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Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten
Nach dem
Hauptpatent werden Flüssigkeiten, insbesondere Säure oder Alkali enthaltende Lösungen
oder Salzlösungen, derart eingedampft, daß die Flüssigkeit im Kreislauf durch einen
Verdampfer und ein Heizsystem geführt wird, welches wesentlich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
im Verdampfkörper angeordnet ist. Im Kreislauf strömt die Flüssigkeit aus dem Verdampfer
von oben nach unten durch das Heizsystem und gelangt unten aus dem Heizsystem durch
ein Steigrohr in den Verdampfer zurück. Die Zirkulation der Flüssigkeit wird durch
Luft bewirkt, die in den untersten Teil des Steigrohres eingeleitet wird. Bei diesem
Verfahren wird im Heizsystem die einzudampfende Flüssigkeit erwärmt, ohne daß es
im Heizsystem zur Dampfhlasenbildung kommt. Dies hat den großen Vorteil, daß die
einzudampfende Flüssigkeit an keiner Stelle, z. B. durch eine übermäßige Verdampfung
in einem oder mehreren Heizrohren, überkonzentriert wird und dadurch das Material
des Heizsystems oder Heizkörpers angreift. Dadurch, daß eine Salzausscheidung, verbunden
mit der Konzentrationserhöhung in den Heizrohren, unterdrückt wird, bleiben die
Heizkörper blank, so
daß Leistungsverminderungen der Anlage und
Betriebsausfälle auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Um den Heizdampfverbrauch
zu erniedrigen, wird nach dem Hauptpatent zweckmäßig mit Brüdenverdichtung gearbeitet.
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Durch die Erfindung wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter
erhöht bei billigsten ETerstellungskosten der Apparatur.- Dies gelingt durch die
Verwendung eines besonders ausgebildeten Verdampfers, der in zwei oder mehr Stufen
unterteilt ist, die mit verschiedenem Druck, vorteilhaft Unterdruck, betrieben werden.
Jeder dieser Stufen ist ein Heizsystem zugeordnet. Dieses besteht zweckmäßig aus
einem senkrechten Heizkörper, der wesentlich unter dem Flüssigkeitsspiegel des Verdampfers
liegt. Aus mindestens einem der Heizkörper wird die erwärmte -Flüssigkeit durch
ein Steigrohr in eine der Verdampferstufen geleitet, wobei die Zirkulation der Flüssigkeit
durch ein in das Steigrohr eingeleitetes gasförmiges Mittel, z.B.
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Luft, Wasserdampf od. dgl., hervorgerufen wird.
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Sind zwei oder mehr Steigrohre vorgesehen, so münden sie zweckmäßig
in verschiedene Stufen des Verdampfers. Die einzelnen Stufen des Verdampfers sind
z.B. durch Uberlaufrohre miteinander verbunden, die so ausgebildet sind, daß ein
Druckausgleich zwischen den einzelnen Stufen nicht möglich ist, andererseits jedoch
die einzudampfende Flüssigkeit ungehindert von einer Stufe in die andere gelangen
kann.
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Beispielsweise wird die einzudampfende Flüssigkeit nacheinander durch
alle Verdampferstufen geführt. Jede Stufe gibt an die folgende durch ein Überlaufrohr
Flüssigkeit in dem Maße ab, wie ihr Flüssigkeit aus der vorhergehenden Stufe oder
aus einer Zuleitung für z.B. frische einzudampfende Flüssigkeit zuströmt. Für jede
Stufe ist außerdem ein Flüssigkeitskreislauf vorgesehen, der aus der Verdampferstufe
abwärts durch ein Heizsystem und aufwärts durch ein Steigrohr in dieselbe Verdampferstufe
zurückführt und in dem die Flüssigkeit durch unten in das Steigrohr eingeführte
Luft oder andere gasförmige oder dampfförmige Nilittel in Bewegung gehalten wird.
Zur Beheizung der Heizsysteme werden teils die Brüden der Verdampferstufen, teils
besonders zugeführter Heizdampf verwendet. Aus der letzten Verdampferstufe wird
die konzentrierte Flüssigkeit abgezogen. Die Brüden der Stufe, die mit der niedrigsten
Temperatur arbeitet, werden in bekannter Weise kondensiert.
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In vielen Fällen, beispielsweise bei der Konzentration von in Zellwolle-
oder Kunstseidefabriken anfallenden Spinnbadflüssigkeiten, wird ein Vielfaches der
zu verdampfenden Wassermenge in Form von Flüssigkeit dem Verdampfkörper zugeleitet,
um beispielsweise zu hohe Konzentrationen der einzudampfenden Flüssigkeiten und
dadurch hervorgerufene Salzausscheidmlgen zu vermeiden.
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Hier wird nun erfindungsgemäß die einzudampfende Flüssigkeit nicht
an einer Stelle in den Verdampfer eingeführt, so daß sie nacheinander die einzelnen
Verdampferstufen durchläuft, sondern es wird jcde Verdampferstufe für sich mit einzudampfender
Flüssigkeit betrieben. Dadurch wird die Wärmewirtschaftlichkeit der Anlage wesentlich
verbessert.
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Sie läßt sich zusätzlich noch weiter erhöhen, dadurch, daß die Flüssigkeit,
bevor sie in eine Verdampferstufe eintritt, durch Wärmeaustausch mit der die Stufe
verlassenden konzentrierten: Flüssigkeit erwärmt wird. Dadurch gelingt es, einen
großen Teil der Wärme einzusparen, die für die Erwärmung der verhältnismäßig großen
Mengen der frisch in die Verdampferstufe gelailbrenden Flüssigkeit erforderlich
ist.
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Man kann auch die Flüssigkeit aus der letzten oder einer der letzten
Verdampferstufen durch mehrere Heizsysteme abwärts und aufwärts durch ein Steigrohr
oder mehrere in die erste oder eine der ersten Verdampferstufen und durch die zwischen
dem Austritt und dem Eintritt der umlaufenden Flüssigkeit liegenden Stufen kreisen
lassen oder die verschiedensten Kombinationen dieser beiden Kreislaufsysteme vorsehen.
Den Verdampferstufen ist bei Kreislauf der Flüssigkeit durch zwei oder mehr Verdampferstufen
vorteilhaft je ein Heizsystem in der Weise zugeordnet, daß die Brüden der Verdampferstufen
als Heizmittel in den Heizsystemen verwendet werden.
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In der Zeichnung sind beispielsweise und schematisch zwei verschiedene
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.
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Der dreistufige Eindampfapparat nach Abb. 1 besteht aus einem z.B.
zylindrischen Behälter I, der durch die Wände 2 und 3 beispielsweise in drei Kammern
e, b, c unterteilt ist. Bei 4 tritt die einzudampfende Lösung in die Kammer a ein.
5, 6 und 7 sind die Heizkörper der Stufen a, b, c und 8, 9, 10 die Steigrohre, in
welche bei II, 12 und I3 eine geringe Menge Luft eingeleitet wird, um in jeder Stufe
die Flüssigkeit in Umlauf durch den Verdampferkörper und das zugehörige Heizsystem
zu halten. Die Zirkulation der Flüssigkeit erfolgt hierbei, entgegengesetzt dem
sonst üblichen Prinzip, von oben nach unten durch die Heizrohre.
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Beispielsweise strömt also im Heizkörper 5 der ersten Verdampferstufe
- und analog in den Heizkörpern der folgenden Stufen - aus dem Verdampferkörper
kommende Lösung durch die Heizrohre zwecks Erwärmung abwärts und wird darauf durch
das Steigrohr 8 in die Kammer 15 ausgeworfen und dort unter teilweiser Verdampfung
entspannt und abgekühlt. Der Heizkörper 5 wird mit Frischdampf oder Gegendruckdampf
betrieben, der bei 14 in das Heizsystem eintritt und dessen Kondensat das Heizsystem
bei 46 verläßt.
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Der Dampfraum jeder Verdampferstufe ist durch eine nicht bis in die
Flüssigkeit reichende Wand in zwei Kammern unterteilt. Das Steigrohr 8 mündet in
die Kammer I5, und es werden die bei der Ausdampfung in der Verdampferstufe a entstehenden
Brüden aus der Kammer I6 abgezogen, die gleichzeitig einen Beruhigungsraum darstellt,
so daß mit den abziehenden Brüden nur Spuren der einzudampfenden Flüssigkeit in
Form von Tröpfchen
mitgerissen werden. Durch die Leitung I7 wird
der Dampf oder Brüden aus der Kammer I6 der ersten Verdampferstufe dem Heizkörper
6 der zweiten Verdampferstufe zugeführt, in dem er kondensiert.
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In der zweiten Verdampferstufe geht der Flüssigkeitskreislauf durch
den Heizkörper 6 und das Steigrohr g, und es erfolgt die Ausdampfung der erwärmten
kreisenden Flüssigkeit zum großen Teil in der Kammer r8. Der entstehende Dampf wird
aus der Kammer 19 über die Leitung 20 nach dem Heizkörper 7 der letzten Stufe c
geleitet, in der sich die Umwälz- und Verdampfvorgänge in der beschriebenen Weise
wiederholen. 47 und 48 sind die Kondensatabführungen der Heizkörper 6 und 7.
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Der in der letzten Stufe c entstehende Brüden M ird durch die Leitung
21 in den Kondensator 22 geführt und dort durch Kühlwasser, das bei 23 eintritt,
niedergeschlagen. Die Entliiftung des Kondensators 22 erfolgt zweckmäßig mittels
einer Luftpumpe 24 unter Zwischenschaltung eines druckerhöhenden Dampfstrahlapparates
25, dessen Dämpfe in dem Zwischenkondensator 26 kondensiert werden, dem das Kühlmittel
durch die Leitung 23 a zugeführt wird. Die einzudampfende Flüssigkeit strömt durch
die Überlaufrohre 27 und 28 aus einer Stufe in die folgende, um schließlich bei
29 mit der gewüllschten Konzentration abgeleitet zu werden. Durch die Anordnung
dieser Überlaufrohre ist es möglich, mit etwa gleichem Flüssigkeitsstand in den
einzelnen Stufen zu arbeiten, da sich die Druckdifferenz zwischen den einzelnen
Verdampferstufen in den Rohren 27 und 28 ausgleichen kann. Diese Maßnahme ist wichtig,
da bei der Umwälzung der Flüssigkeit mit Luft oder anderen inerten Gasen oder Dämpfen
die geförderte Menge von der Eintauchtiefe abhängig ist, d. h. von der Höhendifferenz
zwischen Flüssigkeitsspiegel im Eindampfapparat und der untersten Stelle, an der
das Fördermittel in das Steigrohr eingeleitet wird. Durch die Anordnung der Überlaufrohre
gelingt es, diese Höhendifferenz für alle Verdampferstufen etwa gleich groß zu halten
und dadurch eine gleichmäßige Umwälzung der Flüssigkeit in allen Verdampferstufen
zu erzielen, die für eine gute Verdampfungsleistung von erheblicher Bedeutung ist.
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Soll die Anlage so betrieben werden, daß jeder Verdampferstufe einzudampfende
Flüssigkeit zugeführt wird und die Flüssigkeit nicht aus einer Verdampferstufe in
eine andere gelangt, so sind die Überlaufrohre 27 und 28 überflüssig. Sie kömlen
durch Ventile od. dgl. abgesperrt werden oder fortfallen. Die in der Stufe n einzudampfende
Fifissigkeit tritt dann bei 52 in den Wärmeaustauscher 53, in dem sie durch die
eingedampfte Flüssigkeit vorgewärmt wird. Diese verläßt die Stufe a durch die Leitung
54, fließt getrennt von der einzudampfenden Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher
53 und aus diesem bei 69 ab, während die einzudampfende Flüssigkeit nach Aufnahme
von Wärme aus der abfließenden konzentrierten Flüssigkeit aus dem Wärmeaustauscher
53 durch die Leitung 62 in die Stufe a gelangt. In derselben Weise wird aus der
Stufe b die konzentrierte Flüssigkeit durch die Leitung 55 und einen Wärmeaustauscher
56 bei 63 abgeleitet. Diesem strömt bei 57 die einzudampfende Flüssigkeit zu, um
nach Wärmeaufnahme im Wärmeaustauscher 56 der Stufe b zugeführt zu werden. Die mit
der niedrigsten Eindampftemperatur betriebene Stufe c kann die einzudampfende Flüssigkeit
durch die Leitung 59 ohne Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers erhalten.
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Um eine gute Umwälzung der Flüssigkeit durch die Verdampfer und die
Heizkörper zu erzielen, werden die Heizkörper mindestens etwa I m unterhalb des
Flüssigkeitsspiegels im Verdampfer angeordnet. Dabei empfiehlt es sich, die Anordnung
so zu treffen, daß die tiefste Stelle der Heizkörper etwa 3 m tiefer als der Flüssigkeitsstand
in den Verdampfern ist. Zweckmäßig sind noch größere Höhenunterschiede. Die Entlüftung
der Heizkörper erfolgt durch die Einrichtungen 43, 44 und 45.
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Die Anordnung der Eindampfanlage nach Abb. 2 hat insbesondere den
Vorteil, daß nur sehr geringe Luftmengen für die Zirkulation der Flüssigkeit erforderlich
sind. In Abb. 2 ist wiederum I der Verdampfer, der durch die Trennwände 2 und 3
beispielsweise in drei Druckstufen a, b, c unterteilt ist.
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Die einzudampfende Flüssigkeit wird bei 4 zugeführt. Die Heizkörper
5, 6 und 7 sind übereinander angeordnet.
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Der Heizkörper 5 wird mit bei 14 zugeführtem Frischdampf oder Gegendruckdatnpf
betrieben. In den Heizkörpern 6 und 7 dienen Brüden als Heizmittel, die in das Heizsystem
des Heizkörpers 6 aus der Kammer 34 der Stufe a durch die Leitung I7 und in das
Heizsystem des Heizkörpers 7 durch die Leitung 20 aus der Kammer 36 der Stufe b
gelangen.
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Die einzudampfende Flüssigkeit fließt aus der letzten Stufe c des
Verdampfers abwärts durch alle Heizkörper und wird unten aus dem Heizkörper 5 durch
die Steigleitung 3r mittels bei 32 zugeführter Luft in die Kammer 33 gefördert,
wo teilweise Entspannung, Verdampfung und Abkühlung eintritt. Die Flüssigkeit strömt
aus der Stufe a durch das Überlaufrohr 27 in die zweite Stufe b des Verdampfers,
worin sie weiter entspannt, teilweise verdampft und abgekühlt wird. Aus der Stufe
b gelangt sie durch das Überlaufrohr 28 zwecks weiterer Eindampfung in die Stufe
c, die in der gleichen Weise ausgebildet ist und wirkt wie die Stufen a und b.
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Ein Teil der Flüssigkeit kehrt aus der Stufe c in den Kreislauf zurück.
Ein anderer Teil der Flüssigkeit wird bei 29 als Konzentrat abgezogen. Der in der
dritten Stufe des Verdampfkörpers entstehende Dampf geht über die Rohrleitung 21
in den Kondensator 22. Die Kondensation kann in der gleichen Weise wie nach Abb.
I ausgebildet und mit Einspritzkondensatoren 22 und 26, Dampfstrahlapparat 25, Kühlwasserzuführungen
23 und 23a, barometrischem Fallrohr 40 mit Anschluß 41 an den Kondensator 26 und
Luftpumpe 24 ausgestattet sein.
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Zur Unterstützung der Umwälzleistung kann in der Leitung 3I ein Propeller
oder dergleichen Fördermittel 49 angeordnet werden, der von außen von einem Motor
oder dergleichen Aggregat 50 an-
getrieben wird. Weiterhin kann
beispielsweise in die zweite und dritte Verdampferstufe durch die Leitung 51 Luft
eingeführt werden, um die zu entspannende Flüssigkeit zum Zwecke einer guten Al,-kühlung
in die Kammer 35 bzw. 37 hochzuwerfen.
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Die Verdampfung kann unter normalem Druck, Überdruck oder Unterdruck
von z. B. bis zu einem absoluten Druck von 20 mm/Hg durchgeführt werden. Besonders
vorteilhaft sind absolute Drücke von 30 bis 500 mm/Hg.