NL8000189A

NL8000189A - Werkwijze voor het verdampen en desgewenst terugwinnen van water uit waterige oplossingen.

Info

Publication number: NL8000189A
Application number: NL8000189A
Authority: NL
Original assignee: Schering Ag
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1980-07-29
Also published as: FR2447351B1; ATA37280A; BE881348A; US4310382A; IT1130895B; CH644529A5; DE2903008A1; JPS55124584A; CS228124B2; IT8019386A0; DE2903008C2; GB2044115B; AT392056B; FR2447351A1; SE8000569L; GB2044115A; JPS6330075B2

Description

TO 88h9 ί } m ; 1

Werkwijze voor het verdampen en desgewenst terugwinnen van water uit waterige oplossingen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verdampen en desgewenst terugwinnen van water uit waterige oplossingen.

In veel gevallen is het gewenst het watergehalte 5 van een vloeistof te verminderen of geheel tot nul te reduceren.

Soms staat daarbij de waterwinning op de voorgrond, doch overwegend is men geïnteresseerd in de overblijvende rest-vloeistof.

Hierbij zijn in het bijzonder op het gebied van de terugwinning van waardevolle stoffen, nieuwe problemen gerezen met betrekking 10 tot het verwijderen van water uit vloeistoffen, die deze waardevolle stoffen bevatten.

Zo houdt men zich b.v. in de galvanotechniek bezig met het terugwinnen van de waardevolle stoffen uit het voor spoel-werkwijzen benodigde water. Hiertoe is het noodzakelijk de 15 waardevolle stoffen van het water te scheiden of het watergehalte zo ver te verminderen, dat bij het terugleiden in het actieve bad, de toegevoerde hoeveelheden water niet groter zijn dan de b.v. door verdamping aan het badoppervlak daarvan optredende vater-verliezen. Bij de terugwinning van metaal uit spoelbaden langs 20 elektrolytische weg kan een terugwinning pas op economische wijze worden uitgevoerd door indikken van de oplossing. De toepassing van deze werkwijze biedt naast de terugwinning van waardevolle stoffen het voordeel, dat de zuivering en zo nodig het ontgiften van afvalwater geen kosten met zich meebrengt.

25 Bij actieve baden, waarmee bij temperaturen van ongeveer 60°C en hoger gewerkt wordt, is het bij de toepassing van geschikte spoeltechnieken, zoals meervoudige cascade-dampelingsspoe-ling of meerfasen-sproeispoeling, mogelijk de totale, relatief geringe hoeveelheid spoelwater met de zich daarin bevindende waarde-30 volle stoffen in het bad terug te voeren, terwijl aan het oppervlak daarvan overeenkomstig veel water verdampt.

800 0 1 89 2

Wordt echter het actieve had hij lagere verk-temperaturen toegepast, dan is een terugvoering van het spoelwater niet mogelijk, omdat anders het volume van het had gestaag zou toenemen.

5 Met betrekking tot de terugwinning van waarde- volle stoffen en de hesparing van kosten voor de behandeling van het geproduceerde afvalwater, is het dan in veel gevallen economisch een hoeveelheid water, die overeenkomt met het benodigde spoelwatervolume, met behulp van afzonderlijke inrichtingen te 10 verdampen.

In sommige gevallen ontstaat door het in het actieve had verlopende proces een warmte-overschot, dat toch al moet worden afgevoerd. Dit is het geval hij verschillende elektro-lyse-processen in waterige oplossingen. Hier is het mogelijk de 15 koeling van het had met het verdampen van een deel van het water te combineren, waardoor dan het spoelwater, dat waardevolle stof bevat, kan worden teruggevoerd (Duits Auslegeschrift 1.962.2^9).

Indien zich daarentegen het probleem voordoet uit een vloeistof met een laag temperatuurniveau water te verdrij-20 ven zonder dat uit een proces energie ter beschikking staat, dan gaat bij de tot dusverre gebruikelijke werkwijzen de voor het verdampen toe te passen energie verloren. Bovendien ontstaan hoge kosten voor de vereiste apparatuur, terwijl de voor het verdampen van het water bij atmosferische druk noodzakelijke temperatuur 25 veelal schadelijk is voor de waardevolle stoffen. Weliswaar kan deze temperatuur verlaagd worden door de druk boven de vloeistof te verminderen, doch bij toepassing van deze z.g. vacuumverdam-ping, stijgen de apparatieve kosten aanzienlijk, zodat een economische toepassing van deze werkwijze vaak niet meer mogelijk is.

30 Bij de toepassing van het verdampingsprincipe zijn grote hoeveelheden lucht nodig, die bij de toestand, waarin zij verkeren, in staat zijn extra vocht op te nemen. Daar echter de atmosferische lucht veelal reeds aanwezig is in met vocht nagenoeg verzadigde toestand, moet b.v. door verwarming van de lucht 80 0 0 1 89 0 4 3 de voorwaarde worden geschapen meer vocht op te nemen en af te voeren. Ook hierbij gaat de te gebruiken energie verloren en maken de ontstane kosten in veel gevallen toepassing van de werkwijze onmogelijk. Een ander beslissend nadeel van het aan verdamping 5 onderwerpen van de af te voeren lucht is veelal gelegen in de chemische omzetting, b.v. carbonaatvorming, tussen de bestanddelen van de lucht, b.v. kooldioxyde, en de in te dikken oplossing.

Ook werd reeds voorgesteld de lucht, waarin extra vocht aanwezig is, niet rechtstreeks in de vrije atmosfeer 10 te blazen, maar via een condenseerinrichting te voeren, waarbij dan het water in zuivere vorm teruggewonnen en desgewenst opnieuw toegepast kan worden (Duits Offenlegungsschrift 2.656.103). Hierbij gaat weliswaar de in het vocht aanwezige latente warmte op de condensatiexnrichting over, doch deze warmte is op een temperatuur-15 niveau gelegen, dat een verdere benutting volgens de tot dusverre gebruikelijke methoden niet mogelijk maakt. Behalve de terugwinning van het water, brengt het toepassen van de condensatie-inrich-ting geen voordelen. Voor het werken daarmee is bovendien nog het toepassen van een koudemachine noodzakelijk, daar met aanwezig 20 koud water de voor de condensatie van het vocht uit de lucht noodzakelijke lage temperatuur niet kan worden bereikt.

Het doel van de uitvinding is de genoemde nadelen te vermijden en behalve de verwijdering en desgewenst terugwinning van water en andere waardevolle stoffen uit waterige op-25 lossingen, de nagenoeg volledige terugwinning van de toegepaste energie mogelijk te maken.

Dit probleem wordt volgens de uitvinding opgelost door toepassing van een werkwijze voor het verdampen en desgewenst terugwinnen van water uit waterige oplossingen, welke 30 werkwijze gekenmerkt is doordat het voor het opnemen van het water benodigde gas, bij voorkeur lucht, in kringloop via een verhitter en koelinrichting wordt gevoerd, waarbij het gas achter de verhitter door de waterige oplossing wordt geleid en de hierbij opgenomen hoeveelheden water vervolgens in de koelinrichting worden 80 0 0 1 89 k gecondenseerd en de hierbij vrijkomende hoeveelheid warmte aan de verdamper van een warmtepomp wordt toegevoerd.

Verdere kenmerken van de uitvinding bestaan daarin, dat het gas onder toepassing van een gaswasser, door de wate-5 rige oplossing wordt geleid en dat het tijdens het verloop van de werkwijze optredende energieoverschot bij voorkeur wordt toegepast voor het verwarmen van een vloeistof en/of voor het verdampen van extra hoeveelheden water.

Onder waterige oplossingen wordt verstaan alle 10 waterige zoutoplossingen en/of suikeroplossingen en met water verdunde zuren en basen. Hiertoe behoren b.v. ook zeewater en baden voor galvanische en/of chemische oppervlaktebehandelings-werkwijzen, b.v. beitsbaden, zoals verdund zwavelzuur.

De volgens de nieuwe werkwijze toe te passen koel-15 inrichting kan b.v. een in de handel verkrijgbare verdamper van een compressie-koelinstallatie zijn. De verdamper neemt bij een geschikte verdampingstemperatuur van ongeveer +5°C uit de gas-stroom, bij voorkeur lucht, warmte op, waardoor het vloeibare koelmiddel volledig verdampt. Al naargelang de verdamper van het 20 koelmiddel rechtstreeks of door tussenschakeling van een warmte-overdrachtsmedium, bij voorkeur niet-bevriezend water, wordt opgesteld, gaat het om directe of indirecte verdamping. De verdamper, respectievelijk de gaskoeler wordt bij voorkeur uitgevoerd als ribben-buis-warmtewisselaar. Voor een juiste verdeling van het 25 koelmiddel in de verdamper wordt door gebruikelijke inspuitven-tielen en verdelers zorg gedragen. De gemiddelde dampsnelheid per verdamperbuis ligt bij voorkeur tussen 8 en 12 m/s.

Als gasverhitter kunnen b.v. condensors, ook wel vloeitaarmakingsinrichtingen genoemd, die als ribbenbuis van een 30 compressie-koelinstallatie zijn uitgevoerd, worden toegepast. De bij de condensatie van het koelmiddel vrijkomende warmteënergie gaat over op de gasstroom. Het vloeibaar gemaakte koelmiddel verzamelt zich op de bodem van de condensor en wordt via een expansie-ventiel aan de verdamper toegevoerd.

80 0 0 1 89 * Λ 5

De gassnelheid voor de verhitter ligt bij voorkeur tussen 1,5 en 4,5 m/s.

Bij de indirecte condensatie, die ook mogelijk is, vindt de tussenschakeling van een extra overdrachtskringloop 5 b.v. met vater plaats.

Als warmtepompen, b.v. warmtepampencompressoren, zijn de gebruikelijke koelmiddelcompressoren van het type zuiger-compressor geschikt. Doch ook andere constructie-typen, zoals rotatiecampressoren en/of turbocompressoren, kunnen geschikt wor-10 den toegepast. De koudeeompressor zuigt koude damp uit de verdamper aan, comprimeert deze tot hogere temperatuur en perst de damp in de condensor.

Als materiaal voor de inrichtingen, die nodig zijn voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, 15 zoals voor de koelinrichting, gasverhitter, wasser, druppelafschelder en reservoir, kunnen de gebruikelijke materiaalsoorten worden toegepast, voorzover zij bestand zijn tegen de in aanmerking komende waterige oplossingen, gassen, dampen en heersende temperaturen. Hiertoe behoren b.v. de gebruikelijke metalen en/of 20 kunststoffen, doch metalen, die met een kunststoflaag bekleed zijn, kunnen ook worden toegepast,

De uitvinding wordt aan de hand van de volgende voorbeelden nader toegelicht.

Voorbeeld I

25 In de bijbehorende tekening is een reservoir (1) weergegeven, waarin zich een gedeelte van b.v. een cyanidisch zilverbad bevindt. De temperatuur van het bad in het niet-weer-gegeven werkreservoir dient op ongeveer 25°C constant te worden gehouden. Bij het galvaniseren van onderdelen wordt zilverbad-30 oplossing naar de volgende spoelbaden overgebracht. Deze oplossing dient te worden teruggewonnen. Daartoe wordt het spoelwater uit de eerste trap van de in een aantal trappen uitgevoerde spoeling via de leiding (25) in het reservoir (1) gevoerd. De niveau-regeling vindt plaats door middel van regelventiel (30). Het boven- 800 0 1 89 6 gedeelte van het gesloten reservoir (1) is tegelijkertijd kanaal voor het doorleiden van het gecirculeerde gas. Het verder voerende kanaal (2) mondt uit in de ventilator (3), die voor het transport van het gas - hij voorkeur lucht - dient. De ventilator (3) 5 voert het gas eerst in de wasser (k)» van waaruit het vervolgens via het kanaal (5) weer in het- reservoir (1) wordt teruggevoerd.

Van de totale "binnenruimte van het reservoir (1) is het nevengedeelte (6) door een scheidingswand (l) afgescheiden. Boven het nevengedeelte (6) is de verdamper (8) van de warmtepomp (9) aan- 10 gebracht, terwijl aan de andere zijde van het reservoir het gas via zijn condensor (10) wordt geleid.

De warmtepomp (9) wordt in dit geval gedreven met een koelmiddel op basis van een fluor-bevattende koolwaterstof, die van de compressor (11] met een druk van ongeveer 25 bar 15 gasvormig door de leiding (12) naar de condensor (10) stroomt.

De temperatuur van het gasvormige koelmiddel bedraagt daarbij ongeveer 60°C. In de condensor (10) wordt het weer tot vloeistof gecondenseerd, waarbij het door de condensor stromende gas op ongeveer 1*5°C wordt verwarmd. De rest-condensatie vindt plaats in 20 de additionele condensor (23). Het nu vloeibare koelmiddel vloeit naar het expansieventiel (13), waarin het tot een druk van ongeveer 6 bar wordt geëxpandeerd. Van hieruit komt het koelmiddel in de verdamper (8), waar het volledig van de vloeibare in de gasvormige toestand overgaat. Hiertoe is een geringe oververhit-25 ting van ongeveer 8°C vereist. Voor dit proces is warmte-energie nodig, die door het via de verdamper stromende gas wordt afgegeven. Terwijl het koelmiddel bij ongeveer 5°C verdampt, wordt het gas tot ongeveer 10°C afgekoeld (merkbare warmte). Het grotere gedeelte van de voor het verdampen van het koelmiddel vereiste 30 hoeveelheid warmte is afkomstig van de latente warmte, die bij het condenseren van het in het gas aanwezige vocht vrijkomt. Het condensaat wordt in het nevengedeelte (6) afgevoerd. Hen druppelaf-scheider (1 k) verhindert dat door de gasstroom weer condensaat kan 8000189 w> f 7 worden meegesleurd. Vervolgens stroomt het gas veer via de condensor (10), waarmee deze kringloop gesloten is, terwijl het nu gasvormige koelmiddel weer door de compressor (11) via de leiding (17) wordt aangezogen.

5 Het zilverbad-spoëlwater-mengsel wordt met be hulp van de pomp (15) naar de wasser (k) getransporteerd, waar het via sproeiers (16) op uitwisselingslichamen wordt versproeid.

Het grote oppervlak en de vormgeving daarvan maken een verzadiging van het door de wasser (k) stromende gas met vocht mogelijk.

10 Overblijvend vocht loopt via de leiding (18) weer naar het reservoir (1) terug. Bij de gasafvoer van de wasser (k) is eveneens een druppelafschelder (19) aangebracht, opdat geen vloeistof in druppelvorm wordt meegesleurd.

Het in het nevengedeelte (6) gevormde condensaat 15 kan weer voor het spoelen van de verzilverde onderdelen worden toegepast, terwijl de inhoud van het hoofdgedeelte (19) van het reservoir (1) met behulp van de pomp (20) via de buisleidingen (21) en (22) met de inhoud van het werkreservoir van het galva-niseerbad wordt gecirculeerd. Daar bij toepassing van de beschre-20 ven werkwijze uit deze vloeistof in hoofdzaak slechts zuiver water wordt verwijderd, blijven de vaardevolle stoffen voor het arbeidsproces van het verzilveren volledig behouden.

De voor de verdamping van het water in de wasser (k) vereiste energie, vordt bij de condensor (10) van de 25 warmtepomp (9) op het gecirculeerde gas overgedragen. Op geringe verliezen na, wordt deze energie bij de verdamper (8) weer teruggewonnen. Daar echter het totale aandrijfvermogen van de warmtepomp aan de kringloop extra wordt toegevoerd, ontstaat daarin een energieoverschot. Deze kan'b.v. via de weergegeven tweede conden-30 sor (23) benut worden voor het opwarmen van een hoeveelheid lucht (2k) voor verwarming van vertrekken. Met deze op temperatuur gebrachte lucht, die dan in de vrije ruimte moet worden geblazen, kan ook additioneel nog water worden verdampt (verdamping van afgevoerde lucht).

80 0 0 1 89 8

Een andere mogelijkheid om het energieoverschot toe te passen biedt het opwarmen van een bad en/of van een warmte-accumulator.

In het beschreven uitvoeringsvoorbeeld II wordt 5 in een gesloten verdampingskringloop als gas lucht toegepast.

Ha de verdamper (8) bezit deze bij een temperatuur van 10°C een watergehalte van 7*8 g/kg. In de condensor (10) wordt de temperatuur tot k5°C verhoogd. Daardoor kan de lucht in de wasser (10 extra vocht opnemen. Haar watergehalte stijgt tot 16,8 g/kg, 10 terwijl de temperatuur daarbij tot 22,5°C daalt. Bij het daarop volgende door stromen van de verdamper (8) wordt opnieuw vocht door de condensatie onttrokken, waarbij de lucht weer de bovengenoemde toestand aanneemt.

Om op deze wijze per uur 50 kg water te verdam- 15 pen, moet in deze tijdseenheid een luchtvolume van ongeveer ^700 g m gecirculeerd worden. De warmtepomp heeft een aandrijfvermogen van 22 kW nodig.

Met dit aandrijfvermogen is het mogelijk bij de beschreven verhoudingen bij de verdamper (10) een warmtevermogen 20 van 5b kW ter beschikking te stellen.

Daarmee kan een vergelijking warden getroffen tussen de tot dusverre gebruikelijke werkwijzen voor de verdamping en condensatie van water en de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij weer een te verdampen of te condenseren hoeveel-25 heid water van 50 kg/h als basis is genomen. Men bedenke daarbij, dat bij de gebruikelijke werkwijzen geen constante voorwaarden van toepassing zijn; zo schommelen b.v. de uitgangstemperatuur en het vochtgehalte van de lucht, doch de verschillen tussen de werkwijzen wat hun orde van grootte betreft blijven bestaan.

30 Yoorbeeld Π 7erdampen en vervolgens condenseren van 50 kg/h water met behuln van 555& kg/h lucht bij toepassing van: a) de gebruikelijke werkwijze, waarbij deze lucht in een luchtverhitter van 10°C tot ^5°C wordt o;ngewarmd, vervol- 80 0 0 1 89 i 9 gens de lucht in een vasser met vocht beladen vordt en daarna dit vocht in een verdamper van een koelmachine veer tot condensatie vordt gebracht; b) de verkvijze volgens de uitvinding.

5 Werkwijze a Werkwijze b

Vereist vervarmingsvermogen bij de luchtverhitter (kW) 5^ 5^

Opneming van het vermogen van de koelmachine voor condensatie van 10 het vocht 22

Warmteterugvinning uit condensatie van het vocht en afkoeling van de lucht (kW) -5^

Opneming van het vermogen van de 15 varmtepomp (kW) 22

Totaal benodigd vermogen (kW) j6 22

Verliezen (kW) ' _; T6 ^5

Eenergie-overschot ter verdere benutting (kW) 80 0 0 1 89

Claims

1. Werkwijze voor het verdampen en desgewenst terug winnen van water uit waterige oplossingen, met het kenmerk, dat het voor het opnemen van water vereiste gas, hij voorkeur lucht, in kringloop via een verhitter en een koelinrichting wordt geleid, 5 terwijl het gas achter de verhitter door de waterige oplossing wordt geleid en de hierbij opgenomen hoeveelheid water vervolgens in de koelinrichting gecondenseerd wordt en de hierbij vrijkomende hoeveelheid warmte aan de verdamper van een warmtepomp wordt toegevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gas onder toepassing van een gaswasser door de waterige oplossing wordt geleid.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tijdens het verloop van de werkwijze optredende energie-15 overschot bij voorkeur wordt toegepast voor het verwarmen van een vloeistof en/of voor het verdampen van extra hoeveelheden water. k. Werkwijze volgens een der conclusies 1 - 3, met het kenmerk, dat de werkwijze wordt toegepast voor de terugwinning 20 van waardevolle stoffen uit zeewater of baden van galvanische en/ of chemische oppervlaktebehandelingswerkwijzen. 80 0 0 1 89