DE1937874A1

DE1937874A1 - Verfahren zur Verdichtungsverdampfung

Info

Publication number: DE1937874A1
Application number: DE19691937874
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Rosenblad Corp
Current assignee: Rosenblad Corp
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1969-07-22
Publication date: 1971-02-04
Also published as: AU442375B2; FR2053765A5; AU5712069A; GB1255730A

Description

Verfahren zur Verdichtungsverdampfung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen von Flüssigkeit, insbesondere zur Eindickung von Laugen.

Bei einem Verdichtungsverdampfer wird die gesamte Leistungszufuhr zum Verdichter in Wärme umgewandelt. Diese Energie hebt Druck und Temperatur des durch den Verdichter geführten Dampfes, Bei einer Leistungszufuhr von 1000 kW an den Verdichter werden 1000 kW an Überschusswärme verfügbar. Bisher wurde diese Wärme als Verlustwärme betrachtet und ist nicht zweckentsprechend verwendet worden.

Von besonderem Interesse ist die Verdampfung einer Flüssigkeit, die einen steilen Anstieg des Siedepunktes über der Flüssigkeit skonzentrat ion zeigt. Wie im folgenden klar werden wird, ist die Lauge in der Kraft-Holzzellstoff-Industrie eine solche Flüssigkeit. Bei einem Feststoffgehalt von kO% in einer solchen Flüssigkeit beträgt der Siedepunktanstieg 4,4⁰C. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass für Verdiohtungsverdampfer der wirtschaftliche Druck bei einem Druckanstieg von ungefähr 0,35 kp/om gegenüber Atmosphärendruok ist, was einem Temperaturanstieg um 8,8⁰C von 100⁰C auf 108,8⁰C für siedendes Wasser entspricht, bedeutet ein Siedepunktanstieg um k,h°C,

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dass eine derartige Flüssigkeit mit hO% Feststoffgehalt bei einer Temperatur von 104,4⁰C zu sieden anfängt. Die Brüdendämpfe bei 0,35 kp/cm² Überdruck haben eine Kondensationstem— peratur von 108,8⁰C. Statt einer Temperaturdifferenz von 8,8⁰C wird also nur eine Temperaturdifferenz von 4,4⁰C au der Heizfläche des Verdampfers bestehen. Als Konzentration der in den Verdampfer einfliessenden Speiseflüssigkeit können 18% Feststoffgehalt angenommen werden. Diese Flüssigkeit hat eine Siedepunkterhöhung von 1,1⁰C, was bei Atmosphärendruck einen Siedebeginn bei 101,1⁰C bedeutet und zu einer Temperaturdifferenz von 7»7⁰C führt, wenn mit Brüdendämpfen von 0,35 kp/cm*- Überdruck geheizt wird. TJm die höhere Temperaturdifferenz bei niedrigerer Konzentration nutzbar zu machen, wird eine Verdichtereinheit gewöhnlich in eine Anzahl von Abschnitten geteilt, die auf der Flüssigkeitsseite in Reihe und auf der Dampf- und Brüdenseite parallel geschaltet sind.

Die spezifische Belastung, ausgedrückt in Masse (kg) freigesetzter Dampf pro Fläche (cm²) und Zeit (h) sinkt mit dem Anstieg der Flüssigkeitskonzentration nicht nur aufgrund der Abnahme der Temperaturdifferenz sondern auch mit der durch die Zunahme der Flüssigkeitszähigkeit bedingten Abnahme des Wärmeübergangskoeffizienten, ¥enn in obigem Beispiel die Feststoffkonzentration in der Flüssigkeit von 18$ auf 40% steigt, kann der Wärmeübergangskoeffizient um 50% abnehmen, was einen Gesamtabfall der spezifischen Belastung von ungefähr 78$ bedeutet, wenn der Siedepunktanstieg berücksichtigt wird. Das bedeutet, dass dann eine 3_f5 mal grössere Heizfläche je kg freigesetzter Dampf benötigt wird.

Der weitere Teil der Verdampfung, währenddessen die Feststoffkonzentration von 40% auf 50% steigt, was gewöhnlich bei der Verdampfung von Flüssigkeit entsprechend dem vorliegenden Beispiel gefordert wird, kann wirtschaftlich nicht in der Verdichtungsstufe erreicht werden. Der Grund ist der, dass

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Flüssigkeit mit einer Feststoffkonzentration von 50$ einen um . 7,2⁰C erhöhten Siedepunkt hat, wodurch eine wirksame Temperaturdifferenz von nur 1,6⁰C verbleibt. Das erfordert eine Heizfläche pro kg freigesetzter Dampf pro Stunde, die mindestens zehnmal grosser als die im Abschnitt für Flüssigkeit mit Speisekonzentration ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren anzugeben, das Verdichtung mit einem einstufigen oder mehrstufigen Verdampfer kombiniert, wobei ein derartiges Verfahren geeignet ist für die Behandlung von Flüssigkeiten, deren Siedepunkt mit einem Anwachsen der Feststoffkonzentration ansteigt,und die Wärme- und Leistungszufuhr an einen Verdichtungsverdampfer in optimaler Weise ausnützt, um den gewünschten Eindickungsgrad der Flüssigkeit mit kleinstem Heizflächenbedarf zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einer Verdichtungsverdampfungsanlage heisse Brüdendämpfe ausschliesslich durch Verdampfung von Flüssigkeit in einem ersten Verdampfer gewonnen und von diesem abgezogen werden, alle diese Brüdendämpfe mechanisch verdichtet werden und diese verdichteten Brüdendämpfe mit einem Überschuss an Wärme als indirektes Heizmittel zur Verdampfung weiterer Flüssigkeit die in den ersten Verdampfer kurz vor ihrem Siedepunkt eingeführt wird, wieder dem ersten Verdampfer zugeführt werden, wobei die Überschusswärme vom Heizmittel im Verdampfer aus Überschuss-Brüdendampf aufgrund der Verdichtung abgezogen wird und dieser Überschuss-Brüdendampf als Heizmittel einem ausserhalb der Verdi chtungsverdampfung sanlage augeordneten Verdampfungseindicker zugeführt wird, wobei wiederum dieser Eindicker mit dem flüssigen Produkt der Verdichtungsverdampfungsanlage gespeist wird und dieses flüssige Produkt weiter eindickt, indem er es wärmetauschend mit dem Übersehuss-Brüdendampf führt.

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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird Flüssigkeit unter Einbeziehung eines Verdichtungsstufenverdainpfers und eines Eindickungsstuf enverdanipf ers verdampft, wobei in dem Verdichtungsverdampfer heisse Bx-üdendämpf e ausschliesslich durch Verdampfung von Flüssigkeit mit niedriger Konzentration gewonnen und von dieser Verdichtungsstufe abgezogen werden, alle diese BrUdendämpfe mechanisch verdichtet werden und diese verdichteten Brüdendämpfe als indirektes Heizmittel zur Verdampfung weiterer Flüssigkeit, die in diesen Verdampfer kurz vor ihrem Siedepunkt eingeführt wird, wieder diesem Verdampfer zugeführt werden, wobei die Überschusswärme als Überschuss-Brüdendampf aufgrund der Verdichtung abgezogen wird und dieser Überschuss-Brüdendampf als Heizmittel dem ausserhalb der Verdichtungsstufe angeordneten Eindickungsstufenverdampfer zugeführt wird, wobei wiederum Flüssigkeit aus der Verdichtungsstufe mit starker Erhöhung des Siedepunktes der Eindickungsstufe zugeführt und in indirekten Wärmeausstausch mit dem Überschuss-Brüdendampf gebracht wird.

Somit ist unter anderem eine Verdampfung und Eindickung bei niedrigem Leistungsbedarf möglich. Sowohl der Verdampfer als auch der Eindicker können von Einfach- oder Mehrfachbauart sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1. eine Darstellung des Siedepunktanstiegs von Lauge mit einer Zunahme der Konzentration der Flüssigkeit;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer vorzugsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Verdichtungsverdampferanlage.

In Fig. 1 ist die Beziehung zwischen dom Siedepunktanstips: In ⁰C und der Feststoff konzentrati on in °/,· einer Lauge beim Krnfi-

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ZeI1stoff-Verfahren dargestellt. Der gleiche Kurvenverlauf gilt auch für Lauge beim neutralen SuIfitzellstoffverfahren«, Siehe dazu ΤΛΡΡΙ hO Nr. 11, 921.

Der erste Verdampfer bzw. die Vorverdampferstufe, - hier als Einfachverdampfer 10 in Fig. 2 dargestellt, - ist ein indirekter bzw. Oberflächen-Verdampfer. Der Verdampfer 10 hat einen unteren Hauptabschnitt 11 mit kanalbildenden Blechen oder Rohren (nicht dargestellt) in seinem Innern, wobei diese Bleche oder Rohre zwei getrennte Bündel von Strömungskanälen bilden. Eine Leitung 15 ist mit dem ersten dieser Kanalbündel verbunden, um diesen Kanälen zu verdampfende Speiseflüssigkeit zuzuführen. Das Gehäuse des Abschnitts 11 des Verdampfers 10 hat einen Durchlass 12 am oberen Ende zum Einlass von Heizdampf, wobei dieser Dampf durch das andere, zweite Kanalbündel im Abschnitt 11 des Verdampfers 10 strömt. Dampf und Kondensat vom Heizdampf werden durch die Leitung lh vom Verdampfer 10 abgeführt.

Brlidendampf aus der Verdampfung von Speiseflüssigkeit wird von den oberen Enden der ersten Kanäle des Verdampfers 10 an einen Dampfraum 16, der den oberen Abschnitt des Verdampfers bildet, abgegeben. Die verbleibenden Speiseflüssigkeit fliesst nach teilweiser Verdampfung aus den oberen Enden der ersten Kanäle und wird auf dem Boden des Dampfraumes 16 auf einem Niveau unterhalb der oberen Enden der kanalbildenden Teile, die in den unteren Abschnitt des Dampfraumes hineinragen, gesammelt. Diese bereits teilweise eingedickte Flüssigkeit wird vom unteren Ende des Dampfraumes durch eine Leitung 17 abgeführt, die die Flüssigkeit zu einem zu beschreibenden Eindicker 35 leitet.

Brüdendampf wird aus dem Dampfraum 16 durch eine Leitung 19 abgeführt, die bis zur Einlass- bzw. Ansaugöffnung 22 eines Verdichters 2h führt. Eine Kraftmaschine wie z.B. eine Elektromotor 26 treibt den Verdichter wie dargestellt an. Der Dampf aus dem Dampfraum 16 wird unter hohem Druck vom Auslass 26 des Verdichters an eine Leitung 27 abgegeben, die diesen Auslass und die Heizdampfeinlassiiffming 12 des Verdampfers 10 verbindet.

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Die oben erwähnte Abfuhrleitung 14 verbindet die unteren Enden des zweiten Kanalbündels mit einem Abseheidegefäss 29. Durch die Leitung 14 in das Gefäss 29 fliessendes Kondensat sammelt sich am Boden des Gefässes und wird von dort durch eine mit einem Ventil 31 versehene Leitung 30 abgelassen. Bei der dargestellten Ausf ührungsf orin ist das Ventil 31 mit einer Füllstandssteuerung 32 versehen, die auf die FlüssigkeitsfUllhölie im Gefäss 29 anspricht, damit die Füllhöhe dieser Flüssigkeit im wesentlichen konstant gehalten wird.

Am oberen Ende des Gefässes 29 und weit oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Gefäss ist eine Leitung 34 angebracht, die den Dampfanteil des den Verdampfer durch die Leitung 14 verlassenden Dampf-Flüssigkeits-Gemisches zur Heizmittel einlass— öffnung 36 des Eindickers 35 führt. Der Eindicker in der dargestellten Ausführungsform gehört zum Typ der indirekt beheizten bzw, Oberflächen-Eindicker und hat getrennte erste und zweite Kanalbündel in seinem unteren Abschnitt 37. Die oben erwähnte Leitung 17 ist mit dem unteren Ende des ersten Kanalbündels des Eindickers 35 verbunden. Teilweise eingedickte Flüssigkeit aus der Leitung 17 strömt durch dieses erste Kaual— bündel nach oben, damit sie darin verdampft bzw, eingedickt wird. Von dieser eingedickten Flüssigkeit abgegebener Brüdeudanipf strömt aus den oberen Enden der ersten Kanäle und wird im Dampfraum 40 gesammelt, der den oberen Abschnitt des Eindickers 35 bildet. In den Dampfraum 40 beförderte Flüssigkeit wird am Boden des Dampfraumes 40 gesammelt und von dort als gewünschtes Produkt durch die Leitung 41 abgelassen.

Die Heizmitteleinlassöffnung 36 des Eindickers 35 ist mit den oberen Enden des zweiten Kanalbündels im Abschnitt 37 des Ein— dickers verbunden. Kondensat des Heizmittels wird von den unteren Enden der zweiten Kanäle des Eindickers durch eine Leitung 39 abgelassen,

Brüdendampf wird aus dem Dampfraum 40 des Eindickers durch ein Rohr 42 abgelassen, das mit einem indirekten Wärmetauscher bzw.

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Flächenlcondensator V-i verbunden dargestellt ist, und der Wärmezufuhr zu diesem Kondensator dient. Das Kondensat dieses Brüdendampfes wird durch ein getrenntes Hohl* 52 vom Wärmetauscher "Vt abgelassen. Prozessflüssigkeit wie z.B. kaltes Wasser wird dem Wärmetauscher Vi durch ein Rohr h? zugeführt, und dieses Wasser wird im Wärmetauscher kh erwärmt utid dann durch ein Rohr Vo aus ihm abgelassen. Die vom Brüdenheizmittel, das dem Wärmetauscher "Ί-Ί zugeführt wurde, übrigbleibenden Brüdendämpfe werden vom Wärmetauscher über ein Rohr ^;i7 durch eine Dampfstrahlpumpe hd abgesaugt. Dieser Dampfstrahlpumpe wird Dampf über eine Leitung jO zugeführt, und sie lässt diesen Dampf und" den abgesaugten Brüdendanipf durch eine Leitung 51 wie dargestellt ab.

Obwohl nur eine einzige Ausführuugsform der Erfindung in der beigefügten Zeichnung dargestellt und in obiger Beschreibung erläutert worden ist, ist es selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen daran vorgenommen werden können, ohne Inhalt und Rahmen der Erfindung zu verlassen, was nunmehr für einen Fachmann offenbar ist.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Verdampfen von Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verdichtungsverdampfungsaulage heisse BrtidendSmpfe ausschliesslich durch Verdampfung von Flüssigkeit in einem ersten Verdampfer (lO) gewonnen und von diesem abgezogen (i9) werden, alle diese Brüdendämpfe mechanisch verdichtet (2k) werden und diese verdichteten Brüdendämpfe mit einem Überschuss an Wärme als indirektes Heizmittel zur Verdampfung weiterer Flüssigkeit, die in den ersten Verdampfer kurz vor ihrem Siedepunkt eingeführt wird, wieder dem ersten Verdampfer (iO) zugeführt (27) werden, wobei die Überschusswärme vom Heizmittel im Verdampfer (lO) als Überschuss-Brüdendampf aufgrund der Verdichtung abgezogen wird und dieser Überschuss-Brüdendampf als Heizmittel einem ausserhalb der Verdichtungsverdampfungsanlage (lO, 2h) angeordneten Verdampfungseindicker (35) zugeführt wird, wobei wiederum dieser Eindicker (35) mit dem flüssigen Produkt der Verdichtungsverdampfungsanlage (10, 24) gespeist wird und dieses flüssige Produkt weiter eindickt, indem er es wärmetauschend mit dem Überschuss-Brttdendaropf führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der weiteren Eindickung des flüssigen Produktes im Eindicker (35) entstehende Brüdendämpfe abgezogen werden (k2), um als Heizmittel in einem von der Verdampfungsanlage (lO, 35) getrennten Wärmetauscher (kk) verwendet zu werden.
3. Verfahren zum Verdampfen von Flüssigkeit unter Einbeziehung eines Verdichtungsstufenverdampfers (iO) und eines Eindickungsstufenverdampfers (35)» dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verdichtungsverdampfer (iO) heisse Brüdendämpfe ausschliesslich durch Verdampfung von Flüssigkeit mit niedriger Konzentration gewonnen und von dieser Verdichtungsstufe

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abgezogen werden, alle diese Briidendämpfe mechanisch verdichtet (2h) werden und diese verdichteten Briidendämpfe als indirektes Heizmittel zur Verdampfung weiterer Flüssigkeit, die in diesen Verdampfer (lO) kurz vor ihrem Siedepunkt eingeführt wird, wieder diesem Verdampfer (lO) zugeführt werden, wobei die Überschusswärme als Überschuss—Brüdendampf aufgrund der Verdichtung abgezogen wird und dieser Überschuss-Brüdendampf als Heizmittel dem ausserhalb der Verdichtungsstufe angeordneten Eindickungsstufenverdampfer (35) zugeführt wird, wobei wiederum Flüssigkeit aus der Verdichtungsstufe mit starker Erhöhung des Siedepunktes der Eindickungsstufe zugeführt und in indirekten Wärmeaustausch mit dem Überschuss-Brüdendampf gebracht wird.

Or/kn - 22 022

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