DE2642836C2 - Verfahren zum Eindampfen von flussigen Medien - Google Patents

Verfahren zum Eindampfen von flussigen Medien

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DE2642836C2 DE2642836A DE2642836A DE2642836C2 DE 2642836 C2 DE2642836 C2 DE 2642836C2 DE 2642836 A DE2642836 A DE 2642836A DE 2642836 A DE2642836 A DE 2642836A DE 2642836 C2 DE2642836 C2 DE 2642836C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindampfen von flüssigen Medien, insbesondere von industriellen Abwässern, bevorzugt aus der Textilindustrie, die gelöste oder suspendierte organische und/oder anorganische Substanzen enthalten. Einige dieser Substanzen haben die Neigung, bei der beim Eindampfen erforderlichen Erhitzung an den Wänden der Eindampfanlagen Krusten zu bilden, wodurch sich die Wärmeübertragung verschlechtert und Verstopfungen in den Rohrleitungen auftreten können. Weiterhin führen gewisse Substanzen bei höheren Temperaturen zu Korrosionen in der Eindampfanlage. Diese Schwierigkeiten machen sich besonders in den letzten Eindampfstufen bemerkbar, in denen die Konzentrationen dieser Stoffe, gegebenenfalls auch die Temperaturen und die Drücke, erhöht sind.
Korrodierende Abwässer, die gelöste Säuren bzw. hydrolysierende Salze enthalten, sind z. B. Abwässer aus der Textilindustrie, aus Metallbeizereien, galvanischen Betrieben usw. Zu den Abwässern, die krustan krustenbildende Substanzen enthalten, zählen besonders Abwässer aus der Textilindustrie. Diese enthalten z. B. Faserabbauprodukte, Farbstoffe, Kohlehydrate, Fette, Seifen und Textilschlichten. Andere Abwässer des krustenbildenden Typs fallen in Betrieben der Lebensmittelindustrie an. Besonders problematisch sind eiweißhaltige Abwässer.
Die Abwässer des letztgenannten Typs wurden bisher meist dadurch gereinigt, daß die organischen Substanzen auf chemischen Wege, ζ. Β. durch mehrwertige Salze,, ausgefällt wurden. Bei dieser Art von Reinigung wurden jedoch neue Fremdsubstanzen eingeschleppt. Ferner ist eine Reinigung dieser Abwässer durch katalytische Oxidation, durch Ionenaustausch und durch Zwangsosmose möglich. Schließlich können derartige Abwässer biologisch gereinigt werden.
Alle diese Verfahren genügen den Ansprüchen der Industrie jedoch nicht, da das gereinigte Wasser meist nicht mehr als Brauchwasser eingesetzt werden kann und in die Wasserläufe bzw. in das Grundwasser geleitet werden muß. was zu einer Umweltbelastung führt.
Zusätzliche Schwierigkeiten treten bei warmen oder heißen Abwässern auf, da diese nur nach einer aufwendigen Kühlung in das Abwassersystem geleitet werden können.
Das Verfahren mit dem besten Trenneffekt für im Wasser gelöste Fremdstoffe, nämlich das Eindampfen, ist bisher wegen des hohen Energiebedarfs zur Abwasserreinigung kaum in Betracht gezogen worden, da der entstehende Wasserdampf von Atmosphären druck und etwa 100°C in den meisten Fällen nicht ausgenutzt werden kann, so daß die Energiekosten bisher viel zu hoch waren.
Aus diesem Grund wurden bereits mehrstufige Vakuumeindampfanlagen konstruiert, bei denen bei allgemein gemindertem Energieniveau des Eindampfvorganges eine Vernichtung der in dem Brüdendampf der letzten Eindampfstufc enthaltenen Wärmeenergie mittels Kühlwasser oder in Kühltürmen toleriert werden konnte.
M Ein aus der DE-AS 23 60 491 bekanntes Eindampfverfahren zur Reinigung von stark verunreinigten Industrieabwässern, bei dem der gebildete Dampf zum Betrieb von bei Temperaturen von erheblich über 1000C arbeitenden Wärmeverbrauchern verwendet wird, geht einen prinzipiell anderen Weg. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Abwasser vor Eintritt in einen Röhrenverdampfer dicht an seinen Siedepunkt unter jenem Druck erhitzt, welcher einen Dampf gewährleistet, der den Anforderungen der Wärmeverbraucher entspricht, es in dem Röhrenverdampfer unter einer Volumenvergrößerung bis 1 :1000 verdampft, den gespannten Dampf mit den beim Verdampfungsvorgang entstandenen Schaumanteilen unter großer Geschwindigkeit in einen Abschei-
J5 der führt, die Energie des gereinigten Dampfes im Betrieb verwendet, das reine Kondensat des Dampfes als Brauchwasser wieder einsetzt und das Konzentrat ggf. unter Wämegewinnung verbrennt.
Bei diesem Verfahren, bei dem das zu behandelnde
■to Medium in einer Hochdruckanlage unter Erhitzen eingedampft und der anfallende hochgespannte Dampf zum Beheizen von betrieblichen Wärmeverbrauchern verwendet wird, wird keine Energie vernichtet, d. h., der bei der Eindampfung von Abwässern erzielte gute
*5 Reinigungseffekt ist mit einer hohen Wirtschaftlichkeit verbunden. Ferner kann das gereinigte Abwasser im Betrieb als Brauchwasser wiederverwendet werden. Außerdem konnten die beim Eindampfen bei hohen Drücken befürchteten Verkrustungcn der Verdampferwände überraschenderweise weitgehend vermieden werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung dieses Verfahrens, insbesondere eine noch weitergehende Verminderung der Verkrustung der Verdampferwände bzw. eine Verminderung der Korrosion bei korrodierenden Abwässern bei gleichzeitiger Verminderung der Kosten und Erhöhung der Betriebssicherheit. Ferner soll auf wirtschaftliche Weise einerseits hochgespannter Dampf mit einer hohen
w Wärmcenthalpie für Wärmeverbraucher im Betrieb und andererseits Brauchwasser mit einer Temperatur um den Siedepunkt des Wassers erzeugt werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Eindampfen von flüssigen Medien, insbesondere
t>r> von korrodierenden und/oder kruMenhildenden Abu ,:s sern, bei dem das flüssige Medium in einer Hochdruckanlage linier Erhitzen eingedampft und der anfallende hochgespannte Dampf zum Beheizen von betrieblichen
Wärmeverbrauchern verwendet wird; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat aus der Hochdruckanlage in einer Niederdruckanlage unter Entspannen weiter eingedampft wird, wobei die Restwärme des für die betrieblichen Wärmeverbraucher verwendeten Dampfes zum Beheizen der Niederdruckanlage ausgenützt wird.
Mit anderen Worten: Man dampft im Hochdruckteil nur einen Teil des wäßrigen Mediums ein und verwendet den Hochdruckdampf vorzugsweise zur indirekten Beheizung von betrieblichen Wärmeverbrauchern, die Wärmeenergie mit hoher Enthalpie benötigen, z. B. Trocknungsanlagen. Der hinterbleibende Teil des im Hochdruckteil erhitzten flüssigen Mediums, der die Hauptmenge ausmacht, wird entspannt, wobei in Abhängigkeit von den angewendeten Drücken eine ausreichend hohe Dampfmenge gebildet wird, die zusammen mit der nach der Beheizung der betrieblichen Wärmeverbraucher hinterbleibenden Restwärme im Niederdrücktet der Anlage dazu verwendet wird, um den restlichen Teil des flüssigen Mediums bei tieferen Temperaturen weitgehend, d. h. praktisch vollständig einzudampfen. Im allgemeinen wird der Druck im Hochdruckteil so hoch gewählt, dasß die Energie des bei der Nachverdampfung erzeugten Dampfes ausreicht, um etwa 60 bis 90% der zum Eindampfen im Niederdruckteil erforderlichen Energie zu decken. Der restliche Energiebedarf wird durch die Restwärme des im Hochdruckteil erzeugten Hochdruckdampfes gedeckt, wobei dieser Hochdruckdampf nach dem Durchgang durch die betrieblichen Wärmeverbraucher in Form eines Kondensats anfällt. Werden im Niederdruckteil mehrere Stufen verwendet, so ist die Anzahl der Stufen des Niederdruckteils durch das Verhältnis zwischen der Nachverdampfungsmenge des Hochdruckteils und der Menge des zu verdampfenden Mediums, abzüglich der im Hochdruckteil verdampften Menge des flüssigen Mediums, bestimmt.
Im allgemeinen wird das flüssige Medium im Hochdruckteil unter einem Druck von etwa 10 bis 40 atü, vorzugsweise von etwa 15 bis 25 atü, erhitzt.
Unter dem Ausdruck »Niederdruckteil« versteht man denjenigen Teil der Anlage, der bei Aimosphärendruck oder leicht erhöhtem Druck, vorzugsweise aber bei Unterdruck betrieben wird. In lei/tcrem Fall erhält man heißes Brauchwasser, dessen Temperatur unter dem Siedepunkt bei Atmosphärcndruck liegt.
Vorzugsweise erfolgt die Eindampfung im Hochdruckleil in einer Stufe und im Niederdruckteil in mehreren Stufen.
Da die in der ersten Stufe des Niederdruckteils zur Verfugung stehende Danipfmenge sehr hoch ist, können in den nachfolgenden Stufen, die vorzugsweise bei abnehmenden Drücken, insbesondere unterhalb Atmosphärendruck, gefahren werden, hohe Eindampfleistungen erzielt werden. Die Eindampfung der immer konzentrierter werdenden Abwasserabläufe bei niedrigeren Temperaturen verhindert ferner die Gefahr von Korrosionsschäden und von Verkrustungen, da beide Erscheinungen durch erhöhte Temperaturen und Konzentrationen begünstigt werden.
Die Erzielung hoher F.indampfleistungen im Niederdnickteil setzt voraus, daß bei einer grollen Durchsatzmenge nur ein relativ geringer Anteil des flüssigen Mediums (z.B. etwa '/b bis Vi) im liochdruekteil verdampft wird. Die Konzentration an .störenden Substanzen im flüssigen MeJium am Ausgang des Hochdruckteils ist deshalb noch verhältnismäßig niedrig, und es treten trotz der hier herrschenden hohen Temperaturen keine Korrosions- bzw. Verkrustungsprobleme auf. Wenn die Verdampfung zum überwiegenden Teil im Niederdruckteil erfolgt, wird, wenn auch im Hochdruckteil mehrere Stufen verwendet werden sollten, der weitere Vorteil erzielt, daß bei gegebenem Gegendruck der Wärmeverbraucher in der ersten Stufe (von der Stelle der Zufuhr des Wärmeträgers her gesehen) kein so hoher Druck angewendet zu werden
ίο braucht, d. h. die erste Stufe des Hochdruckteils kann bei geringerem Druck gefahren werden. Infolge der dadurch bedingten niedrigeren Temperaturen werden Korrosions- und Verkrustungsprobleme ausgeschaltet. Bei mehrstufigem Betrieb wird der Hochdruckteil vorzugsweise im Gegenstrom gefahren, wobei man mit wenigen Stufen auskommt. Dadurch ist es möglich, einen hohen Temperaturgradienten an den Austauscherflächen zu erzeugen, so daß kleinere Wärmeaustauscher verwendet werden können.
Am Ausgang des Hochdruckteils (vom Energieträger her gesehen) erhält man wertvollen Brauchdampf für die Wärmeverbraucher im Betrieb.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Niederdruckteil bzw. die letzte Stufe des Niederdruckteils bei Temperaturen von weniger als etwa 100° C gefahren, wobei das hierbei erhaltene Kondensat nicht weiter gekühlt zu werden braucht, sondern unmittelbar als Brauchwasser eingesetzt werden kann.
Die Erfindung ist durch die Schemazeichnung in nicht einschränkender Weise erläutert.
Das in einem Reaktionsgefäß 10 (z. B. einem Färbebad oder in einer Metallbeize) anfallende Abwasser wird zunächst in einen Sammelbehälter 12 geleitet,
K von wo aus es über eine Leitung 14 durch einen Vorwärmer 16 geführt werden kann, wenn es eine niedrige Eingangstemperatur hat bzw. wenn ein Wärmeträger für diesen Zweck ohnehin zur Verfügung steht. In den nachfolgenden Überlegungen wird von einer Durchsatzmenge von etwa 50 cbm/h Abwasser ausgegangen, obwohl diese Menge natürlich je nach Anlage variiert werden kann. Nach dem Durchgang durch den Vorwärmer 16 wird das Abwasser mit Hilfe einer Hochdruckpumpe 18 in den Verdampfer 20 gefördert, in welchem es auf eine Temperatur von etwa 210 bis 2200C erhitzt wird. Die Erhitzung erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines fluiden Wärmeträgers, der durch die Leitung 22 zugeführt wird. Im allgemeinen verwendet man hierzu ein Wärmeträgeröl, das mit Hilfe
■>o des Ölumlauferhitzers 24 erhitzt wird.
Das aus dem Verdampfer 20 über die Leitung 26 zurückströmende öl kann in einen Verteiler 28 geleitet werden, von wo aus ein Teilstrom in den Vorwärmer 16 und aus diesem wieder in den ölumlauferhitzer 24 ge-
5·) leitet werden kann.
Das im Verdampfer 20 auf etwa 210 bis 22O°C erhitzte Abwasser verdampft zu etwa einem Fünftel bei einem Druck von etwa 18 atü (entsprechend 210°) und gelangt über die Leitung 30 in den Hochdruckabschei-
w) der 32, wo die Trennung von Dampf und Abwasser erfolgt. Der hochgespannte Dampf (etwa 10to/h) gelangt über die I .eitung 34 in einen Wärmeaustauscher 36. in welchem er seine Wärme zum größten Teil an die Wärmeverbraucher des Betriebes (nicht dargestellt:
■· ι beispielsweise eine Trocknuiigsvorrii.-htung) abgibt. Das hierbei gebildete Kondensat geht über eine Leitung 38 und einen Kondensatableiter 40 in den Verdampfer 42. worin es einen weiteren Teil seiner Wärmemenge, die
ausreicht, um etwa 2 Tonnen Wasser/h zu verdampfen, an das Abwasser abgibt. Das aus dem Hochdruckabscheider 32 über den Kondensatabscheider 44 und die Leitung 46 austretende Abwasser (4A der ursprünglichen Menge) wird beim Durchgang durch den Entspanner 48 bis auf Atmosphärendruck entspannt. Der Hochdruckteil ist also auf der einen Seite durch die Pumpe 18 und auf der anderen Seite durch den Kondensatableiter 40 und den Entspanner 48 begrenzt.
Beim Austritt aus dem Entspanner 48 erfolgt eine N ach verdampfung, die durch Beheizung mit dem Kondensat des Verdampfers 42 noch gefördert wird. Es tritt also ein Gemisch aus Dampf und Abwasser durch die Leitung 50 in den Abscheider 52 ein, welcher mit dem Verdampfer 42 die erste Stufe des Niederdruckieils bildet. Der Dampfanteil dieses Gemisches beträgt 10to/Std., wovon 8 to/Std. aus der Nach verdampfung stammen und 2 to/Std. durch Abgabe der Wärme des Kondensats aus der Leitung 38 im Verdampfer 42 erzeugt wurden. Die Menge des Abwasserkonzentrats, das den Abscheider 52 über den Kondensatableiter 53 und die Leitung 54 verläßt, beträgt etwa 30 lo/Std. Im Abscheider 52 herrscht eine Temperatur von etwa 100° C. entsprechend 1 ata.
Der aus dem Abscheider 52 über die Leitung 56 abströmende Niederdruckdampf von 1 ata (insgesamt 10 to/Std.), gelangt in den Verdampfer 58, in welchem er seine Wärme an das durch die Leitung 54 einfließende Abwasser abgibt und sich als Kondensat über die Leitung 60 mit dem aus dem Verdampfer 42 kommenden Kondensat in der Sammelleitung 62 vereinigt.
Das durch die Leitung 64 fließende Abwasscrkon/entrat (etwa 20m'/Sld.) wird vor dem Eintritt in den zweiten Abscheider 66 des Niederdrucktcils auf 0,8 ata entspannt, was einer Temperatur von etwa 90 C" entspricht.
Im Abscheider 66 werden etwa 10 to/Std. Dampf erzeugt. Dieser wird über die Leitung 68 in den Verdampfer 70 geführt, wo er seine Wärme an das durch den Kondensatabieiter 71 und die Leitung 72 in den Verdampfer 70 geführte Abwasserkonzentrat abgibt und den Verdampfer 70 über die Leitung 74 als Kondensat verläßt. Das aus dem Verdampfer 70 austretende aufgeheizte Abwasser-Konzentrat wird über die Leitung 76 in den dritten Abscheider 78 des Niederdrücktet entspannt. Hierbei werden etwa 10 to/Std. Dampf von 0,6 ata (entsprechend etwa 8OT") gebildet, der den Abscheider 78 über die Leitung 80 verläßt. Das Abwasser-Konzentrat (etwa lOmVStd.) wird über den Kondensalabscheidcr 81 durch dii Leitung 82 in den Dünnschichtverdampfer 84 gcführi worin es durch indirekten Wärmeaustausch mit den Dampf aus der Leitung 80. der durch einen Doppclman tel geleitet wird, erhitzt wird. Das Kondensat diese: Dampfes geht über die Leitung 86 in die Sammelleitiinj 62. Der Dünnschichtverdampfer 84 wird auf ciw; 0.2 ata. entsprechend einer Temperatur von etwa b()"C gehalten, wobei noch etwa 9,8 to/Sld. Dampf anfallen die nach dem Durchtritt durch cmc Verdiehierpumpe S"> über die Leitung 88 als Kondensat in die Sammelleitung 62 geleitet werden.
Das Abwasserkonzentrat (etwa 200 Liter/Std. verläßt den Dünnschichtverdampfer 84 über eine
■|5 Leitung 90. die zum Brenner 92 des öiumiauferhilzcr' 24 geführt ist. Hier können die organischen Bestandteile des Abwassers verbrannt werden, so daß lediglieh die festen, unzersetzlichen Salze des Abwassers anfallen die gegebenenfalls wiederverwendet werden können.
Das Kondensat aus der Sammelleitung 62 kanr unmittelbar in den Regeneratwasserbehälter 94 geführ: werden, wo es gegebenenfalls mit Frischwasser aus dei Leitung % verdünnt werden und über die Leitung 98 ir das Reaktionsgefäß 10 zurückgeleitet werden kann.
Enthält das Kondensat aus der Leitung 62 organische Substanzen, die in den einzelnen Verdampferstufen mit übergegangen sind (z. B. Kohlenwasserstoffe), so können diese Verunreinigungen dadurch entfernt werden, daß das Kondensat durch die Absorplionsbehältcr 100 bzw. 102 (die beispielsweise mit Aktivkohle gefüllt sind) geleitet wird.
Aus der Beschreibung der Anlage erkennt man also, daß es möglich ist. die Wärmeverbraucher mit einem Wärmeträger hoher Enthalpie zu speisen und die
J5 Abwärme der Wärmeverbraucher zusätzlich zur Unterstützung der Nachverdampfung bei der Entspannung zum Zwecke der Reinigung des Abwassers auszunützen. Hierbei fällt gleichzeitig gereinigtes Kondensat als warmes Brauchwasser an. Dieses Brauchwasser, das sich aus den verschiedenen Kondensatfraktionen aus der Sammelleitung 62 zusammensetzt, hat bei der als Beispiel dargestellten Anlage eine Durchschnittstemperatur von etwa 70 bis 800C. Diese Temperatur ist zur Durchführung vieler Reaktionen günstig. Man erkennt ferner, daß das Abwasser im Kreislauf geführt wird und von der eingesetzten Abwassermenge von etwa 5OmVSId. nur etwa 200 l.iter/Std.. die durch den Brenner 92 gehen, als Frischwasser ergänzt zu werden brauchen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Eindampfen von flüssigen Medien, insbesondere von korrodierenden und/oder krustenbildenden Abwässern, bei dem das flüssige Medium in einer Hochdruckanlage unter Erhitzen eingedampft und der anfallende hochgespannte Dampf zum Beheizen von betrieblichen Wärmeverbrauchern verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat aus der Hochdruckanlage in einer Niederdruckanlage unter Entspannen weiter eingedampft wird, wobei die Restwärme des für die betrieblichen Wärmeverbraucher verwendeten Dampfes zum Beheizen der Niederdruckanlage ausgenützt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eindampfung im Hochdruckteil in einer Stufe und im Niederdruckteil in mehreren Stufen durchführt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Niederdruckteil bzw. in der letzten Stufe des Niederdruckteils eine Temperatur von weniger als etwa 100° C einstellt.
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