NL8102709A - Inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties. - Google Patents

Description

V i < -i NO.30199 1

Aanvraagster noemt als uitvinders:

Alexandr Ivanovich ERSHOV, Nikolai Ptrovich ERMAKOVICH, Leonid Mikhailovich KHOTIN, Ivan Maximovich PLEKHOV, Boleslav Mikhailovich SHISHLO, Vladimir Ivanovich LAVRUSHKO en Gennady Alexandrovich KIRYANOV.

Inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties.

De uitvinding heeft betrekking op de verdampingstechniek en heeft „ meer in het bijzonder betrekking op een inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties. De uitvinding kan worden toegepast in de chemische industrie voor het produceren 5 van minerale kunstmeststoffen en in de voedingsindustrie voor het produceren van suiker. De uitvinding kan met voordeel worden gebruikt voor het concentreren van waterige oplossingen van ureum.

In de stand der techniek .wordt het concentreren van waterige oplossingen uitgevoerd door verdamping tijdens koken in vertikale buis-10 verdampers die worden verwarmd door stoom. Tijdens het koken wordt secundaire damp en geconcentreerde oplossing in de vorm van een damp/ vloeistof-mengsel met hoge snelheid geïnjecteerd in een volume-schelder waarin de scheiding ervan plaats vindt. De geconcentreerde oplossing wordt uit de inrichting afgevoerd om verder te worden verwerkt, terwijl 15 de secundaire damp na condensatie als industrieëel afval wordt toegevoerd aan een afvalwaterbehandelingsinrichting.

Uit de stand der techniek zijn verdamplngsinrichtingen bekend (USSR uitvinders certificaten nr. 207.208 en 240.664) waarin damp/ vloeistof-scheiding van een verdampte oplossing plaats vindt in een 20 scheider met twee trappen. Allereerst zal de vloeistof/damp-stroom door middel van botsingsplaten van verschillend type, geplaatst in een volume-scheider direct voor een buisvormige verdamper, zijn richting wijzigen en terecht komen op de wand van de scheider. Daardoor zal de stroming in snelheid verminderen omdat ze verdeeld wordt over de gehele 25 dwarsdoorsnede van de scheider, die veel groter is dan de dwarsdoorsnede van de verdamper. De vloeibare fase zal bij het bereiken van de zijwand van de scheider afvloeien naar de bodem en wordt uit de inrichting afgevoerd en de secundaire damp die waterdruppeltjes met zich meeneemt komt terecht in de bovensectie van de scheider, waarin ze 30 wordt gescheiden van de waterdruppeltjes door verschillende nevelcollectoren, bijvoorbeeld uitgevoerd als lamellen, draadrasters of 8102709 2 V -

Γ V

cyclonen. Tijdens de verdamping van oplossingen van kristalliserende substanties krijgen de nevelcollectoren geleidelijk aan een korst met kristallen van geconcentreerde oplossing, waarbij het doorstroomgebied an de nevelcollectoren afneemt. Dit leidt tot een verhoogde 5 hydraulische weerstand van de nevelcollectoren en, als gevolg daarvan tot een toename van de druk en van het kookpunt in de buisvormige verdamper, hetgeen resulteert in een verstoring van de bedrijfsmodus van de inrichting. Deze bedrijfsmodusverstoring kan leiden tot wijzigingen in de eigenschappen van de uiteindelijke produkten.

10 Teneinde de normale werking van de inrichting te verzekeren worden de nevelcollectoren periodiek bespoten met vloeistof, die dan wordt toegevoerd voor verdamping, waardoor de kosten voor het uitvoeren van het proces hoger worden.

In sommige gevallen, bijvoorbeeld bij het verdampen van waterige 15 oplossingen van ureum leidt het gedurende lange tijd blootstellen van kristallen aan de hoge temperatuur in de nevelcollector, in het bijzonder in de initiële fase van het brdijf bij laag vacuüm, tot transformatie van de genoemde kristallen naar een niet oplosbare vorm. De nevelcollector raakt buiten werking, en de uitsluiting van de collector van 20 de volumescheider leidt tot een toename van het ureumgehalte in het condensaat van de secndaire stoom.

Ook is een inrichting bekend voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substraties (USSR uitvindercertificaat 285.888) voorzien van een buisvormige verdamper en een scheider met een 25 bolvormige zijwand, aangebracht boven de scheider. Op de bekleding van de verdamper is een aftakpijp gemonteerd voor het afvoeren van de geconcentreerde oplossing en stoom. Deze aftakpijp is over 90° gebogen en zijn uitlaat is gericht naar de zijwand van de scheider. Tijdens bedrijf wordt een vloeistof/damp-mengsel, gevormd in de scheider, tijdens 30 de beweging met hoge snelheid door de gebogen aftakpijp gescheiden door de centrifugale kracht in twee stromingen, waarbij de vloeistofstroom (geconcentreerde oplossing) wordt gedwongen naar het bovenste deel van de pijp, terwijl de dampstroming het onderste gedeelte ervan inneemt. Geconcentreerde oplossing wordt met hoge snelheid afgevoerd uit het bo-35 venste deel van de aftakpijp, botst tegen de zijwand van de scheider en vloeit af naar de bodem, terwijl stoom ontsnapt uit het onderste deel van de aftakpijp. De vorming van oplossingsnevel bij botsing tegen de wand wordt vermeden als gevolg van de sferische vorm daarvan.

De inrichting, beschreven in het USSR uitvindercertificaat 285.888 40 werkt bevredigend met oplossingen van een hoge initiële concentratie 81 02 70 9 è * 3 van kristalliserende substantie, bijvoorbeeld ongeveer 90%. In dat geval is de massa van de stoom bij de verdamperuitlaat veel kleiner dan de massa van de vloeistof en de damp verloopt, na passage van de aftak -pijp, niet door de vloeistofstroming maar rond de vloeistofstroming.

5 Daarom bevat de damp die van de vloeistof is gescheiden praktisch geen druppeltjes. Als echter de concentratie van de substantie in de oplossing relatief laag is, bijvoorbeeld 50-80%, dan worden de massa's van de geconcentreerde oplossing en de damp bij de uitlaat van de aftakpijp vergelijkbaar en verloopt de damp door de oplossingsstroom, en neemt 10 vloeistofdruppeltjes met zich mee, die gedeeltelijk worden gecondenseerd op de wanden van de scheider en gedeeltelijk samen met de damp uit de scheider uittreden. Het van de oplossing gescheiden water bevat dus kristalliserende substantie, waardoor de hoeveelheid ervan in het afvalwater is toegenomen.

15 Bovendien moet bij het verdampen van waterige oplossingen van som mige substanties, bijvoorbeeld ureum, de verblijfstijd van de oplossing in de inrichting niet langer zijn dan tienden van een seconde, omdat, indien hieraan niet de hand wordt gehouden, schadelijke substanties (biureet) verschijnen in de geconcentreerde oplossing en daardoor de 20 kwaliteit van het eindprodukt verminderen. De vorming van een groot aantal druppeltjes in het scheidervolume resulteert in een langere verblijfstijd van de oplossing in de inrichting.

Het belangrijkste doel van de uitvinding is nu het verschaffen van een inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van kristal-25 liserende substanties, waarin een aftakpijp voor het afvoeren van geconcentreerde oplossing en damp van een scheider zodanig wordt uitgevoerd dat het meenemen van druppeltjes geconcentreerde oplossing door de damp in de scheider wordt voorkomen en daardoor het water, dat uit de oplossing wordt gescheiden schoner te maken.

30 Uitgaande van deze doelstelling wordt een inrichting verschaft voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties, voorzien van een buisvormige verdamper met een met een deksel voorzien van een gebogen aftakpijp voor het afvoeren van stromen van geconcentreerde oplossing en damp in een scheider, gemonteerd boven de 35 verdamper, waarbij volgens de uitvinding de aftakpijp zodanig is gebogen dat de uitlaat ervan gericht is naar de bodem van de scheider terwijl in de uitlaatpoort van de aftakpijp een plaat is gemonteerd, parallel aan de overgang tussen de stromingen van geconcentreerde oplossing en damp bij de uitlaat van de pijp waardoor de dwarsdoorsnede 40 wordt verdeeld in evenredigheid met de verhouding van de massastro- 8102709 \.

4 mingshoeveelheden van deze stromingen, alsmede een wigvormig element, gerangschikt onder de plaat, waarvan de hoek gericht is naar de binnenzijde van de aftakpijp en de vlakken gericht zijn naar de zijwanden van de aftakpijp.

5 Een op deze wijze uitgevoerde aftakpijpuitlaat maakt het mogelijk om de stromingen van geconcentreerde oplossing en damp op zodanige wijze te scheiden dat na het verlaten van de aftakpijp deze stromingen elkaar niet kruisen, omdat de stroom van geconcentreerde oplossing boven de plaat verloopt en vervolgens tangentiaal neerwaarts verloopt naar de 10 bodem van de schelder zodat er geen nevel wordt gevormd, terwijl de damp die onder de plaat passeert door het wigvormige element wordt verdeeld in twee stromingen die verlopen in richtingen die verschillen van de stromingsrichting van de geconcentreerde oplossing. Daardoor wordt het meenemen van druppeltjes geconcentreerde oplossing door de 15 stoom nagenoeg geheel geëlimineerd.

Het verdient aanbeveling om in een inrichting die werkt met hoge snelheden van de behandelde oplossing de aftakpijp uit te voeren met een variabele dwarsdoorsnede waarbij de dwarsdoorsnede toeneemt in stroomafwaartse richting van de stromingen van geconcentreerde oplos-20 sing en damp.

Het deksel van de scheider kan voorzien zijn van een verdere aftakpijp, soortgelijk aan de eerste maar ten opzichte van deze eerste tegengesteld gericht.

Twee aftakpijpen maken het mogelijk om het scheidervolume geheel 25 te gebruiken en daardoor de afmetingen van de scheider voor een gegeven produktie van de inrichting te reduceren.

De uitvinding zal nu in meer detail worden beschreven aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen ervan welke zijn geïllustreerd in de bijgaande figuren.

30 Figuur 1 toont een zijaanzicht van een inrichting voor het verdam pen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Figuur 2 toont in een vergroot aanzicht de aftakpijp van de inrichting uit figuur 1.

35 Figuur 3 toont in een gereduceerd bovenaanzicht de aftakpijp van de inrichting uit figuur 1.

Figuur 4 toont een bovenaanzicht van een aftakpijp volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Figuur 5 toont een zijaanzicht van een inrichting voor het verdam-40 pen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties volgens 81 0 2 7 0 9 % δ: ^ 5 een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties is voorzien van een vertikaal gemonteerde buisvormige scheider 1 (figuur 1). In het buisvolume van de scheider 1 5 wordt via een aansluiting 2 een te scheiden oplossing ingevoerd. Een aansluiting 3 is bestemd voor het invoeren van verhittingsstoom in de ruimte tussen de buizen van de scheider 1, terwijl een aansluiting 4 in de onderste sectie van de scheider 1 bestemd is voor het afvoeren van het concensaat van de verhittingsstoom. In de bovenste sectie van de 10 scheider 1 is een conisch deksel 5 aangebracht waarop een aftakpijp 6 gemonteerd is voor het afvoeren van geconcentreerde oplossing en secundaire damp, dat wil zeggen damp die gescheiden is van een verdampte oplossing in de verdamper 1* De aftakpijp 6 is gebogen en aangebracht binnen een scheider 7, die bestaat uit een ketel van bijvoorbeeld een 15 cylindrische vorm waarvan de diamter groter is dan die van de verdamper I, waarbij de uitlaat van de pijp 6 gericht is naar de bodem van de scheider 7, welke bodem bolvormig of elliptisch is uitgevoerd. Een aansluiting 8 in de bodem van de scheider 7 is bestemd voor het verwijderen van de geconcentreerde oplossing terwijl een aansluiting 9 aan de 20 zijwand bestemd is voor het verwijderen van de secundaire damp.

In de uitvoeringsvorm van de uitvinding die getoond is in figuur 1 heeft de aftakpijp 6 een rechthoekige dwarsdoorsnede, welke het best uitvoerbaar blijkt. De dwarsdoorsnede van de aftakpijp 6 kan echter ook iedere willekeurige andere vorm hebben.

25 Aan de uitlaat van de aftakpijp 6 is, parallel aan de boven- en onderwand ervan een plaat 10 gemonteerd die de uitlaatpoort van de aftakpijp 6 verdeeld in twee delen 11 en 12 (figuur 2), waarbij de verhouding tussen het dwarsdoorsnede oppervlak van deel 11 van de aftakpijp 6 tot dat van het deel 12 evenredig is met de verhouding tussen de 30 massastromingshoeveelheden van de geconcentreerde oplossing en de damp aan de uitlaat van de aftakpijp 6. De plaat 10 kan plat zijn of kan ook gebogen zijn met dezelfde straal als het uitlaatdeel van de aftakpijp 6. In het algemeen moet, als de dwarsdoorsnede van de pijp 6 een vorm heeft die verschilt van de rechthoekige vorm, de plaat 10 worden gemon-35 teerd parallel aan de overgang in de stromen van geconcentreerde oplossing en damp bij de uitlaatpoort van de aftakpijp 6. De plaat 10 is bevestigd aan de zijwanden van de pijp 6, bijvoorbeeld ingevoerd in sleuven die in de zijwanden zijn uitgesneden, en kan ofwel gedeeltelijk uit de aftakpijp 6 uitsteken zoals getoond is in de figuren 1 en 2, of ge-40 heel in de pijp zijn opgenomen. De hoogte van de plaat 10 in de uit- 8102709

Tv ν ^ 6 laatpoort van de aftakpijp 6 wordt voor een bepaalde werkingsmodus van de inrichting bepaald door berekeningen, rekening houdend met de initiële en uiteindelijke oplossingconcentraties en de druk in de inrichting. Bij een wijziging in de oplossingconcentratie en/of de druk in de 5 inrichting wordt de plaat 10 verwijderd uit de aftakpijp 6 en op een hoger of lager niveau dan tevoren opnieuw ingesteld.

Op het inwendige oppervlak van de plaat 10, dat wil zeggen het naar de as van de inrichting gerichte oppervlak, is bijvoorbeeld door middel van lassen een wigvormig element 13 gemonteerd op zodanige wijze 10 dat de hoek ervan gericht is naar de aftakpijp 6, terwijl de hoofdoppervlakken ervan loodrecht staan op de plaat 10. Het wigvormige element 13 is ontworpen voor het scheiden van de stroming van secundaire damp in twee stromingen en voor het zijdelings afvoeren van deze stromingen uit de aftakpijp 6.

15 Alhoewel het wigvormige element in figuur 2 is gevormd door twee met elkaar verbonden platen zal het duidelijk zijn dat het element ook als één enkele eenheid kan worden uitgevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van een driehoekig prisma.

In de bovenstaand beschreven uitvoeringsvorm heeft de aftakpijp 6 20 een dwarsdoorsnede die gelijk is over de gehele lengte ervan zoals getoond is in figuur 3, welke figuur een bovenaanzicht geeft van de inrichting uit figuur 1 met weglating van het bovenste deel van de schelder 7. Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft de aftakpijp 6 (zie figuur 4) een variabele dwarsdoorsnede waarbij de 25 doorsnede toeneemt in stroomafwaartse richting van de damp/vloeistof-mengselstroming omdat de zijwanden van de aftakpijp 6 niet parallel verlopen maar divergeren in de richting van de uitlaatpoort zodat de aftakpijp 6 het uiterlijk van een trechter krijgt. Een dergelijke uitvoeringsvorm van de aftakpijp 6 maakt het mogelijk om de stroomsnelheid 30 van geconcentreerde oplossing en damp die in de scheider 7 wordt ingevoerd te reduceren waardoor de vorming van nevel van geconcentreerde oplossing bij botsing tegen de bodem van de scheider 7 verder wordt gereduceerd. Voor het overige is de aftakpijp 6 die getoond is in figuur 4 soortgelijk aan.die van figuur 2, dat wil zeggen dat de aftakpijp 35 eveneens voorzien is van een plaat 10 en een wigvormig element 13. Omdat een zijaanzicht van de uitvoeringsvorm van de inrichting waarbij de aftakpijp 6 de vorm heeft van een trechter, niet verschilt van hetgeen getoond is in figuur 1 is deze tweede uitvoeringsvorm van de inrichting alleen in figuur 4 in bovenaanzicht geïllustreerd.

40 Figuur 5 toont een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting, 8102709 *· « ^ 7 waarbij op het deksel 5 van de verdamper 1 twee aftakpijpen 6 zijn gemonteerd die in tegengestelde richting met betrekking tot de vertikale as van de inrichting zijn gebogen. De aftakpijpen 6 zijn geheel identiek en kunnen corresponderen met de uitvoeringsvorm van de figuren 2 5 en 3 (dat wil zeggen dat ze een constante dwarsdoorsnede hebben) of figuur 4 (dat wil zeggen dat ze een variabele dwarsdoorsnede hebben).

De uitvoeringsvorm met twee aftakpijpen, die symmetrisch volgens de hartlijn van de inrichting zijn gerangschikt, heeft voordelen ten aanzien van een uniforme verdeling van de stromingen van geconcentreerde 10 oplossing en damp in de scheider 7.

De inrichting volgens de uitvinding werkt als volgt.

Via de aansluiting 3 (figuur 1) komt verhittingsstoom terecht in de ruimte tussen de buizen in de verdamper 1. Een te verdampen oplossing wordt in de buizen van de verdamper 1 ingevoerd via de aansluiting 15 2 en begint tijdens het opstijgen te koken. De stoom wordt, nadat ze warmte heeft overgedragen aan de oplossing, gecondenseerd en wordt uit de inrichting uitgevoerd via de aansluiting 4.

Het vloeistof/damp-mengsel komt uit de scheider 1 terecht bij het conische deksel 5 en beweegt door de gebogen aftakpijp 6, waar, als ge-20 volg van de centrifugale kracht, een scheiding optreedt in twee stromingen, namelijk een stroom van vloeistof (geconcentreerde oplossing) en een stroom van damp, waarbij de vloeistof wordt gedwongen naar het bovenste deel van de aftakpijp 6 en de damp aanwezig is in het onderste deel ervan.

25 De vloeistof wordt afgevoerd uit de aftakpijp 6 via de uitlaat 11 tussen de plaat 10 en de bovenwand van de aftakpijp 6 en stroomt neerwaarts en wordt uit de inrichting afgevoerd via de aansluiting 8. De damp treedt uit de aftakpijp 6 naar buiten via de uitlaat 12 tussen de plaat 10 en de onderwand van de aftakpijp 6 en wordt door het wigvormi-30 ge element 13 gescheiden in twee stromingen die zijwaarts ten opzichte van de vloeistofstroming zijn gericht. De damp beweegt vervolgens omhoog en wordt via de aansluiting 9 uit de inrichting af gevoerd.

De inrichting die getoond is in de figuren 4 en 5 is wat betreft zijn werking soortgelijk aan de bovenbeschreven inrichting met uitzon-35 dering van het feit dat tijdens de beweging door de divergerende aftakpijp 6 (figuur 4) de stromingssnelheid van de geconcentreerde oplossing en de damp lager wordt.

De afwezigheid van nevelvorming van geconcentreerde oplossing in de beschreven inrichting elimineert de noodzaak om nevelcollectoren toe 40 te passen en leidt tot een betrouwbare en continue werking van de in- 8102709 8 -ï * ^ richting zonder verslechtering van de bedrijfsmodus. Het gebruik van de voorgestelde inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van ureum leidt tot een reductie van het biureetgehalte in het gerede pro-dukt omdat er geen nevelvorming optreedt en de geconcentreerde oplos -5 sing snel uit de schelder wordt verwijderd, dat wil zeggen omdat de totale verblijfstijd van de oplossing in de verdampingsinrichting is gereduceerd .

81 02 709

Claims (3)

1. Inrichting voor het verdampen van waterige oplossingen van kristalliserende substanties, voorzien van een buisvormige verdamper met een deksel waarop zich een gebogen aftakpijp bevindt voor het af- 5 voeren van stromen van geconcentreerde oplossing en damp in een schelder gemonteerd boven de verdamper, met het kenmerk, dat de aftakpijp 6 zodanig is gebogen dat zijn uitlaat gericht is naar de bodem van de schelder 7, terwijl in de uitlaatpoort van de aftakpijp een plaat 10 is aangebracht gemonteerd parallel met het scheidingsvlak in de stromingen 10 van geconcentreerde oplossing en damp bij de uitlaat van de aftakpijp 6, welke plaat de dwarsdoorsnede van de pijp verdeelt evenredig met de verhoudingen van de massastromingshoeveelheden van de genoemde stromingen, alsmede een wigvormig element 13, geplaatst onder de plaat 10, waarvan de hoek gericht is naar de binnenzijde van de aftakpijp 6 en de 15 wigvlakken gericht zijn naar de zijwanden van de aftakpijp 6.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aftakpijp 6 een variabele dfwarsdoorsnede bezit waarvan de grootte toeneemt in stroomafwaartse richting van de stromingen van geconcentreerde oplossing en damp. 20

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het deksel 5 van de verdamper 1 voorzien is van een verdere aftakpijp 6 soortgelijk aan de eerste aftakpijp 6 naar ten opzichte daarvan in tegengestelde richting gericht. ********************* 8102709