DE974903C - Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Fluessigkeiten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Fluessigkeiten

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DE974903C
DE974903C DEM11660A DEM0011660A DE974903C DE 974903 C DE974903 C DE 974903C DE M11660 A DEM11660 A DE M11660A DE M0011660 A DEM0011660 A DE M0011660A DE 974903 C DE974903 C DE 974903C
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DE
Germany
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liquid
evaporator
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stage
evaporated
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DEM11660A
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English (en)
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Karl Ebner
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GEA Group AG
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Metallgesellschaft AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/26Multiple-effect evaporating

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • Luft, Wasserdampf od. dgl., hervorgerufen wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung sind beispielsweise und schematisch zwei verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die einzudampfende Flüssigkeit wird bei 4 zugeführt. Die Heizkörper 5, 6 und 7 sind übereinander angeordnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRUCHE I. Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeiten, insbesondere Säuren oder Alkali oder Salze enthaltenden Lösungen, nach Patent 973 533, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung in zwei oder mehr Stufen, die mit verschiedenen Drücken arbeiten, in der Weise durchgeführt wird, daß die einzudampfende Flüssigkeit aus dem Verdampfer abwärts strömend erhitzt wird und daß sie mittels Luft oder eines anderen gasförmigen Mittels durch eine oder mehrere Leitungen in den Verdampfer zurückgefördert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampferstufe ein Heizsystem zugeordnet ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus jeder Stufe durch ein Heizsystem abwärts geführt und unten aus dem Heizsystem durch ein Steigrohr mittels eines gasförmigen Mittels, z.B.
    Luft, Wasserdampf od. dgl., wieder in dieselbe Verdampferstufe zurückgeführt wird, aus der sie kam.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch zwei oder mehr Verdampferstufen und anschließend durch zwei oder mehr untereinanderliegende Heizsysteme derart im Kreislauf geführt wird, daß sie unten aus dem untersten 1 Heizsystem durch ein Steigrohr - oder mehrere - in eine Verdampferstufe, zweckmäßig in diejenige, von der der Kreislauf seinen Ausgang nahm, mittels eines gasförmigen Mittels zuriickgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verdampferstufen entstehenden Brüden für die Erwärmung der einzudampfenden Flüssigkeit ausgenutzt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verdampferstufen oder in einem Teil derselben die einzudampfende erwärmte Flüssigkeit in den Dampfraum der Stufen verteilt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brüden aus den Verdampferstufen derart abgezogen werden, daß sie möglichst wenig Flüssigkeitsteilchen mit sich und in die Heizsysteme der Heizkörper bzw. die Kondensation fiihren.
  8. S. Verfahren nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Ausdampfleistung in die einzelnen Stufen des Verdampfers zusätzlich Luft unmittelbar an der Stelle eingeleitet wird, an der die einzudampfende Flüssigkeit eintritt, insbesondere von einer Stufe in die andere übertritt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Stufen entstehende Brüden, mit Ausnahme der Brüden der letzten Stufe, zum Eindampfen der Flüssigkeit in den nachfolgenden Stufen Verwendung finden.
  10. IO. Verfahren nach Anspruch I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampferstufe frische einzudampfende Flüssigkeit zugeführt und Flüssigkeit als Konzentrat entnommen wird und daß die frisch in die Stufen oder einen Teil der Stufen einzuführende Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit der abfließenden konzentrierten Flüssigkeit erwärmt wird.
  11. 11. Vorrichtung zur Ausführung des Verrahrens nach Anspruch I bis IO, gekennzeichnet durch einen in mehrere Stufen unterteilten, zweckmäßig zylindrischen Verdampfer, durch Überlaufrohre, die die einzelnen Stufen miteinander verbinden, durch wesentlich tuterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Heizkörper, die durch ein oder mehrere Steigrohre mit einer oder mehreren Verdampferstufen derart verbunden sind, daß die zu erwärmende Flüssigkeit von oben nach unten durch die Heizkörper fließt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Heizkörper senkrecht untereinander, wesentlich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Verdampfer angeordnet sind.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch ii und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die I)ampfräume der Stufen durch nicht bis in die Flüssigkeit hinein reichende Wände unterteilt sind und daß die Flüssigkeitszuführung unter der oder in eine der durch die Unterteilung geschaffene Kammer mündet und daß der Brüdenab ug an die andere Kammer angeschlossen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch II bis I3, gekennzeichnet durch mehrere untereinander angeordnete Heizsysteme und Einrichtuligen für die Führung eines Flüssigkeitskreislaufes durch alle untereinanderliegenden Heizsysteme.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch II bis 1 b gekennzeichnet durch eine mechanisch wirkende Fördervorrichtung, die in dem bzw. den Steigrohren angeordnet ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 562 496, 564 879, 689 246.
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