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Verfahren zum Abkühlen einer verdampfbare Anteile enthaltenden Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen einer verdampfbare Anteile enthaltenden
Flüssigkeit durch einen im -Gegenstrom zu der abzukühlenden Flüssigkeit geführten,
von der verdampfbaren Flüssigkeit unabhängigen Strom eines-Kühlmediums und kennzeichnet
sich dadurch, daß die abzukühlende-Flüssigkeit durch mindestens drei aufeinanderfolgende
Stufen von stufenweise
abnehmenden Druck geleitet und in diesen Stufen einer
Entspannungsverdampfung unterworfen.@vird, wobei die entstehenden Dämpfe in der
gleichen Stufe,in der sie gebildet sind, durch das im -Gegenstrom durch die Stufen
hindurchgeführte Kühlmedium kondensiert werden.
Es ist seit langem
bekannt, eine verdampfbare Flüssigkeit einer stufenweisen Entspannungsverdampfung
zu ustntwerfen und in jeder Stufe die gebildeten Dämpfe an einem im Gegenstrom geführten
Kühlmedium zu kondensieren. Jedoch wurde dieses Verfahren bisher nur in der Weise
angewendet, daß ein und dieselbe Flüssigkeit im Kreislauf durch stufenweise Entspannungsverdampfung
und Kondensation abgekühlt und gleichzeitig im Gegenstrom auf der anderen Seite
erwärmt wurde. Im Anschlu:3 an die Stufe höchsten Druckes und höchster Temperatur
wurde dabei meist in einer besonderen "Kopfstufe" oder "Überhitzungsstufe" dem aufgeheizten
Strom von außen zusätzlich Wäme zugeführt, bevor er in die Entapannungsverdampfungsatufen
eingeleitet wurde. Der Zweck des bekannten Verfahrens ist nicht die Abkühlung der
Flüssigkeit durch einen unabhängigen Strom eines Kühlmediums sondern die Vorwärmung
der Flüssigkeit für eine Destillation oder Einengung einer Lösung.
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Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Abkühlung einer
Flüssigkeit durch eine mindestens-dreietufige Entspannungoverdampfung, bei dem im-Gegenaatz
zu dem bekannten Verfahren der die Entspannungsverdampfung durchlaufende Hliseigkeitsetrom
hinsichtlich Art, Zusammansetzung und Menge von dem Strom an Kühlmedium, an dem
die in der Entspannungsverdampfung gebildeten Dämpfe kondensieren, vollständig unabhängig
ist und mit diesem Strom primär nur in Wärmeaustausch-Beziehung steht. Duxch die
Verwendu.@g von zwei nach Art, Zusanuuetisetzung und Menge verschiedenen Flüssigkeiten
auf der ABkiihliings-- und Erwärmungaseite
einer mehrstufigen Gegenstrom-Entspannungsverdampfung
bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine bisher nicht erreichbare Vielseitigkeit
und Anpassungsfähigkeit an die verschiedenartigsten Bedürfnisse der Pra.;is, und
vor allen Dingen ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
gegenüber der Abkühlung einer Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit einer zweiten
Flüssigkeit im normalen einstufigen Kontakt--Gegenstrom-Verfahren. In der praktischen
Anwendung lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren aber auch z.B. Konzentrationsänderungen
von Lösungen,-Abdestillationen flüchtiger Bestandteile zwecks Rückgewinnung usw.
äußerst vorteilhaft erreichen. Aber auch a.B. in solchen Fällen, in denen die abzukühlende
Flüssigkeit teerhaltig ist oder Ablagerungen bildet, durch die übliche Wärmeübertragungsflächen
verunreinigt werden, zeigt das erfindungsgemäße Verfahren seine besonderen Vorteile.
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Die Kondensation der bei der Entspannungsverdampfung gebildeten Dämpfe
kann entweder durch direkten oder durch indirekten Kontakt mit dem Kühlmedium (also
der zweiten Flüssigkeit) erfolgen. Im ersteren Falle wird das Kühlmedium, um den
Dämpfen -eine möglichst große Oberfläche zu bieten, in an sich bekannter Weise versprüht
oder in dünne Schleier aufgelöst. Selbstverständlich vermischt sich hierbei das
Kondensat in jeder Stufe mit -dem Kühlmedium - es sei denn, es handelte sich um
zwei unvermischbare Flüssigkeiten, von denen beispielsweise die eine ein Ö1 ist
-, so daß die zu kühlende Flüssigkeit, wenn es sich um eine Lösung handelt, von
Stufe zu Stufe mehr konzentriert wird.
Bei indirektem Kontakt wird
das Kühlmedium durch Wärme-
| übertragungsflächevlz.D. Rohre, an deren Außenwandungen sich
die |
Dämpfe der zu kühlenden Flüssigkeit niederschlagen, von den Dämpfen getrennt gehalten.
Dabei kann das Kondensat entweder in jeder Stufe unmittelbar der zu kühlenden Flüssigkeit
wieder zugeleitet werden - beispielsweise indem es von den über der verdampfenden
2lüssigkei t angeordneten Rohren in cie Flüssigkeit zurücktropft - oder es kann
zunächst abgeführt, jedoch in der nächsten Stufe der zu kühlender, Flüssigkeit wieder
zugeführt werden oder es kann auch in jeder Stufe endgültig aus dem Prozeß entüarnt
werden.
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Der Wirkungsgrad, d.h. die durch eine bestimmte Fläche übertragbare
Wärmemenge, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erheblich höher als heim normalen
Gegenstromwärmeaustauscher mit; zwei Flüssigkeiten, denn die durch Kondensation
an eine bestimmte metallische Oberfläche abgegebene Wärmemenge ist unter sonst gleichen
Verhältnissen etwa zwei. bis dreimal so hoch wie die von einer Flüssigkeit bei normaler
Strömungsgeschwindigkeit übertragene Wärmemenge. Hierdurch würde sich theoretisch
ein 1,5 bis 2facher Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrnno gegenüber. dem
einfachen Gegenstromverfahren mit 2 Flüssigkeiten ergeben, jedoch hat die Praxis
gezeigt, da!' tatsächlich in vielen Fällen die '-15 bis 5fache Wärmemenge
bei deia erfindungsgemäßen Verfahren übertragen werden. kann. Iiki. offener -Kondensation
kann zwar von einer bestimmten Wärmeübertragungsfläche nicht gesprochen '. werden,
doch ist die Wirtschaft, i.chhei t dabei. meistens noch
günstiger
als bei indirekter Kondensation. Auf der anderen Seite erfordert allerdings das
erfindungsgemäße Verfahren einen höheren Aufwand an Zubehör wie Pumpen, Ventile,
Schwimmer usw., wodurch die Ersparnis an Wärmeübertragungsfläche bei kleineren Anlagen
aufgewogen werden kann. Bei Anlagen mit mehreren 100 oder 1000 m2 Heizfläche sind
die Ersparnisse durch das erfindungsgemäße Verfahren jedoch beträchtlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht darauf beschränkt, daß eine
Flüssigkeit durch mehrstufige Entspannungsverdampfung mit nachfolgender Kondensation
abgekühlt und eine zweite andersartige Flüssigkeit im Gegenstrom zur ersten Flüssigkeit
erwärmt wird. Beide Flüssigkeiten können auch grundsätzlich gleicher Art sein und
sich nur durch verschiedene Konzentration der in ihnen gelösten Substanzen unterscheiden.
Weiter ist es möglich, daß gleichzeitig zwei verschiedene Flüssigkeiten abgekühlt
werden oder auch ein Gemisch von zwei Flüssigkeiten, die durch das erfindungsgemäße
Verfahren fraktioniert werden. Ebenso können gleichzeitig zwei verschiedene Flüssigkeiten
im Gegenstrom zur ersten Flüssigkeit erwärmt werden, wobei beispielsweise die Wärme
an die eine dieser Flüssigkeiten in direkter und an die andere in indirekter Kondensation
übertragen Werden kann. Ferner kann ' an die Stelle der zweiten Flüssigkeit, falls
es sich um indirekte Kondensation handelt, auch ein Gas treten. Der Ausdruck "Kühlmedium"
soll auf der Erwärmungsseite des erfindungsgemäßen Verfahrens alle geeigneten Substanzen
umfassen.
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Eine neuartige Möglichkeit bietet das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin.insofexn,
als es gestattet, eine Flüssigkeit
| ioter bestimmten Umständen auch unter die Temperatur der vorhan-- |
| 'denen Kühlflüssigkeit abzukühlen, und zwar dadurch, daiZie |
in jeder Stufe durch Entspannungsverdampfung gebildeten Däm,.fe in direkten Kontakt
mit einer Flüssigkeit gebracht werden, die bei der Temperatur dieser Stufe einen
geringeren Gleichgewichts-Dampfdruck der in der zu kühlende. Flüssigkeit gelösten
Substanz aufweist als die zu kühlende Flüssigkeit selbst. Das hat nämlich zur Folge,
daß, damit in jeder Stufe Gleichgewichtsbedingungen herrahen, die Flüssigkeit mit
dem höheren Dampfdruck eine niedrigere Temperatur haben muß, als die Flüssigkeit
mit dem niedrigeren Dampfdruck. Durch einfachen Gegenstromwärmeaustausch ist selbstverständlich
eine solhe Möglichkeit nicht gegeben.
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Nachfolgend werden das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Veffahrens
sowie einige Verfaimnsbeispiele näher erläutert. Dabei wird zugleich auf die Zeichnungen
bezug genommen, in denen darstellt: Fig. 1 das grundsätzliche Fließbild des erfindungsgemäßen
Verfah-rens bei indirekter Kondensation der gebildeten Dämpfe und Rückführung
des Kondensats in die abzukühlende Flüssig keit der gleichen Stufe, Fig. 2 das grundsätzliche
Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens bei indirekter Kondensation der gebildeten
Dämpfe und Abzug des Kondensats aus jeder Stufe (entweder nach außen oder in die
nächstfolgende Stufe), Fig. 3 das grundsätzliche Fließbild des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei direkter (offener) Kondensation der gebildeten Dämpfe (Absorption
der Dämpfe im Kühlmedium), Fig. 4das grundsätzliche Fließbild eines nach den Schemen
der Fig. 2 und 3 kombinierten Verfahrens, Fig. 5 das grundsätzliche Fließbild eines
nach den Schemen der Fig. 3 und 1 kombinierten Verfahrens, wobei das indirekte gewonnene
Kondensat dem Kühlmedium zugeführt wird, Fig. 6 das grundsätzliche Fließbild einen
nach den Schemen der ' Fig. 1 und 3 kombiniertem Verfahrens, wobei das indirekt
gewonnene Kondensat in die abjukühlende Flüssigkeit der gleichen Stufe zurückgeführt
wird, und Fig. 7 schematisch die Anwendung der Erfindung bei einem ,3nehrstäfigen
System zur Kälteerzeugung durch Absorption.
Erläuterung der Figur
1 bis 6
Die Fließbilder der Fig. 1 bis 6 sind der Einfachheit halber jeweils
für vier Stufen gezeichnet. Tatsächlich werden für die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens mindestens drei benötigt, und in vielen Fällen sind wesentlich mehr Stufen
zweckmäßig, weil sich dann eine bessere Leistungsfähigkeit ergibt.
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Bei jedem Fließbild sind die einzelnen Stufen durch übereinander gezeichnete
Rechtecke dargestellt, die in einem gemeinsamen Blo3c zusammengefaßt sind. Die zu
kühlende verdampfbare Flüssigkeit tritt in die.oberste Stufe mit der höchsten Temperatur
und dem höchsten Druck P' ein und durchläuft dann die zweite, dritte und vierte
Stufe, in denen fortschreitend niedrigere Temperaturen und niedrigere Drücke P ",
PI" und P'181 vorliegen. Die Strömung der zu kühlenden Flüssigkeit von Stufe zu
Stufe, wobei. in jeder Stufe durch Entspannungsverdampfung Gleichgewichtsbedingungen
herrschen und eine entsprechende Abkühlung stattfindet, sind durch die starken Pfeile
auf der linken Seite der Figur dargestellt. Die Weiterleitung der zu kühlenden Flüssigkeit
von einer Stufe zur nächsten kann durch die dem Fachmann geläufigen Vorrichtungen
erfolgen, z.B. durch Kondenstöpfe, die die Flüssigkeit durchlassen, die gebildeten
Dämpfe jedoch zurückhalten.
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Die Darstellung der Stufen übereinander und in einem Block bedeutet
nicht,daß die Anordnung in der Praxis so getroffen werden muß, vielmehr köruien
die Stufen auch nebeneinander und/oder in
voneinander getrennten
Gefäßen angeordnet sein, und es ist auch möglich, in jeder Stufe für die Entspannungsverdampfung
und für die Kondensation getrennte Gefäße anzuordnen, die in bekannter Weise durch
Rohrleitungen miteinander verbunden sind.
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Der Strom der in jeder Stufe durch Entspannungsverdampfung gebildeten
Dämpfe ist durch einen starker, gestrichelten, nach rechte gerichteten Pfeil dargestellt,
während der Strom Kondensates - falls bei indirekter Kondensation ein von der zweiten
Flüssigkeit getrenntes Kondensat vorhanden ist - durch einen dünnen, gestrichelten,
nach links gerichteten Pfeil dargestellt ist.
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Der Strom der zweiten, als Kühlmittel verwendeten Flüssig-
keit
ist, falls sie in geschlossenen Rohren strömt (indirekte Kondensation), durch eine,
alle Stufen von unten nacheben durchlaufende, Doppellinie dargestellt. Falls offene
Kondensation zur Anwendung kommt, ist die zweite Flüssigkeit durch schwach ausgezogene,
von Stufe zu Stufe von unten nach oben gerichtete Pfeile dargestellt.
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Weitere in den Figuren verwendete Symbole werden bei der Besprechung
der einzelnen Ausführungsbeispiele erläutert. Bei dem Verfahren nach Pig. 1 werden
die in dem linken Teil jeder Stufe durch Entspannungsverdampfung
gebildeten Mmpte 'der zu kühlenden Flüssigkeit im
rechten Teil an der von der zweiten
Flüssigkeit durchströmten Rohren
in indirekter Kondensation niedergeschlagen und strömen jeweils in der
gleichen Stufe, in
der sie gebildet wurden, zu der zu kühlenden
Flüssigkeit zurück. Diese Flüssigkeit, die mit irgend einer Temperatur (in vielen
Fällen der Umgebungstemperatur) in die erste Stufe eingetreten ist, strömt also
in gleicher Menge und Konzentration, jedoch mit einer infolge der Entspannungsverdampfung
erniedrigten Temperatur, zur zweiten Stufe, von dort mit nochmals erniedrigter Temperatur
zur dritten Stufe usw., während die zweite Flüssigkeit sich beim Durchströmen der
Stufen durch dt.o geschlossene Rohrleitung in der entgegengesetzten Rf ..tung entsprechend
erwärmt.
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Bei dem i r. 2 gezeigten- Ausführungsbeispiel werden die durch Entspannungsverdampfung
gebildeten Dämpfe ebenfalls in jeder Stufe an den von der zweiten Flüssigkeit durchströmten
Rohren kondensiert, jedoch nicht unmittelbar in die abzukühlende Flüssigkeit zurückgeführt.
Zu diesem Zweck sind Verdampfungsraum und Kondensationsraum jeder Stufe durch eine
Trennwand voneinander getrennt, die nur den Dämpfen, nicht jedoch der Flüssig-keit
den Übertritt von einem in den anderen Teil ermöglicht. Mit Hilfe
einer geeigneten, in Fig. 2 durch ein außerhalb jeder Stufe gezeichnetes Quadrat
dargestellten Vorrichtung, z.B. eines Kondens-topfes, wird das Kondensat von den
Dämpfen getrennt und .kann nun mit Hilfe zweier Ventile, die in Fig. 2 durch kleine
Kreuze dargestIlt sind, entweder, wie durch die dünnen gestriohelten Linien angedeutet,
der abzukühlenden Flüssigkeit in;dar zweiten Stufe zugeführt werden,
in welcher
der niedrigere Druck P " herrscht, oder es kann
aus der Anlage entfernt werden. Das letztere Verfahren wird angewendet, wenn der
Prozeß auf eine möglichst starke Abkühlung der ersten Flüssigkeitabzielt, während
die Rückführung des Kondensate in die nächstfolgende Stufe angewendet wird, wenn
eine möglichst starke Erwärmung der zweiten Flüssigkeit angestrebt wird. In diesem
Falle ähnelt das Verfahren äußerlich dem bekannten Verfahren, bei dem eine Flüssigkeit
durch stufenweise Entspannungsverdampfung abgekühlt und gleichzeitig im Gegenstrom
zu sich selbst erwärmt wird, wie es vielfach für die Einengung einer Lösung o.dgl.
angewendet Wird, jedoch besteht der grundlegende Unterschied darin, daß aufgrund
der Erfindung auf der Abkühlungs- und Erwärmungsseite zwei nach Art und Menge verschiedene
Flüssigkeiten ohne Kreislaufführung vorhanden sein können, und es nur auf dem Wärmeaustausch
ankommt.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Yerdampfungs-
und Kondensationsraum ebenfalls durch eine Trennwand voneinander getrennt. Im Gegensatz
zu Fig. 1 und 2 wird jedoch die zweite Flüssigkeit in fein verteilter Form
in direkten Kontakt mit den in der betroffenen Stufe'gebildeten
Dämpfen gebracht, so
daß sich Dämpfe und Kondensat miteinander
vermischen. Die feine Verteilung der zweiten Flüssigkeit kann a in
an sich bekannter ;weise durch Versprühen mittels S Düsen oder Bildung dünner
Schleier beim Überlauten von Wehren oder Austreten aus schlitzen bewirkt
weiden.
Da in jeder nächst höheren Stufe e:u höhe°°er 7ezuck als in
der
darunter liegenden herrspht, so muß das Gemisch aus zweiter Flüssigkeit und Kondensat
von Stufe zu Stufe gepumpt werden, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet.
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In den meisten, jedoch nicht in allen Fällen wird das in Eig. 3 dargestellte
Verfahren angewendet, wenn auf der Abkühlungs- und Erwärmungsseite zwei einander
ähnliche Flüssigkeiten vorliegen, z.B. wenn reines Wasser abgekühlt und eine konzentrierte
wässüge Lösung erwärmt wird. Falls zwei unvermischbare Flüssigkeiten vorliegen,
indem z.B. Wasser abgekühlt und eia Ö1 erwärmt wird, kann natürlich, was in Fig.
3 nicht weiter dargestellt ist, zwischen je zwei Stufen eine Entmischungavorrichtung
angeordnet weilen.
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Da das Verfahren nach Fig. 3 äußerlich eine gewisse Ähnlichkeit mit
den bekannten Verfahren hat, bei denen die gleiche Flüssigkeit (zum Zwecke der Gewinnung
einer eingeengten Lösung oder eines reinen Destillats) im Kreislauf auf der Verdampfungsseite
und der Kondensationsseite zirkuliert, sei noch besonders darauf hingewiesen, daß
die Möglichkeit, die zweite Flüssigkeit sowohl nach ihrer Beschaffenheit wie nach
ihrer Menge weitgehend variieren zu können, einen bedeutenden Unterschied gegenüber
den bekannten Verfahren darstellt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.'4 stellt eine Kombination der in
Fig. 2 und 3 gezeigten Beispiele dar. Die im linken Teil jeder Stufe durch Entspannungsverdampfung
gebildeten Dämpfe werden gleichzeitig durch zwei verschiedene Flüssigkeiten
zur
Kondensation gebracht, und zwar werden sie im mittleren Teil jeder Stufe wie bei
dem Beispiel nach Fig. 3 durch die eine Flüssigkeit in direktem Kontakt, also in
offener Kondensation, und gleichzeitig im rechten Teil jeder Stufe wie bei dem Beispiel
nach Fig. 2 durch die andere Flüssigkeit in indirekter Kondensation niedergeschlagen.
Ebenso wie-bei den Verfahren nach Fig. 2 und 3 wird die zur offenen Kondensation
benutzte Flüssigkeit zusammen mit dem in der betr. Stufe mit ihr vermischten Kondensat
zur nächst höheren Stufe gepumpt, und das bei der indirekten. Kondensation gebildete
Kondensat kann entweder aus der Anlage entfernt oder der nächstfolgenden Stufe zugeleitet
werden. Ein Anwendungsbeispiel dieses Verfahrens ist die Konzentration einer wäßrigen
Lösung durch stufenweise Entspannungsverdampfung mit nachfolgender direkter Kondensation
durch eine Kühlflüssigkeit, während gleichzeitig eine weitere Flüssigkeit, die.mit
den anderen Flüssigkeiten nicht vermischt werden darf, beim Durchströmen der Rohre
durch indirekte Kondensation erwärmt wird.
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Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem nach Fig. 4 nur dadurch, daß das in indirekter Kondensation gebildete Kondensat
in jeder Stufe dem Gemisch aus der zur direkten Kondensation benutzten Flüssigkeit
und dem durch sie gebildeten Kondensat zugesetzt wird.
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Eine weitere Abwand Jung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei
Flüssigkeiten auf der Erwärmungeseite zeigt die Fig. 6.
Hierbei
wird das durch indirekte Kondensation gebildete Kondensat in jeder Stute
unmittelbar der abzukühlenden Flüssigkeit wieder zugefÜhrt, also entsprechend dem
Verfahren nach Fig. '!, während das in direkter Kondensation gebildete Kondensat
ebenso wie in Fig. 3 gezeigt, zusammen mit der dabei verwendeten Kühlflüssigkeit
von Stufe zu Stufe nach oben gepumpt wird.
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Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren, was in den
Figuren nicht weiter dargestellt ist, auch in der Form ausgeführt werden, daB gleichzeitig
zwei oder mehr Kühlflüssigkeiten zur indirekten Kondensation, also entsprechend
Fig. Moder 2, oder auch zur direkten kondensation, also entsprechend Fig, 3-, angewendet
werden.
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Im ersteren Falle entspricht hierbei die auf die zu kühlende Flüssigkeit
ausgeübte Abkühlwirkung einfach der Summe der von den beiden Kühlflüssigkeiten aufgenommenen
Wärmemengen, , und im letzteren Falle bewirken die partiellen Dampfdrücke des oder
der Komponenten der Dämpfe, daß die Kondensation an den verschiedenen offenen Kühlflüssigkeiten
sich nach deren partiellen Danpfdrüäken richtet. Hierauf wird weitet' unten noch
Bezug genommen.
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Offene Kondensation an einer nicht aus reinem Konden--
eat bestehenden Flüssigkeit.
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Bei offener Kondensation, wie $.B. in dem Fließbild der Zig. 3 gezeigt
ist, kann die Kühlflüssigkeit von anderer Art sein als die aus der zu kühlenden
Flüssigkeit gebildeten Dämpfe, insbesondere,
wenn die gewählte
Kühlflüssigkeit bei gleicher Temperatur und Konzentration einen geringeren Dampfdruck
des flüchtigsten Bestandteiles der wärmeren Flüssigkeit aufweist als diese abzukühlende
Flüssigkeit selbst.
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So kann 2.ß. warmes Wasser durch offene Kondensation an einer Lösung
kaustischer Soda abgekühlt werden, wobei eich die letztere erwärmt. Auf der rechten
Seite der Fig. 3, also der Seite der kauatischen Soda, tritt bekanntlich eine Siedepunkterhöhung
auf, die sich jedoch durch das von Stufe zu Stufe aufgenommene Kondensat verringert.
Jede einzelne Stufe ist aber annähernd isobarisch; die Flüssigkeiten sind beim Verlassen
der Stufen bezgl. ihrer Drücke meist praktisch im Gleichgewicht, d.h. die abzukühlende
und die Kühlflüssigkeit haben den gleichen Dampfdruck, und zwar obwohl die Flüssigkeit
auf der rechten Seite einen erhöhten Siedepunkt hat. Auf diese Weise wird die flüchtige
Flüssigkeit (Wasser) durch eine Flüssigkeit abgekühlt, die tatsächlich eine
höhere Temperatur hat. Diese unerwartete Möglichkeit wurde experimentell
demonstriert, und es ergab sich, als praktisch durchführbar, mit einer gegenüber
reinem Wasser um @0°C wärmeren starken Lösung kaustischer Soda, das
Wasser noch
um zusätzlich 3 oder sogar 5o0 abzukühlen und zwar
in einer
Stufe, dank der sehr großen Tendenz des Bempfdruekes, eich auf -beiden.Seiten
der Stufe auszugleichen. Selten kann allerdings dieser Effekt ganz so einfach
ausgenutzt Werden wegen der-Tatsache, das die konzentrierte Lösung durch die Aufnahme
von kondensiertem Wasser verdünnt wird, was gewöhnlich unetwünscht
ist.
Jedoch. kann dieses intereaaante 2hänomen in Verbindung mit anderen An7,:gendungen
diesee "iTezfzärena für zusitzliche Arbeiteweisen genutzt werden, und.- es kön-r3@
-ii noch weitere Beispiele aufgeführt worden.
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Eine grundsätzliche @@nz@ae!d:v -dieses Verfahrene kann in der Abkühlung
einer verdampfbaren Plüssigkeit, z.B. Wasser, auf eine niedrigere Temperatur als-die
des vorhandenen Kühlwassers bestehen. Als Kühlflüssigkeit auf der rechten Seite
von Fig. 3 wird dann eine Lösung einer in_Wasser leicht löslichen Substanz gewählt;
die eine starke Siedepunktserhöhung ergibt. Nach Möglichkeit sollte der gelöste
Stoff mit Wasser eine geringe positive oder vorzugsweise eine negative Lösungswärme
haben. Geeignete Substanzen sind galciumchlorid, Lithiumchlorid und andere Salze
mit ähnlichen Eigenschaften (meist mehrere Hydrate mit Wasser bildend), welche billig
sLnd, verhältnismäßig wenig korrodierend auf die Werkstoffe der Anlagen einwirken
und unter den Bedingungen des Verfahrens stabil sind. Es können auch organische
Flüssigkeiten verwendet werden, entweder beim Einttitt in die unterste Stufe in
reiner Form oder in konzentrierter wäßriger Lösung. Geeignet sind Stoffe mit hohem
Siedepunkt und stark hygroskopischen Eigenschaften wie Alkohole mit mehreren OH-Gruppen;
Glycerin, Diäthylen-Glycol, Triäthylen-Glycol usw.
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Nach dem Verlassen der obersten Stufe (Fig. 3) gelangt die Kühlflüssigkeit
in einen Konzentrationsverdampfer, wo das aufgenommene Wasser abgedampft wird; anschließend
wird die Salz-
| lösung/der organischen Flüssigkeit (die möglicherweise voll- |
| oder die Lösung |
| kommen |
| entwässert ist) abgekühlt. Die hier beschriebenen Verfahren
kön- |
nen allerdings wegen der geringen Flüchtigkeit der Lösung meist nicht angewendet
werden. Infolgedeesen wird ein Röhrenaggregat benutzt, um die Meung auf die niedrigste
Temperatur zu bringen, die mit dem mrhandenen Kühlwasser erreichbar ist. Dann fließt
die Lösung zurück zur untersten Stufe, um die Abkühlung bzw. Kälteerzeugng bei der
zu kühlenden Flüssigkeit vorzunehmen. Dieses Verfahren ist ein System der Kälteerzeugung
unter die Temperatur des vorhandenen Kühlwassers. Wie alle derartigen Kälteerzeugungssysteme
erfordert es die Einleitung von Energie, in diesem Falle von Wärmeenergie zur Rück-Konzentration
der Kühllösung.
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Wenn in Fig. 1 und 2 eine wäßrige Lösung die verdampfbare Flüssigkeit
ist, die abgekühlt wird, so ist die Art der Kühlflüssigkeit, die auf der rechten
Seite in den Rohren zirkuliert, belanglos. Bei der offenen Kondensation nach Fig.
3 ist jedoch die Kühlflüssigkeit gewöhnlich wasserhaltig oder sie kann wenigstens
Kondenswasser aufnehmen. Wenn ein mit Wasser unverwischbares Öl erwärmt werden soll,
um die verdampfbare Flüssig-
keit zu kühlen, so geschieht das gewöhnlich mit
geschlossener
Kondensation entsprechend Fig. 1 und 2. In einigen Fällen kann
jedoch ein relativ schwer verdampfbares Ö1 oder eine andere mit Wasser unverwischbare
Flüssigkeit für die offene Kondensation nach Fig. 3 verwendet werden; das Wasser
kondensiert dann an der offenen Oberfläche des Öles, ohne sich hiermit zu vermischen.
#`
Es ist möglich, das in jeder Stufe gebildete Komgensat durch
innere oder äußere Dekantierung abzutrennen und aus der Anlage zu-entfernen oder
es kann anschließend zurückgeleitet werden und dem Wasser je nach Wunsch, in der
gleichen oder in der nächst niedrigeren Stufe wieder zugeführt werden. Wahlweise
kann auch das Gemisch der beiden 2lüssigkeiten Ö1 und Kondenswasser in die nächst
höhere Stufe gepumpt werden. Infolge ihres innigen K@ntaktes haben beide Flüssigkeiten
die gleiche Temperatur, und die Kondensation schreitet von Stufe-zu Stufe entsprechend
Pig. 3 fort, wie bereits beschrieben.
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Zum Verständnis dieser Zusammenhängt ist das folgende Grundprinzip
wichtig: Die rechte Seite einer Stufe in einem System nach Fig. 3 kann tatsächlich
eine höhere Temperatur haben, als die linke Seite. Dagegen.muß der dem Gleichgewichtszustand
entsprechende Partial-Dampfdruck der abzukühlenden verdampfbaren Flüssigkeit nach
ihrer Kondensation und beim Verlassen der rechten Seite irgend einer Verfahrensstufe
immer wenigstens um ein Geringes niedriger sein als der Gleichgewichtsdampfdruck
der abzukühlenden verdampfbaren Flüssigkeit beim Verlassen der linken
| Seite der gleichen Stufe. Das entscheidende Kriterium ist also |
| f |
| das Verhältnis der Porti drücke der verdampfbaen Flüssigkeit, |
während diese an zwei verschiedenen Stellen eine bestimmte Stufe verläßt und, wie
oben ausgeführt, können die Temperaturen
in einigen offenbar umgekehrt weiden,
je nach dem Verhältnis
der beiden Partialdampfdrücke
zueinander.
System
mit zwei oder mehr verdampfbaren Flüssigkeiten
auf der Abkühlungsseite.
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Eine wichtige industrielle Anwendung des Verlhrens ist die Abkühlung
der sogenannten Schlempen, die in der Alkoholindustrie mit einer Temperatur von
etwa 100 - 102 00 aus einer Hier-Destillierblase abgelassen wird und etwa zwischen
0,02 und 0,1 % Äthyl-Alkohol enthält. .Mit einem üblichen Röhrenwärmeaustauscher
kann zwar die Wärme wiedergewonnen werden, jedoch ist eine sehr große Wärmeübergangsfläche
erforderlich wegen der Neigung zur Verschmutzung durch Schwebstoffe oder durch Bildung
von Ansätzen durch aufgelöste, zur Ansatzbildung neigende Stoffe wie Kalciumsulfat.
In jedem Falle geht der Alkoholgehalt verloren. Arbeitet man jedoch mit Entspannungsverdampfung
der Schlempen auf der linken Seite der Fig. 1,"_- _ oder 3 und offener Kondensation
der Dämpfe durch einen Strom kalten Wassers wie auf der rechten Seite der
Fig. 3 oder geschlossener Kondensation wie in Fig. 2, so kann der größte Teil des
sonst verloren gegangenen Alkohols wieder gewonnen werden.
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Eine nur geringfügige Entspannungsverdampfung der Schlempen ergibt
Dämpfe mit einer viel größeren Konzentration an Alkohol; in diesem Bereich
ist die relative Flüchtigkeit des Alkohols, d.h. das Verhältnis der Alkoholkonzentration
in den Dämpfen zu der in der Flüssigkeit etwa zwischen 12 und 20. Dieses
Verhältnis steigt mit den niedrigeren Drücken der nachfolgenden Stuten.
Daä
Wasser, das zum Fermentieren der Maische benutzt wird, oder
mach
die Maische selbst, kann be--m Abkühlen der alkoholhaltigen Flüssigkeit erwärmt
werden, da das 2ermentie 2en obdrhalb der Umgebungstemperatur ausgeführt wird. Wenn
die geschlossene Kondensation angewendet wird, s® karzie Plüssigkeit aus äm Fermentiergefäß
vor dem Einspeisen .in dJ"-e Bier-Destillierblase durch Abkühlen der Schlempe erwärmt
werden.
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Bei geschlossener Kondensation, wie in Fig. 2, wird das Kondensat
abgezogen und, von allen Stufen zusammengefaßt, wieder in die Bier-Destillierblase
eingespeist. Bei offener Kondensation, wie in Fig. 3, kann der Alkohol in der zu
fermentierenden Flüssigkeit kondensiert oder absorbiert werden; auf diese Weise
wird er unmittelbar dem nächsten Quantum der zu verarbeitenden Flüssigkeit zugesetzt.
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Mindestens 95 96 des sonst verloren gehenden Alkohols können in einem
Wärmeaustauscher mit 6 oder 7 Stufen zurückgewonnen werden. Die Alkoholkonzentration
der heißen Schlempen, die aus einer ziemlich leistungsfähigen Bier-Destillierblase
abgelassen werden, liegt bei 0..5 Gewichts-Prozenten; beim Aus-
| tritt aus einer '-stufigen Anlage beträgt, sie 0,003 96 Alkohol |
| niedrigen |
| (genaue Angaben in diesem/Bereich sind schwierig). Die Zunahme |
des Alkoholgehaltes im kalten Wasser von Stufe zu Stufe hält dem aus.dem Bier verdampften
Alkohol die Waage.
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Das übliche Absorptionsveifahren zur Kälteerzeugung verwendet
Ammoniak als Wärmeträger. Maßgebend sind dabei: a) Verdampfung von flüssigem Ammoniak,
das seine Verdampfungswärme einer "Wärmeübertragungsflüssigkeit niedriger Temperatur
"
entnimmt, gewöhnlich einer zirkulierenden Sole, b) Absorption oder Lösung b) Absorption
oder Lösung der Ammoniakdämpfe durch Wasser in einem starken Strom wäßriger Ammoniaklösung,
die gleichzeitig durch eine"Kühlflüssigkeit höherer Temperatur" gewöhnlich Kühlwasser,
abgekühlt wird, c) Pumpen, der starken Ammoniaklösung aus dem Bereich der niedrigen
Ammoniak-Dampfdruckes im Verdampfer und Absorber in den Bereich höheren Ammoniak.-Dampfdruckes
in der Regeneration, d) Regeneration oder Destillation des Ammoniaks aus der starken
Ammoniaklösung unter höherem Druck unter Bildung einer stark verdünnten Ammoniaklösung,
e) Kondensation dieser Ammoniakdämpfe, die noch unter diesem höheren Druck stehen,
und die Abkühlung des flüssigen Ammoniakkondensates durch Wärmeübertragung an Kühlwasser,
Luft oder eine andere wärmeaufnehmende Substanz und f) Wärmeaustausch zwischen der
starken und der-verdünnten wäßrigen Ammoniaklösung.
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Alle Ausführungsarten diesen Systems erfordern das Strömen
und Verarbeiten von Flüssigkeiten in einer Reihe von Wärmeaustauschern, die gewöhnlich
"Verdampfer", "Absorber", "Austauscher", "Generator" und "Kondensor" genannt werden.
Die Wirkungsweise der ersten drei kann direkt, die der letzten beiden indirekt verbessert
und das gesamte 'erfahren wirksamer gestaltet werden durch die Anwendung der erfindungsgemäßen
Methode der Abkühlung eomer verdampfbaren Flüssigkeit, unc Iwar infolge des besseren
Gegenstromprinzips und der gründl3&eren Wirkung
durch die Gleichzeitigkeit
von Wärmeaustausch und Absorption. Fig. 7 zeigt nun im Schema das Fließbild für
die Kälteerzeugung nach dem Ammoniak-Absorptionsverfahren unter Anwendung der Erfindung
für die verschiedenen Wärmesustauschaggregate.
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Der Verdampfer und der Absorber sind in einer Einheit zusammengefaßt,
wobei das Bild (mit einigen Ergänzungen) dem der Fig. 3 ähnelt; der Wärmeaustauseher
ist ein zusätzliches Aggregat, dessen Strömungsbild der Fig. 2 entspricht. Als Generator
und Kondensor könen die üblichen Aggregate verwendet werden, jedoch bedürfen sie
nur Einer geringeren Kapazität und E_@trahierungßleistung für die letzten Ammoniakreste
aus der verdünnten wäßrigen Lösung, und zwar aus Gründen, die später besprochen
weiden.
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Das flüssige Ammoniak tritt unter dem Maximaldruck von 10,5 ata in
die oberste Stufe des Verdampfers ein; falls die Anforderungen an die Kälteerzeugung
es gestatten, kann der Druck auch durch ein - in Fig. 7 durch ein Kreuz bezeichnetes-Ventil
etwas herabgesetzt weden. Das Ammoniak verdampft von Stufe zu Stufe wie die übrigen
bereits besprochenen warmen und verdampfbaren Flüssigkeiten. In diesem Falle wird
jedoch in der untersten Stufe bei dem niedrigsten Druck von 2,8 bis 3,5 ata der
letzte Rest vollständig verdampft.
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- Ein fortlaufendes Röhrensystem ist so eingebaut, daß es in jeder
Stufe von dem dort verdampfenden flüssigen Ammoniak bedeckt.wird. Durch dieses Röhrensystem
fließt eine Wärmeübertragungsflüssigkeit mit niedriger Temperatur, beispielsweise
gekühlte Sole' in der gleichen Strömungsrichtung von Stufe bei stetig abnehmendem.
Druck wie die Ammöniaklösung selbst: In
Fig. 7 ist in den Verdampferstufen
der Durchfluß der Sole durch gestrichelte .Linien dargestellt, deren Pfeile in den
einzelnen Stufen abwechselnd nach rechts, dann nach links usw. zeigen. Diese Sole
überträgt ihre Wärme und kühlt sich dabei ab, während die abgegebene Wärme das Ammoniak
verdampft. Der parallele Durchfluß des flüssigen Ammoniaks und der Sole, wobei die
gekühlte Sole in einem Röhrensystem fließt, gestattet einen Temperaturabfall in
jeder Stufe vom flüssigen Ammoniak zu den von der gekühlten Sole durchflossenen
Röhren infolge des stufenweisen Druckabfalles - und der Siedetemperatur des Ammoniaks
- von der Stufe des höchsten Druckes bis zu der des geringsten Druckes.
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W4hrend eine gekühlte Sole in diesem Kälteerzeugungskreislauf die
Quelle des Wärmeentzuges bildet, kann der Kälte-Effekt genutzt werden, um entweder
Luft zu kühlen (Klimaanlagen) oder für andere Kältezwecke, z.B. um Wasser zu gefrieren
oder um andere Wärmeübertragungsflüssigkeit abzukühlen. Die gebräuchlichste Methode
zur Übertragung der Kühlwirkung ist die mit Sole oder einer anderen wäßrigen Lösung
genügender Konzentration mit einer gefrierpunktserniedrigenden Substanz (z.B. Kochsalz,
galziumchlorid, Glycerin, Methanol oder Äthylalkohol).
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Die Dämpfe strömen in jeder Stufe von lida nach rechts,
wie in früheren Beispielen für die Anwendung dieses Verfahrens. Die rechte
Seite jeder Stufe ist ein Absorber oder, wenn man die Reihenfolge der Stufen
betrachtet, eine Serie von Abeorberstufen, die in ihrem Druck und "ihrer Temperatur
mit dem Verdampferstufen des Aggregates, in denen flüssiges Ammoniak verdampft wird,
im
Gegenstrom arbeiten. In der untersten Stufe des Absorbers tritt
praktisch reines Wasser ein, u--.i Ammoniakdämpfe zu absorheten. Das Wasser wird
pur verdünnten A®moniaklösung, während ee als
| Kühl- oder Absorbie2flüssigkeit auf der Absorberseite von Stufe |
| weiter vorn |
| zu Stufe aufa-#Zieigt. Wie bereits erläutert, wird es ver- |
sprüht oder in anderer Weise fein verteilt, so daß eine ausreichend große Oberfläche
geschaffen wird zur Absorption der Ammoniakdämpfe und gleichzeitig zur Übertragung
der Absorptions- und KOndensationswärme. Die Temperatur der wäßrigen Ammoniaklösung
steigt beträchtlich von der untersten bis zur obersten Stufe, und zwar wird dieses
bewirkt durch Druckunterschiede von Stufe zu Stufe, wie auf der linken, der Verdampferaeite
jeder Stufe. Die Wärme kann aus dieser wäßtigen Ammoniaklösung im Absorber entfernt
werden durch Wasser, das in jeder Stufe durch ein von der Flüssigkeit bedecktes
Röhrensystem fließt, ebenso wie das von der Sole durchflossene Röhrensystem auf
der Verdampferseite. Dieses ist in Fig, 7 ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet,
die erst nach links, dann nach rechts und so von Stufe zu Stufe abwechselnd zeigen.
Als Kühlwasser kann das durch die Verwendung im Kondensor bereits leicht erwärmte
Wasser benutzt werden, was jedoch von der vetfügbaren Menge, ihrer Temperatur und
ihren Kosten abhängt.
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Bemerkenswert ist die Ähnlichkeit, aber auch die wesentlichen Unterschidde
gegenüber dem Wärmeentziehungaverfahren nach Fig. 5; denn die von Flüssigkeit bedeckte
Kühlwasserschlange in den Abeorberstufen von Fig. 7 erscheint dem als geschlossenes
Röhrensystem
ausgebildeten Kondensor auf der rechten Seite der Stufen von Fig. 5 vergleichbar.
Der wesentliche Unterschied besteht jedoch in der Tatsache, daß im Absorber von
Fig. 7 die Ammoniakdämpfe in jeder Stufe eine niedrigere Temperatur haben
als
die Flüssigkeit in der Kühlwasserschlange, an welche die Kondensationswärme
dieser Dämpfe abgegeben wird. Deshalb könnte keine Kondensation stattfinde, wenn
die Kühlwasserrohre, wie in Fig. 5, im Dampfraum liegen würden. Die verdünnte Ammoniaklösung
kondensiert oder absorbiert die Ammoniakdämpfe bei einer höheren Temperatur als
die Temperatur der Dämpfe, und zwar kann sie dies infolge des niedrigeren Dampfdrückes
des Ammoniaks aus dem Wasser. Bei der Abeorbierung dieser Wärme erwärmt sich die
Ammoniaklösung auf eine höhere Temperatur als die der Dämpfe, von denen die
Wärme aufgenommen wird. Würden die Kühlwasserrohre im Dampfraum jeder Stufe liegen,
wie in Fig, 5, so würde aufgrund ihrer höheren Temperatur die Wärme in entgegengesetzer
Richtung
fließen und die Ammoniakdämpfe überhitzen, und die gewünschte Kühlwirkung
auf die verdünnte Ammoniaklösung würde ausbleiben.
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Zwar empfiehlt sich die Verwendung von Kühlwasser als Aufnahmemittel
für die Kondensations- und Absorptionswärme im Absorber, jedoch können auch andere
sogenannte "Heißkühlmittel" verwendet werden ("heiß" bedeutet hier den Unterschied
zu den niedrigeren Temperaturen des Solekreielaufs auf der Verdampferseite des Systems).
Luft oder andere Gase können ebenfalls
verwendet werden, und wegen der Einfachheit
der Anlagen wird in vielen Betrieben eine bei passender Temperatur siedende Flüssigkeit
verwendet, um dem Ammonia:# seine Kondensationswärme zu
entziehen,
und zwar durch die latente Verdampfungswärme, die dann in einem Kondensor an ein
anderes Gas oder eine Flüssigkeit abgegeben wird.
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Die aus der obersten Stufe austretende konzentrierte jünmoniaklöeung
hat eine verhältnismäßig niedrige Temperatur von 35 - 450C, während die Temperatur
der verdünnten Ammoniaklösung beim Austritt unten aus dem Generator 110 - 12000
beträgt; diese beiden Lösungen läßt man nun im Wärmeaustauscher im Gegenstrom zueinander
fließen, was mit dem Fließbild mit Fig. 2 übereinstimmt. Dabei wird das Kondensat
aus der rechten Seite jeder Stufe stets nach außen abgelassen und dann gesammelt.
Die verdünnte Ammoniaklösung hat nur einen geringen Ammoniakgehalt, wenn sie unten
aus dem Generator austritt, und dieser wird in dem Wärmeaustauscher praktisch vollständig
extrahiert. Die Kondensate der verschiedenen Stufen enthalten dieses Ammoniak stark
konzentriert. Sie werden gesammelt und der konzentrierten wäßrigen Ammoniaklösung
zugesetzt, die aus der Stufe höchster Temperatur des Absorbers austritt.
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Ebenso wie bei einem üblichen Absorptions-Kälteerzeuger ist in Fig.
7 eine Pumpe gezeigt, welche die konzentrierte Ammoniaklösung von dem Druck den
Wärmeaustauschers auf den den Generators bringt. Hei dem hier vorliegenden Verfahren
kann die hohe Ammoniakkonzentration in der konzentrierten Ammoniaklösung und seine
verhältnismäßig hohe Temperatur. beim Verlassen des Wärmeaustauschers es angezeigt
erscheinen lassen, die Pumpe besser zwischen Absorber und Wärmeaustauscher aufzuntellen
als
zwischen Wärmeaustauscher und Generator, wie es Fig. 7 zeigt.
(In diesem Falle würden die Rohre auf der rechten ;leite des Wö,rmeaustauschers
konzentrierte Ammoniaklösung unter dem Druck des Generators führen). Eine zweite
Pumpe müßte dann so aufgestellt und angeschlossen werden, wie es im Fließbild gezeigt
ist, jedoch könnte eine viel kleinere Pumpe verwendet werden, um das Z
Kondensat
aus den verschiedenen Stufen auf den höheren Druck des Generators zu bringen.
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Der Generator arbeitet mit 10,5 ata, und das ,Ammoniak wird darin
aus dem Wasser erbdestilliert. Ein gewöhnlicher Rektifike.torturm mit zwiahen fünf
und zwölf Glockenböden oder ähnlichen Böden wird benutzt, um am oberen Ende ein
praktisch fast wasser°freies Ammoniak zu erbringen. Im Kondensor wird es mit gewöhnlichem
Kühlwasser in üblicher Weine kondensiert,(Dieses Kühlwasser kann dann,
wenn gewünscht und je nach seiner Temperatur, in die Kühlschlange des Absorbers
geleitet werden). Ein kleiner Teil. des verflüssigten, praktisch reinen Ammoniaks
fließt über ein in Fig. 7 mit einem kleinen Kreuz bezeichnetes Entspannungsventll
in die oberste Stufe des Verdampfers zurück.
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Die Zahl der Stufen im Verdampfer-Abeorber kann 2 bis 8 betragen,
und die gleiche Anzahl kann im wärmeaustauscher verwendet werden. Der Destillation
des Ammoniaks aus der verdünnten Ammoniaklösung nach ihrem Austritt aus dem Generator
braucht weniger Aufmerksamkeit geschenkt zu werden als bei dem üblichen Verfahren,
da im Wärmeaustauscher, wie oben beschrieben, eine
ausgezeichnete
Extrahierung erreicht wird. e Wie bei anderen Anwendungsbeispielen für dieses Verfahren
werden Luft oder andere nicht kondensierbare Gase auf üblichem Wege entfernt, um
d:le Vorgänge unbehindert durch sie ablaufen zu lassen.
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Eine Abwandlung des vorangehend beschriebenen Verfahrens zur Abkühlung
verdampfbarer Flüssigkeiten, d.h. in diesem Falle von praktisch reinem Ammoniak
durch Verdampfung unter stufenweise ermäßigtem Druck stellt die Verwendung eines
Gleichstrom-Röhrenwärmesustauschers für die Flüssigkeit sowohl auf der Verdampfer
wie auf der Absorberseite der Stufen dieses kombinierten Aggregates dar. Hierbei
wird durch die stufenweise Entspannungsverdampfung sowohl die eine Flüssigkeit abgekühlt
als auch eine zweite, im Gegenstrom dazu fließende (die Sole in einem getrennten
Röhrensystem).
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Zu bemerken ist auch, daß bei der Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei der Kälteerzeugung durch Absorption die gesamte Menge der abzukühlenden
Flüssigkeit während der Abkühlung verdampft@wird, was in diesem Falle nicht nur
auf die Entspannungsverdampfung zurückzuführen ist, sondern auch auf die Wärmezufuhr
durch die Sole(deren Kühlung die Funktion des ganzen Verfahrens ist).
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Eine große Wärmemenge wird von den Verdampferstufen auf die Absorberstufen
übertragen, und zwar in Form der latenten Kondensationswärme und der Lösungswärme
des flüssigen Ammoniaks bei seiner Absorption in der wäßrigen Lösung. Diese Wärme
wird
dort als fühlbare Wärme aufgenommen und hat die Temperatursteigerung
der Lösung bei der offenen Kondensation zur Folge; ein großer Teil dieser fühlbaren
Wärme wird sofort an das Kühlwässer übertragen und bewirkt dessen gleichzeitige
Erwärmung, beginnend mit der niedrigen Temperatur-und dem niedrigen Druck der unteren
Stufen und fortschreitend zu höheren Drücken und Temperaturen in den oberen Stufen.
Infolgedessen ändert sich, die Temperatur der Ammoniaklösung im Absorber nicht stark
von unten nach oben, aber der Druck erhöht sich z.B. von 2,8 auf 7 ata und die Konzentration
von 0 % bis auf fast 60 y6 Ammoniak.
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Wie bei jedem anderen Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
auch in diesem Falle, in dem es sich um die Verdampfung und Absorption von Ammoniak
handelt, die praktisch isobarischen Bedingungen im Bereich jeder Stufe während der
Übertragung von Wärme und von Dämpfen von links nach rechts aufrecht erhalten.
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Durch das beschriebene Verfahren der gleichzeitigen Wärmeübertragung
und Gasabsorption wird eine ERhöhung des thermischen Wirkungsgrades bei der Kälteerzeugung
durch Absorption ermöglicht. Der Verdampfer-Absorber ist, wie Fig. 7 zeigt,eine
im Gegenetrom arbeitende Kombination eines Wärmeübertragers mit einem Verdampfer
und Absorber. Dieses in mehreren Stufen ausgeführte Gegenstromverfahren verbraucht
für die Absorption des Ammoniake eine geringere Wassermenge und ermöglicht
eine höhere Ammoniakkonzentration in der konzentrierten Ammoniaklösung
als da* bisheriä-, ge, nur in einer Stufe durchgeführte Verfahren.
Das bisher
übliche Aggregat ermöglichte kein-Gegenstromverfahren,
weder für den Wärmeaustausch noch für die Verdampfung und Absorption, da diese beiden
Vorgänge bisher völlig getrennt gehalten werden, sowohl bei dem üblichen kontinuierlichen
Verfahren als auch bei dem weniger gebräuchlichen chargenweisen Verfahren. Da bei
dem hier beschriebenen, verbesserten Verfahren ein höherer .Ammoniakgehalt in der
konzentrierten Ammoniaklösung bei-geringerem Wasserverbrauch erzielt wird, so ist
der Wärmebedarf pro Kälteerzeugungseinheit im Generator geringer als bei einer gebräuchlichen
Anlage.
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Im Wärmeaustauscher, der ein weniger wichtiges Anwendungsbeispiel
des hier vorliegenden Verfahrens der Wärmeübertragung bei der Absorptions-Kälteerzeugung
ist als der Verdampfer-Absorber, ist der entscheidende Faktor, daß gleichzeitig
mit der Wärmeübertragung eine geringe Menge Ammoniak aus der verdünnten , lösung,
die den Generator verläßt, extrahiert wird, wodurch das Wasser auf den größten Nutzeffekt
bei der Absorption von Ammoniak im Absorber vorbereitet wird.
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Wie bei jedem anderen Anwendungebeiapiel für das erfindungsgemäße
Verfahren kann die Anordnung der notwendigen Anlagen abgewandelt werden, je nah
den die technische Konstruktion betreffen-- den Überlegungen, jedoch ohne daß das
hier beschriebene Fließbild oder Verfahrens-System verlassen wird. Es muß dafür
gesorgt wengen,.daß die Wärmeverluste bzw. -gewinne in den verschiedenen -Teiilen
der Anlage gergehalten werden, insbesondere beim.
Wärmedurchgang
durch die Wandungen zwischen Absorber und Verdampfer in jeder Stufe, wenn@beide
in einer Einheit gebaut sind.
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Die verschiedenen Aggregate der gälteerzeugungsanlage können so als
Mehrstufen-Wärmeaustauseher gebaut werden, wie vorstehend beschrieben. Sie können
in kompakter Bauweise entwe-. der als zylindrische Türme gebaut werden, indem ein
Aggregat auf das andere gesetzt wird, oder auch als horizontale Zylinder. Dieses
bietet Vorteile in konstruktiver Hinsicht, wie jedem einleuchten wird, der mit dem
Bau solcher Anlagen vertraut ist, die normalerweise aus einer Vielzahl einzelner
Behälter bestehen.