FI65375C - Saett vid aoterkompressionsindunstning av en loesning - Google Patents

Description

65375 SÄTT vid aterkompressionsindunstning av en lösning Föreliggande uppfinning avser ett sätt för indunstning av en lösning med användning av Äterkompressionsindunstnings-anläggning bestAende av en eller flera indunstningsenheter och eventuell anordning for destination av samma lösning eller annan vätska.

ÄndamAlet med föreliggande uppfinning är att vid Aterkompressionsindunstning av en lösning höja dess torrsubstanshalt avsevärt högre än vad hittills värit praktiskt möjligt och utan att för den skull öka energibehovet i Aterkompressions-indunstni ngen.

Koncentrering av lösningar genom indunstning förekommer i stor utsträckning inom olika industrier. I t.ex. cellulosa-industrin indunstas Stora mängder restlut frAn kokprocessen. Den indunstade luten förbränns sedan i en panna där Anga produceras och frAn vilken de i luten inglende oorganiska kemikalierna tages tillvara för framstal1ning av nya kok-kemikalier. För närvarande är den s.k. f 1erstegsindunstningen den vanligaste typen av indunstningsanläggning.

Under de senaste Aren har bräns1epriserna stigit mycket snabbt och betydligt snabbare än priset pA elektriciteten. Detta har medfört att den andra huvudtypen av indunstningsanl äggning, d.v.s. Äterkompress i ons i ndunstningsanläggningen i mAnga fall blir betydligt fördelaktigare än flerstegs-i ndunstni ngen.

I dessa bAda huvudtyper av indunstningsanläggningar tillförs den för förAngningen av 1ösningsmedlet (i allmänhet vatten) erforderliga värmen tili lösningen genom en värmeyta. PA den ena sidan av denna värmeyta strömmar lösningen som skall indunstas och pA den andra sidan kondenserar en Anga med högre kondensationstemperatur än lösningens temperatur.

2 65375

En lösnings viskositet ökar i allmänhet avsevärt när den genom indunstning koncentreras. När lösningens viskositet stiger försämras värmeöverföringen varför större värmeyta och/eller större temperaturdifferens mellan kondenserade änga ooh lösning erfordras.

Vid indunstning av en lösning till hög koncentration uppstär ofta även utfällningar av oorganiskt och/eller organiskt material som i form av s.k. inkruster i stor utsträckning fastnar pä värmeytan och ytterligare försämrar värmeöver-gängen samt medför att man regelbundet mäste rengöra indunst-ningsenheten ifräga.

Kokpunktsförhöjningen för en lösning - d.v.s skillnaden mellan den kokande lösningens temperatur och den bildade Ingans kondensat1onstemperatur - ökar även med stigande koncentration.

Dessa fysikaliska fenomen gör att säväl investeringskost-naderna som driftkostnaderna räknat per mängd avdunstat 1ösningsmedel ökar kraftigt ju mera koncentrerad den lösning som skall indunstas blir. Pä grund av detta är den ekonomiska och praktiska gränsen vid indunstning av t.ex. svartlut för närvarande en slutkoncentration pä ca. 65 % torrsubstanshalt trots att det ur förbränningsteknisk och värmeekonomisk syn-vinkel vore önskvärt att kunna driva indunstningen betydligt längre. För indunstning av svartlut över ca. 60 % torrsubstanshalt fordras dessutom normalt även s.k. tvängs-cirkulationsindunstningsenheter som investerings- och drifts-mässigt är dyrare än t.ex. Kestner-enheter som kan användas för indunstning upp tili ca. 60 % torrsubstanshalt.

Den finska utläggningsskriften 51 835 beskriver en äterkom-pressionsindunstningsanläggning för en lösning i vilken 65375 vätskan indunstas i tvä steg av vilka det första steget är försett med en äterkompressionsanläggning för att mekaniskt komprimera de ängor som avgär frän det första indunstnings-steget och äterföra dessa med ett överskott av värme som indirekt uppvärmningsmedium för indunstning av ytterligare lösning i detta första steg, varvid överskottsängan frän det första steget används för indunstning av lösning i det andra steget.

I en äterkompressionsindunstningsanläggning blir den komprimerade ängan emellertid betydligt överhettad. Som känt är värmeöverföringen vid kondensering av en överhettad änga längsammare än vid kondensering av en mättad änga om över-hettningen är betydande. I en äterkompressionsindunstnings-anläggning är det därför normalt att ängans överhettning avlägsnas genom befuktning av densamma med kondensat innan den leds in till 1ndunstningsenheten för kondensation.

Föreliggande uppfinning avser att minska svärigheterna pä grund av hög viskositet, kokpunktsförhöjning och inkrusteringar vid indunstning av lösningar säsom t.ex. svartlut tili hög koncentration.

De huvudsakliga kännetecknen för uppflnningen framgär ur bifogade patentkrav 1.

Enligt uppfinningen koncentreras lösningen sälunda först genom indunstning pä känt sätt i en äterkompressionsindunst-ningsanläggning där för indunstningen erforderllg värme till-föres lösningen indirekt genom en värmeyta genom kondensation av änga pä värmeytan i en eller flera indunstningsenheter. Denna änga utgörs av den änga som i huvudsak bildas vid indunstning av lösningen i ovannämnda indunstningsenheter, men vars tryck och temperatur höjts genom kompression för att erhälla erforderlig drivande temperaturdifferens över värmeytan. Vid denna kompression blir ängan starkt överhettad, 4 65375 d.v.s. dess temperatur stiger betydligt mera än dess mätt-ningstemperatur (kondensationstemperatur). Ju lägre kompressorns verkni ngsgrad är desto större blir förhällandet mellan dessa temperaturstegringar. Vid 70 % verkningsgrad, som är ett normalvärde för en god centrifuga1kompressor, blir stegringen av ängans temperatur ca. 4,6 gänger större än stegringen av ängans mättningstemperatur. Om t.ex. mättad änga av 100°C komprimeras sä mycket att dess kondensations-temperatur stiger tili 124°C, stiger dess tempratur tili 210°C.

Enligt föreliggande uppflnning utnyttjas denna överhettning hos den komprimerade ängan för slutindunstning av den pä ovan angivet sätt förindunstade lösningen. Denna indunstning erhälles genom att lösningen i finfördelad form blandas med den överhettade ängan. Härvid sker ett värme- och material-utbyte mellan lösningen och ängan. Vid termodynamisk jämnvikt är lösningens temperatur samma som ängans temperatur och sä mycket högre än ängans kondensatlonstemperatur som lösningens kokpunktsförhöjning blir efter att lösningen pä detta sätt indunstats. Pä grund av den Stora kontaktytan mellan lösningen och ängan närmar sig blandningen snabbt termo-dynamisk jämvikt. Denna direkta indunstning sker därför mycket snabbt varför lösningen efter kort uppehällstid kan separeras frän ängan.

Efter denna separation är ängans överhettning nägot större än den indunstade lösningens kokpunktsförhöjning. Denna överhettning kan pä känt sätt avlägsnas genom att ängan becuktas med kondensat innan den leds tili indunstningsenheterna.

Under denna direkta indunstning har lösningens temperatur och dess ängtryck stigit. Lösningen kan därför ytterligare indunstas utan tillförsel av värme genom att leda den tili ett expansionskärl som med en ängledning stär i förbindelse med t.ex. kompressorns sugledning.

5 65375 Sättet enligt uppfinningen uppvisar flera fördelar: 1. Genom att s 1utindunstningen av lösningen sker med varrne tillförd direkt frln overhettad 3nga och genom efterföljande expansion av lösningen elimineras problemet med inkrustering av värmeytorna. Enligt föreliggande sätt kan lösningen därför indunstas till högre siutkoncentration än vad som är ekonomiskt och praktiskt möjligt med känd teknik.

2. Genom att för siutindunstningen av lösningen utnyttjas potentialen hos overhettad änga för att uppvarma och partiellt föränga vätska, sker denna slutindunstning utan tillförsel av extra energi. I känd teknik utnyttjas ej denna potential for indunstning av lösningen utan gär förlorad när den överhettade ängan kondenserar i 1ndunstningsenheterna eller när den befuktas med kondensat.

3. Erforderlig utrustning är enkel och bestär av: a) Pump och dysa eller annan anordning för finfördelning av lösningen och inblandning tili den överhettade ängan.

b) Syklon eller annan anordning för ätersepareri ng av lösningen frän ängan.

c) Expansionskärl för expansionsindunstning av het lösning.

Föreliggande uppfinning beskrives i det följande mera detaljerat med hänvisning tili bifogade ritningar, i vilka figur 1 illustrerar ett diagram som visar hur viskositeten för en typiskt restlut frän sulfatcellulosaprocessen (s.k. svartlut) beror av restlutens torrsubstansnalt och temperatur, figur 2 illustrerar ett diagram som visar kok-punktsförhöjningens (°C) beroende av torrsubstanshalten (%) för en typisk svartlut och figur 3 illustrerar ett principiellt f 1ödesschema av utloppsändan hos en äterkom-press1ons1ndunstningsanläggnlng, som modifierats sä att sättet enligt uppfinningen utnyttjats däri.

6 65375 I figur 3 betecknar hänvisningssiffran 1 den sista i ndunst-ningsenheten i en Iterkompressionsindunstningsanläggning bestlende av en eller flera enheter. Indunstningsenheten 1 är försedd med en inloppsledning 9 för lösnlng samt en ut-loppsledning 10 för i indunstningsenheten 1 indunstad lösning. Lösningen tillförs värme indirekt i 1ndunstnings-steget 1 medelst Inga 13 frln Iterkomp ressi onsanl a'ggni ngen eller frln nlgot föreglende indunstningssteg. Kondensat uttages frln indunstningsenheten 1 via ledningen 14. Frln lösningen p.g.a. den indirekta värmeöverförningen avglende Inga avledes frln indunstningsenheten 1 medelst rörledningen 15.

Hänvisningssiffran 4 betecknar en cistern för den upp-koncentrerade lösningen, hänvisningssiffran 6 betecknar en Iterkompressionsanläggning för komprimering av Ingan frln det sista indunstningssteget 1 och eventuellt även andra indunst-ningsenheter. Normalt är Iterkompresssionsanläggningen (6) av "mekanisk" natur d.v.s. en eller flera i serie kopplade t.ex. centrifuga1kompressorer men kan även vara av "termisk" natur d.v.s. en eller flera i serie kopplade ejektorer med Inga av högre tryck som drivande medium.

Tili skillnad frln tidigare kända Iterkompressionsindunstni ngsanl äggni ngar ledes den uppkoncentrerade och medelst rörledningen 10 frln den sista indunstningsenheten 1 uttagna lösningen ej direkt tili förrldsbehll1 aren 4, utan vätskan i rörledningen 10 leds först tili en dysa 7 dar den finfördelas och blandas med den komprimerande och överhettade Ingan frln Iterkompress1onsanläggningen 6, som medelst rörledningen 18 är förbunden med dysan 7, varefter blandningen ledes medelst rörledningen 17 frln dysan 7 tili syklonen 2 för Iter-separering av den ytterligare uppkoncentrerade lösningen frln den kylda Ingan som leds vidare via rörledningen 18 tili en eller flera indunstningsenheter t.ex. indunstningsenhet 1 via rörledningen 13. Den uppkoncentrerade vätskan leds frln 7 65375 syklonen 2 via röMedningen 11 till ett expans i onsk ärl 3 för expansionsindunstning av den heta uppkoncentrerade lösningen, som slutligen via rörledningen 12 leds till cistern 4. Den vid expansionsindunstningen i expansionskärlet 3 uppstlende ängan leds via rörledningen 20, som direkt eller indirekt stär i förbindelse med äterkompressionsanläggningens sug-ledning 8.

Exempel

Till hur mycket högre siutkoncentration man med sättet enligt uppfinningen kan indunsta en lösning än med känd teknik är beroende av flera faktorer säsom t.ex. typ av lösning, lösningens begynnelse- och slutkoncentration, ater-kompressionsindunstningsanläggningens koppling och dimensionering etc.

Svartlut frän en sulfatcellulosaprocess indunstades frln 15 % begynnelsekoncentration till 65 % koncentratlon genom indirekt va'rmet i 11 f örsel i en aterkompressionsanläggnings indunstningsenheter. Den 65 %:i g a svartluten kunde därefter med den i figur 3 illustrerade kopplingen s 1utindunstas till 75 % genom direkt värmeti11 försel fran den överhettade ater-komprimerade ängan. För en su 1 fatcel1u1osafabrik som producerar 1000 t massa/dygn blir energibesparingen med detta förfarande 210 000 GJ/a som motsvarar 5,15 Mmk/a vid ett oljepris pa 1000 mk/t.

Claims (3)

8 65375

1. Sätt för indunstning av en lösning med användning av en Iterkompressionsindunstningsanläggning bestlende av en eller flera indunstningsenheter (1) och eventuellt anordning för destillation av samma lösning eller annan vätska kännetecknat av att lösningen (10) efter indunstning i indunstningsenheten (1) blandas (7) med över-hettad Inga (8) erhlllen frln Iterkompressionen (6) för uppvärmning och ytterligare indunstning och den uppvärmda och uppkoncentrerade lösningen (11) därefter skiljes (2) frln Ingan (18).

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att den uppvärmda och avskilda lösningen (11) utsättes för expansionsförlngning (3) för ytterligare indunstning.

3. Sätt enligt krav 2, kännetecknat av att Ingan (20) frln expansionsförlngningen (3) av lösningen (11) Iter-komp ri me ra s (6) och ky les (7) med indunstad vätska (10).