NO138793B - Fordampningsapparat. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et fordampningsapparat med tvungen sirkulasjon, som er spesielt anvendelig for konsentrering av krystalliserende væsker, slik som basisk katolytt-væske fra en elktrolyttisk membrancelle.

Behandling av forskjellige kjemikalier omfatter ofte fordampning

av oppløsninger eller oppslemninger av disse kjemikalier for å

gi dem en mer salgbar konsistens. Ved slik behandling blir opp-løsningene og oppslemningene mer konsentrert og dessuten foregår en rensing ved utkrystallisering av enten forurensninger eller av det ønskede produkt.

Mange forskjellige typer fordampningsanordninger har vært i bruk, avhengig av hva slags materiale som skal behandles. Således har det., for eksempel, for slike materialer som basisk katolyttopp-løsning fra elektrolyttiske membranceller, vist seg at fordampere med tvungen sirkulasjon er særlig anvendbare.

Som følge av denne anvendelighet av fordampere med tvungen sirkulasjon for disse slags oppløsninger, er det blitt foreslått mange slags konstruksjoner og utforminger av fordampere av denne type. De har, imidlertid, ofte vært ganske store og komplekse. Dette har medført at ikke bare produksjonsomkostningene har vært høye, men også installasjon, drift og vedlikeholdsutgiftene.

Det er derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe

et bedre fordampningsapparat, som er hensiktsmessig for krystallisering av væsker, av den type som anvender tvungen sirkulasjon.

Fordampningsapparatet i henhold til oppfinnelsen omfatter et fordampningskammer med en nedre væskeavdeling som inneholder oppvarmet væske og en øvre dampavdeling som inneholder damp som er avdampet fra den varme væske, en oppvarmingssone som inneholder vertikalt anordnede varmevekslerrør, og et væskeoppsam-lingskammer, idet væskeavdelingen av fordampningskammeret er anordnet på toppen av oppvarmingssonen og kommuniserer direkte med de øvre ender av varmevekslerrørene, og idet væskeoppsamlingskammeret er anordnet under oppvarmingssonen og kommuniserer direkte med de nedre ender av varmevekslerrørene, en pumpeanordning i væskeoppsamlingskammeret for sirkulasjon av væske gjennom apparatet, en skilleanordning anordnet i væskeoppsamlingskammeret, slik at den danner en første avdeling i kammeret som omfatter innløpssiden for pumpeanordningen, og en annen avdeling som omfatter utløpssiden for pumpeanordningen, idet skilleanordningen er slik plassert at de nedre ender av noen av varmevekslerrørene kommuniserer med den avdeling som omfatter innløpssiden for pumpeanordningen, og de nedre ender av de øvrige varmevekslerrørene kommuniserer med den avdeling som omfatter utløpssiden for pumpeanordningen, og idet en annen, traktformet skilleanordning er anordnet i det midtre område av væskeavdelingen i fordampningskammeret, slik at den avgrenser en ytre seksjon som kommuniserer med de øvre ender av de varmevekslerrør hvis nedre ender kommuniserer med innløpssiden for pumpeanordningen, og en indre ..seksjon som kommuniserer med de øvre ender av de varmevekslerrør hvis nedre ender kommuniserer med utløpssiden for pumpeanordningen, og kjen-netegnes ved at den annen skilleanordning er slik utformet at den forhindrer væskestrøm mellom seksjonene i fordampningskammeret i et område i nærheten av de øvre ender av varmevekslerrørene, mens den tillater væskestrøm mellom seksjonene høyere oppe i kammeret, idet skilleanordningen er plassert slik at den befinner seg under væskenivå i væskeavdelingen i kammeret.

På de vedføyde tegningene viser fig. 1 et vertikalt snitt gjennom en utførelse av fordampningsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 og 3 er vertikale snitt gjennom nedre delen av en fordamper i henhold til foreliggende oppfinnelse, og viser alternative ut-førelser av væskeoppsamlingskammeret og pumpeanordningen.

Mer spesielt består fordampningsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse i praksis av at væskeoppsamlingskammeret, oppvarmingssonen og fordampningskammeret er utformet og satt sammen til et hele. På denne måten er fordampningskammeret, oppvarmingssonen og væskeoppsamlingskammeret anordnet hovedsakelig vertikalt, hvori oppvarmingssonen er plassert internt i apparatet istedenfor eksternt. Oppvarmingssonen, som omfatter vertikalt anordnede varmevekslerrør, er således montert på toppen av væskeoppsamlingskammeret slik at de nedre ender på varmevekslerrørene står i direkte forbindelse med væskeoppsamlingskammeret. På liknende måte er fordampningskammeret montert på toppen av oppvarmingssonen slik at det står i direkte forbindelse med de øvre ender på varme-vekslerrørene.

En pumpeanordning er plassert horisontalt i væskeoppsamlingskammeret og skilleanordningene er anbrakt både i væskeoppsamlingskammeret og fordampningskammeret, slik at det -dannes to avdelinger i

hvert av disse kammere. I væskeoppsamlingskammeret er skilleanordningen plassert slik i forhold til pumpeanordningen at inntaket på pumpen er i en av de avdelinger som fremkommer ved.skilleanordningen og utløpet på pumpen er i den andre avdelingen. Videre er skilleanordningen plassert slik at den ikke bare danner disse to avdelinger i væskeoppsamlingskammeret, men dertil deler opp de nedre ender på de vertikalt anordnede varmevekslerrør i to grupper, hvorav den ene er i direkte forbindelse med bare den avdeling som omfatter inntakssiden på pumpen, mens den andre gruppen er i direkte forbindelse med bare den avdeling som omfatter utløpssiden.

På liknende måte er skilleanordningen i fordampningskammeret plassert slik at den deler de øvre ender på de vertikalt anordnede varmevekslerrørene i to grupper. Den ene gruppen be-

står av de rørene hvis nedre ender står i direkte forbindelse med inntakssiden på pumpen, mens den andre gruppen er de rørene hvis nedre ender står i direkte forbindelse med utløpssiden på pumpen i væskeoppsamlingskammeret. Denne skilleanordning i fordampningskammeret er ennvidere plassert slik at den ligger under væskeoverflaten i fordampningskammeret.

Etter dette opplegg vil den oppløsning som skal behandles, som for eksempel natrium hydroksyd/natrium klorid i vann, bli ført inn i væskeoppsamlingskammeret i den avdeling som omfatter pum-pens utløpsside, hvorfra den drives oppover gjennom de vertikale varmevekslerrør hvis nedre ender står i direkte forbindelse med denne avdeling, og inn i den avdeling av fordampningskammeret som står i direkte forbindelse med de øvre ender på disse varme-vekslerrør. I fordampningskammeret blir en del av vannet i opp-løsningen fordampet, og oppløsningen ellers strømmer over skilleanordningen inn i den andre avdelingen i fordampningskammeret. Derfra strømmer den ned gjennom de varmevekslerrør hvis øvre ender står i direkte forbindelse med denne avdeling, til den avdeling av væskeoppsamlingskammeret som omfatter innløpssiden på pumpen. Oppløsningen strømmer så gjennom pumpen til utløps-siden, og denne syklus gjentar seg inntil den ønskede konsentra-sjon av oppløsningen fremkommer ved fordampning.

Fig. 1 viser en utførelse av fordampningsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse, der væskeoppsamlingskammeret 1, oppvarmingssonen 3 og fordampningskammeret 5 er utformet som et samlet hele, idet oppvarmingssonen er montert oppå oppsam-lingskammeret og fordampningskammeret oppå oppvarmingssonen. Inne i væskeoppsamlingskammeret 1 er det en sylindrisk.skilleanordning 7, plassert slik at den atskiller et- sentralt indre kammer 17 og et ytre kammer 15 som ligger konsentrisk rundt det indre kammer. På et område 8, på skilleanordning 7, er det montert en pumpeanordning 9 horisontalt slik at dennes inntaksside ligger i det ytre kammer 15, og dens utløpsside ligger i det indre kammer 17. Skilleanordningen 7 er videre plassert slik at de nedre ender på de varmevekslerrør 11 som ligger i den sentrale delen av oppvarmingssonen 3, står i direkte forbindelse bare med den indre avdeling 17, mens de nedre ender på de varme-vekslerrør som ligger i den ytre, perifere delen av oppvarmingssonen står i direkte forbindelse bare med den ytre avdeling 15

i væskeoppsamlingskammeret.

I fordampningskammeret 5 er det en rørliknende skilleanordning 13, plassert slik at den danner et sentralt indre kammer 19 og et ytre kammer 21, som ligger konsentrisk rundt det indre kammer. Dette

ytre kammer 21 står i direkte forbindelse med de øvre ender på

de varmevekslerrør hvis nedre ender står i direkte forbindelse med avdelingen 15 i væskeoppsamlingskammeret, mens kammer 19 i fordampningskammeret står i direkte forbindelse med de øvre en-

der på de varmevekslerrør hvis nedre ender står i direkte forbindelse med avdelingen 17 i væskeoppsamlingskammeret. Dertil er det anbrakt en konisk utformet anordning 14 i den øvre delen av skilleanordningen 19, og atskilt fra denne. Anordningen 14 tjener til, i samvirke med skilleanordningen 19, å fordele strøm-men av den væske som behandles, inn i f ordampningskammeret 5. En filtreringsanordning 16 kan anbringes mellom toppen på skilleanordningen 19 og ytterveggen på fordampningskammeret 5. Denne filtreringsanordning vil forhindre at klumper, eller andre faste partikler som kan ha utkrystallisert seg fra oppløsningen, kommer inn i varmevekslerrørene, hvor de kan være årsak til forstoppelser. Skille- og fordelingsanordningene 13 og 14 er plassert i den nedre delen av fordampningskammeret, slik at de ikke når opp over væske-nivået i kammeret.

I en modifikasjon av væskeoppsamlingskammeret, vist i fig. 2, er skilleanordningen 17 utformet med den del 6 som er forskjøvet innover på det sted 8 hvor pumpen 9 er montert i horisontal stil-ling. På denne måten blir kammeret 15 utvidet umiddelbart nær ved inntaket til pumpen 9, hvilket gjør det lettere for oppløs-ningen å strømme til pumpen.

Fig. 3 viser en annen modifikasjon av væskeoppsamlingskammeret i fordampningsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse.

I denne utførelsen har den sylindriske skilleanordningen 7 en separat bunn som er atskilt fra bunnen på væskeoppsamlingskammeret, slik at den avdeling 15 som omfatter innløpet til pumpen 9, vil strekke seg langs bunnen av væskeoppsamlingskammeret så-

vel som langs sidene av dette. Dertil er det anbrakt en rørfor-bindelse fra ytterveggen på væskeoppsamlingskammeret 1, gjennom skilleanordningen 7, og inn i avdelingen 17, slik at den oppløs-ningen som skal 'behandles kan mates inn gjennom inntak 27 og til utløpssiden på pumpen 9 i avdelingen 17, for deretter å sirkulere oppover gjennom varmevekslerrørene 11 og inn i fordampningskammeret 5.

Det har vist-seg at utforming av foreliggende fordamper som en integrert vertikal enhet, fører til at både konstruksjonen og driften blir. enklere og billigere. Ennvidere, ved å anbringe pumpen horisontalt i væskeoppsamlingskammeret, har det vist seg at det ikke bare oppnås en.effektiv konstruksjon og effektiv drift, men i tillegg fremkommer en smidighet i bruk som ikke før har vært tilfelle. Som en følge av denne horisontale montering, er det således mulig å drive pumpen effektivt i begge retninger. Dette kan brukes til å vaske vekk klumper eller andre forstoppelser fra varmevekslerrørene om dette er påkrevet. Ennvidere, ved montering av skille- og.fordelingsanordningene i fordampningskammeret på en slik måte at de ikke rager opp over yæskeoverflaten i kammeret, vil det oppnås en mer effektiv for-deling og fordampning av oppløsningen i kammeret.

Det vil være klart at ulike modifikasjoner er mulig innen rammen av oppfinnelsen. For eksempel, skjønt oppvarmingssonen er blitt vist som utformet med et antall varmevekslerrør med relativt liten diameter, vil de av rørene som returnerer oppløsningen til væskeoppsamlingskammeret, kunne erstattes med ett enkelt stort rør eller kanal. Men i den mest foretrukne utførelsen vil et antall mindre rør bli brukt, som vist på figurene, for å oppnå mak-simum effektivitet for varmeutveksling, både når oppløsningen stiger opp fra væskeoppsamlingskammeret til fordampningskammeret, og når den vender tilbake til væskeoppsamlingskammeret. Fordampningsapparatet i henhold til oppfinnelsen kan konstrueres med hvilket som helst passende materiale som kan tåle den temperatur, det trykk og den korrosjon som de vil utsettes for. Typisk er .det hittil brukt nikkel i stor utstrekning til slike fordampere, og dette materialet kan også brukes i foreliggende apparat. Men det er å foretrekke at de deler av apparatet som tidligere er laget av nikkel, lages av et ferritisk rustfritt stål, nesten fritt for nikkel, ved navn "E-Brite", som leveres av Airco Com-pany. Bruken av dette material for konstruksjon av fordampnings-apparatur, er mer fullstendig beskrevet i patentsøknad nr. 4 20,3 57 datert 29.11.73, (sak nr. 3319).

Fordampningsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes for fordampning,•konsentrering og/eller rensing av et stort antall materialer, skjønt det' passer spesielt godt til de

tilfeller hvor krystallisering forekommer under behandlingen.

I denne forbindelse er det funnet å være spesielt brukbart ved fordampning av natrium hydroksydoppløsninger som inneholder natriumklorid, slik som den katolyttvæske som produseres av en elektrolyttisk membrancelle. Slike oppløsninger inneholder typisk 8-1.4 vektprosent natrium hydroksyd, opptil ca. 18 vektprosent natriumklorid, og opptil ca. 0.05 vektprosent natrium-klorat. Foreliggende fordamper kan anvendes for disse og for andre oppløsninger som fordampningsapparatet i enten et trinn-vis fordampningssystem, eller som ett eller flere trinn i et flertrinns system.

Claims (4)

1. Fordampningsapparat med tvungen sirkulasjon, omfattende et fordampningskammer med en nedre væskeavdeling som inneholder oppvarmet væske og en øvre dampavdeling som inneholder damp som er avdampet fra den varme væske, en oppvarmingssone som inneholder vertikalt anordnede varmevekslerrør, og et væskeoppsamlings-kammer, idet væskeavdelingen av fordampningskammeret er anordnet på toppen av oppvarmingssonen og kommuniserer direkte med de øvre. ender av varmevekslerrørene, og idet væskeoppsamlingskammeret er anordnet under oppvarmingssonen og kommuniserer direkte med de nedre ender av varmevekslerrørene, en pumpeanordning i væskeoppsamlingskammeret for sirkulasjon av væske gjennom apparatet, en skilleanordning anordnet i væskeoppsamlingskammeret, slik at den danner en første avdeling i kammeret som omfatter innløpssiden for pumpeanordningen, og en annen avdeling som omfatter utløps- . siden for pumpeanordningen, idet skilleanordningen er slik plassert at de nedre ender av noen av varmevekslerrørene kommuniserer med den avdeling som omfatter innløpssiden for.pumpeanordningen, og de nedre ender av de øvrige varmevekslerrørene kommuniserer med den avdeling som omfatter utløpssiden for pumpeanordningen, og idet en annen, traktformet skilleanordning er anordnet i det midtre område av væskeavdelingen i fordampningskammeret, slik at den avgrenser en ytre seksjon som kommuniserer med de øvre ender av de varmevekslerrør hvis nedre ender kommuniserer med innløpssiden for pumpeanordningen, og en indre seksjon som kommuniserer méd de øvre ender av de varmevekslerrør hvis nedre ender kommuniserer med utløpssiden for pumpeanordningen (9), karakterisert ved at den annen skilleanordning (13) er slik utformet at den forhindrer væskestrøm mellom seksjonene i fordampningskammeret (5) i et område i nærheten av de øvre ender av varmevekslerrørene (11), mens den tillater væske-strøm mellom seksjonene høyere opp i kammeret (5), idet skilleanordningen (13) er plassert slik at den befinner seg under væskenivå i væskeavdelingen i kammeret (5).

2. Fordampningsapparat som angitt i krav 1,. karakterisert ved at et element (14) med konisk ytre form er anbrakt inne i det øvre parti av den annen skilleanordning (13), slik at det er dannet en konisk, ringformet kanal for væskestrømmen.

3. Fordampningsapparat som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det er anordnet filtre-ringsanordninger (16) mellom den traktformete skilleanordningen (13) og ytterveggene (5) av fordampningskammeret.

4. Fordampningsapparat som angitt i krav 1 til 3, karakterisert ved at skilleanordningen (7) i væskeoppsamlingskammeret (1) er forskjøvet mot den indre avdeling av kammeret i det området (8) der pumpeanordningen (9) er montert.