondensat
gereinigten (also als Reinigungsstufe in Betrieb gewesenen) Verdampfkörpers gesetzt«,
Der verschmutzte Verdampfkörper liegt hinter den eigentlichen, der Eindampfung der
Lösung dienenden Eindampfapparaten. Eine dreis tufige Vakunmeindampfanlage z. B.
wird auf diese Weise zu einer vierstufigen Gesamtanordnung. Sie unterscheidet sich
von einer solchen üblicher Bauart jedoch wesentlich dadurch, daß in den ersten drei
Druckstufen die zu verarbeitende Lösung eingedampft wird, in der letzten Reinigungsstufe
jedoch gleichzeitig Brüdenkondensat umläuft. Jeder Verdampfkörper arbeitet also
abwechselnd mit der Lösung und darauf mit Kondenswasser als der »einzudampfenden«
Flüssigkeit, während des letzteren Betriebsabechniftes wirkt er als Reinigungsstufe.
Eine Einbuße an Temperaturgefälle tritt nicht ein, da die einzudampfende Lösung
ihrer Zähflüssigkeit wegen im letzten Eindampfkörper meist eine Brüdentemperatur
von 50 bis 550 C erfordert. Die nachgeschaltete Reinigungsstufe arbeitet bei einer
Brüdentemperatur von 40 bis 450 C einwandfrei, da das in ihr umlaufende Kondenswasser
durch den Lösevorgang eine nennenswerte Steigerung der Viskosität nicht erfährt.
Die Eindampfanlage bleibt auf diese Weise in bezug auf Leistung und Wärmeverbrauch
dauernd- auf gleicher Höhe, da die Eindampfung der Lösung stets in Verdampfkörpern
mit reiner Heizfläche ererfolgt.
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Statt die Reinigungsstufe an das Ende der eigentlichen Eindampfstation
zu legen, kann sie dieser auch vorgeschaltet werden. Die Temperatur
des
Heizdampfes muß dann zwecks Aufbringung des zusätzlich erforderlichen Temperaturgefälles
um etwa 6 bis 100 C erhöht werden. Auch ist eine Pumpe zum tJberbrucken des Brüdenkondensates
aus der letzten Eindampfstufe in die Reinigungsstufe erforderlich. Diese Anordnung
kommt in erster Linie in Betracht, wenn die Art der Inkrustation eine Behandlung
bei höherer Temperatur erfordert oder Kühlwassermangel vorliegt.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt.
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Fig. I zeigt die Anordnung der Reinigungsstufe d als einer dreistufigen
Vakuumdampfstation a bis c nachgeschalteten Körper. In Fig. 2 liegt die Reinigungsstufe
d druckmäßig vor der eigentlichen Eindampfanlagea bis c. Die Anordnung nach Fig.
3 entspricht der bei Brüdenverdichtung gelegentlich verwendeten. Die Reinigungsstufe
d arbeitet wiederum unter vermindertem Druck.
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Fig. 4 zeigt die Anordnung der Brüden- bzw.
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Heizdampfrohrleitungen bei einer nach Fig. I geschalteten Anlage,
und in Fig. 5 endlich ist ein Umschaltventil zum Wechseln der Heizdampf- und Brüdenwege
dargestellt.
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Seine generelle Anordnung bei einer Eindampfanlage zeigt Fig. 6.
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Um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten, sind in die Fig.
I bis 3 beispielsweise Temperaturen eingetragen. In allen Figuren ist der Heizdampfeingang
mit k, jener für die einzudampfende Lösung mit I und der für Brüdenkondensat mit
n bezeichnet, der Ausgang für erstere trägt den Buchstaben m, jener für das die
gelöste Inlçrusten abführende Spülkondensat den Buchstaben o.
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Bei der Anordnung nach Fig I wird die Reinir gungsstufe d mit dem
Brüden aus der letzten Eindampfstufe c beheizt. Das Brüdenkondensat aus der Eindampfstufe
c tritt über die Leitung n nach der Reinigungsstufe d über, läuft in dieser um und
verläßt sie mit Inkrustenbildnern beladen über das Rohr o. Der aus der Stufe d kommende
Brüden wird im Kondensator e niedergeschlagen. Der letztere wird mittels eines Dampfstrahlverdichters
g nach dem mit etwa der Betriebstemperatur des letzten Eindampfkörpers c arbeitenden
Kondensators f zu entlüftet. Das Uberströmventil i laßt einen etwa vorhandenen BrüdenübenschuB
aus der Eindampfstufe c nacn dem Kondensator f übertreten.
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Ein solcher wird vor allem beim Ein- und Ausschalten des gereinigten
bzw. des zu reinigenden Verdampfers vorhanden sein.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird die der eigentlichen Eindampfanlage
a bis c vorgeschaltette Reinigungsstufe d mit dem aus dem Heizkörper des Verdampfers
c entnommenen Brüdenkondensat gespeist, nachdem es vorher mittels des aus dieser
Stufe ablaufenden Kondensates im Wärmeaustauscher h vorgewärmt worden ist.
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Die Anordnung der Reinigungsstufe d ist bei der Schaltung nach Fig.
3 die gleiche wie bei. Fig. I, und im Bedarfsfalle kann auch hier ein Hilfskondensator
(entsprechend f der Fig. I) vorgesehen werden, der über ein Abströmventil i den
dauernd oder zeitweise etwa vorhandenen Brüdenüberschuß aus dem Eindampfkörper c
aufnimmt.
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Soll beispielsweise die erste Verdampferstufea einer Anlage nach
Fig. I gemäß dem neuen Verfahren durch Auskochen gereinigt werden, so sind bei einer
Anordnung der Heizdampf- und Brüdenleltnngen nach Fig. 4 die Absperrorgane I, 3,
6, 8, I0, I2, I3, I5, I7, I8 und 20 geschlossen, die übrigen offen. Beim Reinigen
des Eindampfkörpers b sind die Ventile 2, 4, 5, 7, 9, 12, 13, 15, I7, I8 und 20
gescElossen usw.
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Bei der Rohrleitungsanordnung nach Fig. 4 können die auf den Brüdenkörpern
a bis d bzw. den zugeordneten Heizkörpern at bis d1 sitzenden Absperrorgane für
Dampf vorteilhaft zu je einem Wechselventil nach Fig. 5 zusammengefaßt werden. Dasselbe
läßt sich mit einer durch Druckluft, Druckwasser oder -öl oder auch mittels Elektromotor
bzw. Elektromagnet arbeitenden Fernsteuerung ausstatten. Das mehrteilige Gehäuse
p, q trägt drei Stutzen r, s und t. Der Stutzen r ist an den Ausgang eines Brüdenkörpers
a bis d bzw. an den Eingangsstutzen eines der Heizkörper at bis dt angeschlossen.
Die Stutzen s und t jedes dieser Ventile werden sinngemäß mit der Rohrleitung verbunden.
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Das Wechseln der Dampfwege vom Eingangsstutzen r aus - nach den Ausgängen
s oder t geschieht nach Fig. 5 durch Verschieben des Ventiltellers u in der einen
oder anderen Richtung bis zum Aufsitzen auf dem betreffenden Ventilsitz. Es erfolgt
kraftschlüssig durch den Kolben w, der mit dem Teller u durch eine Kolbenstange
v verbunden rist. Das Verstellen dieser letzteren im Zylinders erfolgt mittels des
im Gehäuse z dichtschließend und drehbar angeordneten Steuerorgans y. Das Betriebsmedium,
z. B. Druckluft, strömt in der in Fig. 5 dargestellten Stellung aus der Leitung
aa über das Rohr da in den Zylinderx und treibt den Kolben w und damit den Ventilteller
u gegen den am Stutzen s sich befindlichen Ventilsitz. Der Dampf bewegt sich dann
in dem am Heizkörper sitzenden Ventil vom Stutzen t gegen den Stutzen r zu. In dem
am Brüdenkörper sitzenden Ventil nach Fig. 5 dagegen strömt der Dampf über den Stutzen
t aus. In der rechten Endlage des Ventiltellers u tritt der Dampf über den Stutzen
s ein bzw. aus.
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Während der Kolben im Zylinderx sich, in Fig. 5 gesehen, nach links
bewegt, entweicht aus dessen linker Zylinderseite die darin eingeschlossen gewesene
Druckluft über das Rohr ca und den Auspuffstutzen ba ins Freie. In den letzteren
kann ein Drosselorgan zum Einstellen der Geschwindigkeit des Steuervorganges eingebaut
sein. Die am Heiz-bzw. Brüdenkörper eines Verdampfapparates, z. B. bJb, sitzenden
Weciselventile können durch eine geeignete Verbindung ihres Steuerorgans x/y bzw.
der Impuls leitungen ca und da miteinander gekuppelt sein. Die Steuerung sämtlicher
Wechselventile nach Fig. 5 für Heizdampf und Brüden kann, ebenso wie ähnliche (ea
in Fig. 6) für die einzudampfende Lösung und das Brüdenkondensat,
auf
einer entfernt gelegenen Schalttafel angeordnet sein.
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Es versteht sich von selbst, daß das Verfahren sowie die beschriebene
Vorrichtung zu dessen Ausführung sinngemäß auch bei anderen Wärmeaustauschern, z.
B. bei Vorwärmern, angewendet werden können.