DE2725119B1

DE2725119B1 - Separatorvorrichtung fuer Eindampfanlagen

Info

Publication number: DE2725119B1
Application number: DE2725119A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr-Ing Regehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1978-10-26
Also published as: SE7806431L; JPS542271A; IT1095284B; IT7824089A0; US4278495A; ES470700A1; BR7803566A; GB1604259A; FR2392694A1; ZA782996B; FI781752A; DE2725119C2; SE422003B

Description

Die Erfindung betrifft eine Separatorvorrichtung für Eindampfanlagen, die mit einem Wärmetauscher verbindbar ist und einen Tropfenabscheider aufweist, auf dessen Anströmseite sich eine Einströmöffnung für ein den Wärmetauscher verlassendes Flüssigkeits-Dampf-Gemisch sowie eine Austrittsöffnung für die Flüssigkeit befinden, während auf der Abströmseite des Tropfenabscheiders eine Dampfaustrittsöffnung vorgesehen ist.

Es ist bereits bekannt, Separatorvorrichtungen im Anschluß an Wärmetauscher in Eindampfanlagen zu benutzten, um von dem erzeugten Dampf mitgeführte Flüssigkeit abzuscheiden. Derartige Separatorvorrichtungen werden beispielsweise in erheblichem Umfang in der Zellstoffindustrie eingesetzt, um beim Eindampfen einer durch den Produktionsprozeß anfallenden Lauge das Flüssigkeit-Dampf-Gemisch in die dampfförmige Phase einerseits und die flüssige Phase andererseits zu trennen. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit (Rückgewinnung von Chemikalien) und des Umweltschutzes muß verhindert werden, daß der Dampf Laugetropfen mitreißt.

Die bekannten Separatorvorrichtungen sind in der Regel unmittelbar über einen Wärmetauscher angeordnet, so daß aus dem Wärmetauscher austretendes Flüssigkeit-Dampf-Gemisch direkt in eine Einströmöffnung der Separatorvorrichtung gelangt. Oberhalb dieser Einströmöffnung befindet sich ein Prallteller, der von dem Flüssigkeit-Dampf-Gemisch umströmt werden muß. Mit Abstand über diesem Prallteller ist ein Tropfenabscheider angeordnet, der für eine senkrechte oder waagerechte Durchströmung ausgelegt sein kann. Auf der Abströmseite dieses Tropfenabscheiders befindet sich in der Separatorvorrichtung eine Dampfaustrittsöffnung.

Bei diesen bekannten Separatorvorrichtungen wird der Prallteller von dem Flüssigkeit-Dampf-Gemisch mit hoher Geschwindigkeit angeströmt und bewirkt eine Umlenkung dieses Gemisches. Dabei ergibt sich eine erste Trennung zwischen der dampfförmigen und der flüssigen Phase. Während der hier abgeschiedene Teil der flüssigen Phase nach unten zurücktropft, umströmt das verbleibende Gemisch den radial außen liegenden Rand des Pralltellers, wozu ein großer Durchmesser der Separatorvorrichtung erforderlich ist. Bei dieser Umströmung des Pralltellers ergibt sich im Hinblick auf die Anströmung des nachgeschalteten Tropfenabscheiders ein ungünstiges Strömungsprofil, das nur dann bis zum Eintritt in den Tropfenabscheider annähernd ausgeglichen werden kann, wenn zwischen dem Prallteller und dem Tropfenabscheider ein beträchtlicher Abstand vorliegt, der das Bauvolumen der Vorrichtung zwangsläufig erhöht. Ist zwischen dem Prallteller und dem Tropfenabscheider kein ausreichender Abstand gegeben, dann treten in dem Tropfenabscheider stellenweise überhöhte Geschwindigkeiten auf, die zu einem Tropfendurchriß führen.

Bezüglich des Standes der Technik ergibt sich daher der Nachteil, daß die Separatovorrichtungen bisher sowohl auf Grund der erforderlichen Bemessung in waagerechter als auch in senkrechter Richtung ein erhebliches Bauvolumen aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die Nachteile der bisher bekannten Separatorvorrichtungen der einschlägigen Art zu vermeiden und insbesondere das Bauvolumen dieser Vorrichtungen beträchtlich zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei einer Separatorvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß zwischen der Einströmöffnung des Flüssigkeit-Dampf-Gemisches und dem Tropfenabscheider ein Flüssigkeit

abscheidender Lamellendeflektor mit senkrechter Durchströmrichtung angeordnet ist.

Auf diese Weise wird der Einbau eines Pralltellers vermieden. Daraus resultiert, daß der Durchmesser der Separatorvorrichtung im Bereich dieses Lamellendeflektors wesentlich kleiner gewählt werden kann als bei Verwendung eines Pralltellers. Weiter ergibt sich im Anschluß an den Lamellendeflektor ein bei weitem gleichmäßigeres Strömungsprofil als im Anschluß an einen der bisher bekannten Prallteller. Hinter dem Lamellendeflektor ist daher keine Strecke erforderlich, in der das Strömungsprofil vor Eintritt in den Tropfenabscheider vergleichmäßigt werden muß. Der Tropfenabscheider kann also in geringem Abstand hinter dem Lamellendeflektor angeordnet sein, wodurch sich eine erhebliche Einsparung an Bauvolumen in senkrechter Richtung ergibt. Aufgrund des sehr gleichmäßigen Strömungsprofils im Anschluß an den Lamellendeflektor folgt, daß mit einer höheren mittleren Durchströmungsgeschwindigkeit im Tropfenabscheider gearbeitet und damit die Leistung der Separatorvorrichtung insgesamt erhöht werden kann. Darüber hinaus ergeben sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Separatorvorrichtung erheblich geringere Druckverluste als bei den bisher bekannten einschlägigen Vorrichtungen. Diese Verringerung der Druckverluste bewirkt eine Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Anlage, indem aufgrund der relativ geringen Druckabsenkung nur ein entsprechend kleiner Teil an Flüssigkeit verdampft.

Die Erfindung sieht weiter vor, daß der Lamellendeflektor aus mindestens zwei Abschnitten besteht, von denen jeder eine Anzahl von Profillamellen aufweist. Diese Ausbildung hat insbesondere hinsichtlich der Herstellung und der Montage wesentliche Vorteile.

Weiter sieht die Erfindung vor, daß der Lamellendeflektor aus zwei Abschnitten besteht, die jeweils halbkreisförmig ausgebildet und in ihrem Durchmesser gleich sind dem Austrittsdurchmesser eines vorgeschalteten Wärmetauschers. Auf diese Weise ergeben sich weitgehend gleichbleibende Strömungsquerschnitte und damit gute Duchströmungsverhältnisse, die sich vor allem im Hinblick auf geringe Druckverluste vorteilhaft auswirken.

Gemäß der Erfindung können die Profillamellen in ihrer Längsrichtung radial gerichtet sein. Dabei können erfindungsgemäß die Profillamellen in ihrer Längsrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt verlaufen.

Es ist ein weiterer Vorschlag der Erfindung, daß die Abschnitte des Lamellendeflektors dachförmig gegeneinander geneigt sind. Hiermit wird insbesondere ein schnelles Ablaufen der abgeschiedenen Flüssigkeit erreicht, wodurch ein Verkrusten der Lamellenprofile vermieden wird.

Es entspricht einem weiteren Vorschlag der Erfindung, daß die Profillamellen in Durchströmrichtung sinusförmig geformt sind und in ihrer Längsrichtung quer zur Durchströmrichtung verlaufende Rinnen zur Flüssigkeitsabführung aufweisen. Diese Ausbildung trägt ebenfalls zur schnellen Ableitung der abgeschiedenen Flüssigkeit bei und bewirkt, daß die in der Separatorvorrichtung umgewälzte Flüssigkeitsmenge, die nach dem Abscheiden in das Flüssigkeit-Dampf-Gemisch zurücktropft und von diesem erneut in den Abscheider mitgerissen wird, sehr gering gehalten werden kann. Dadurch wird der Abscheidegrad des Tropfenabscheiders erheblich verbessert.

Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Durchströmfläche des Lamellendeflektors kleiner ist als seine Anströmfläche. Dies führt durch Erhöhung der Durchströmungsgeschwindigkeit zu einem Hineinziehen der Flüssigkeit in den als Abscheider wirksamen Lamellendeflektor und bewirkt damit dessen volle Wirksamkeit. Die erhöhte Durchströmungsgeschwindigkeit führt ferner dazu, daß auch kleinste Tropfen noch zuverlässig abgeschieden werden.

Die Erfindung schlägt weiter vor, daß der Lamellendeflektor als Drallerzeuger ausgebildet ist. Dabei ergibt sich eine besonders schnelle Abführung der abgeschiedenen Flüssigkeit zur Wand. In Verbindung mit einem als Drallerzeuger ausgebildeten Lamellendeflektor kommt insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, ein nachgeschalteter Tropfenabscheider mit waagerechter Durchströmung in Betracht.

Weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand

von Unteransprüchen sind, ergeben sich aus dem nachfolgenden Teil der Beschreibung, in dem die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise erläutert ist. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Separatorvorrichtung mit senkrecht durchströmten Tropfenabscheider in Verbindung mit einem Wärmetauscher,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-Il in F i g. 1,

Fig.3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Separatorvorrichtung, bei der der Lamellendeflektor aus zwei halbkreisförmigen, dachförmig gegeneinander geneigten Abschnitten besteht,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 die Anordnung des Tropfenabscheiders gemäß einem Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 1,

F i g. 6 die Anordnung eines Tropfenabscheiders nach der Linie VI-VI in Fig. 3,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Separatorvorrichtung, welche nicht unmittelbar über einem Wärmetauscher angeordnet ist,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Separatorvorrichtung, bei der der Lamellendeflektor als Drallerzeuger ausgebildet ist,

Fig.9 einen Schnitt durch einen Lamellendeflektor nach der Linie IV-IV in F i g. 7,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Separatorvorrichtung, bei der der Lamellendeflektor aus zwei V-förmig gegeneinander geneigten Abschnitten besteht, und

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Separatorvorrichtung, bei der die Profillamellen radial gerichtet sind.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 greift das obere Ende des Wärmetauschers 3 in die Einströmöffnung 2 der Separatorvorrichtung ein und ist mit diesem abgedichtet.

Die Separatorvorrichtung hat unmittelbar über dem oberen Ende des Wärmetauschers 3 einen Lamellendeflektor 4, der aus Profillamellen 5 aufgebaut ist und in einer waagerechten Ebene liegt. Der Lamellendeflektor 4 ist an der Umfangswand des Gehäuses 1 festgelegt und stellt sich kreisförmig dar, wobei sein Durchmesser nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 1 der Separatorvorrichtung. Der Durchmesser des Lamellendefletors 4 ist größer ausgeführt als der Austrittsquerschnitt des Wärmetauschers 3. Nahe dem radial außen liegenden Rand 6 des Lamellendeflektors 4 ist auf seiner Unterseite ein nach unten stehender Führungsring 7 vorgesehen, welcher sicherstellt, daß aus dem Wärmetauscher 3 austretendes Gemisch nicht an

dem Lamellendeflektor 4 vorbei aufsteigen kann.

Unterhalb des Lamellendeflektors 4 ist in dem Gehäuse 1 der Separatorvorrichtung eine Austrittsöffnung 8 für abgeschiedene Flüssigkeit vorgesehen. Oberhalb des Lamellendeflektors 4 befindet sich ein Tropfenabscheider 9, der aus zwei Teilen 10 (F i g. 5) besteht. Die Teile 10 des Tropfenabscheiders 9 werden durch einen Boden 10a am Gehäuse 1 festgelegt. Das Gehäuse 1 der Separatorvorrichtung hat einen oberen Deckelabschnitt 11 mit einer Dampfaustrittsöffnung 12.

Es wird nun auf die in den F i g. 3, 4 und 6 beschriebene Ausführungsform Bezug genommen. Hier ist das Gehäuse 1 ebenfalls auf einen Wärmetauscher 3 aufgesetzt. Die Ausbildung dieses Gehäuses 1 entspricht derjenigen des Gehäuses gemäß den Fig. 1, 2 und 5, weicht davon aber durch eine größere Ausbildung in axialer oder senkrechter Richtung ab.

Bei dieser Ausführungsform ist über dem oberen Ende des Wärmetauschers 3 ein Lamellenreflektor 20 vorgesehen, der aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten 21 besteht, welche in übereinstimmender Weise aus Profillamellen 22 aufgebaut sind. Die beiden Abschnitte 21 sind dachförmig gegeneinander geneigt, so daß sie im Bereich ihrer Trennfuge 23 jeweils ihre höchste Stelle haben und in Richtung normal zu dieser Trennfuge 23 nach beiden Seiten hin abfallen. Auch der Lamellendeflektor 20 ist auf seiner Unterseite mit einem Führungsring 7 versehen.

Mit Abstand oberhalb des Lamellendeflektors 20 ist ein Tropfenabscheider 24 vorgesehen, der aus mindestens zwei Teilen 25 (F i g. 6) besteht. Diese bekannten Teile 25 werden von Zwischenboden 26 getragen. Sie sind nur geringfügig gegen die Senkrechte geneigt, so daß ihre Durchströmrichtung waagerecht verläuft. In Strömungsrichtung hinter dem Tropfenabscheider 24 befindet sich die Dampfaustrittsöffnung 12.

Die in F i g. 7 dargestellte Ausführungsform der Separatorvorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 30 auf, welches in seiner Bodenwand eine Austrittsöffnung 31 für abgeschiedene Flüssigkeit hat. Mit Abstand über dieser Austrittsöffnung befindet sich eine Abschirmplatte 32, die kreisförmig ausgebildet ist und deren Rand mit Abstand von der Innenwand des Gehäuses 30 endet.

Das Gehäuse 30 hat eine zylindrische Mantelwand 33, durch weiche diametral gegenüberliegend zwei oder mehr Einströmrohre 34 für Flüssigkeit-Dampf-Gemisch hindurchgeführt sind.

Die innerhalb des Gehäuses 30 liegenden Enden der Einströmrohre 34 können tangential und/oder in Richtung auf die Abschirmplatte 32 nach unten gerichtet sein.

Mit Abstand oberhalb der Abschirmplatte 32 ist in dem Gehäuse 30 ein Lamellendeflektor 35 vorgesehen, der von einem Zwischenboden 36 gehalten ist.

Mit Abstand oberhalb des Lamellendeflektors 35 ist ein Tropfenabscheider 38 angeordnet, der demjenigen entspricht, welcher anhand der F i g. 1 und 5 bereits beschrieben worden ist oder auch demjenigen in F i g. 3 bzw. 6 entsprechen kann. Das Gehäuse 30 hat in seiner Deckelwand eine Dampfaustrittsöffnung 39.

Die Separatorvorrichtung gemäß Fig.8 entspricht derjenigen, welche anhand der F i g. 3, 4 und 6 bereits beschrieben wurde. Eine Abweichung liegt lediglich darin, daß bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8 ein Lamellendeflektor 40 vorgesehen ist, dessen Profillamellen 41 eine Drallwirkung auf das durch sie hindurchführende Strömungsmedium ausüben.

Die Separatorvorrichtung nach Fig. 10 entspricht denjenigen nach F i g. 3, 4, 6 und 8. Eine Abweichung liegt demgegenüber nur darin, daß ein Lamellendeflektor 60 vorgesehen ist, der aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten 61 besteht, welche in übereinstimmender Weise aus Profillamellen aufgebaut sind. Die beiden Abschnitte 61 des Lamellendeflektors 60 sind V-förmig gegeneinander geneigt, so daß sie im Bereich ihrer Trennfuge 62 ihre tiefste Stelle haben und in Richtung normal zu dieser Trennfuge 62 auf diese zu abfallen. Dies führt dazu, daß die aus dem Lamellendeflektor austretende, noch einen geringen Tropfenanteil enthaltende Strömung nicht auf die Gehäuseinnenwand trifft, sondern in Richtung auf die Mittelachse des Gehäuses geleitet wird und den anschließenden Tropfenabscheider von innen nach außen durchströmt.

2ü F i g. 11 zeigt einen Lamellendeflektor 70, dessen Lamellen 71 in ihrer Längsrichtung radial verlaufen, wobei die Lamellen vorzugsweise nach radial innen oder nach radial außen geneigt sind.

Es wird nun auf F i g. 9 Bezug genommen, welche einen Schnitt durch einen Teil eines Lamellendeflektors darstellt. Dieser Lamellendeflektor weist parallel zueinander verlaufende Profile 50 auf, die in vertikaler Richtung von unten nach oben durchströmt werden. Die Profile 50a bilden in ihrem unteren oder Einlaufbereich

so eine nach oben offene Rinne 51 sowie einen parallel zur Durchströmrichtung verlaufenden Anströmabschnitt 52. Diesem Anströmabschnitt 52 folgt ein geneigt zur Duchströmungsrichtung verlaufender Abschnitt 53, der an seinem Ende mit einem parallel zur Durchströmungsrichtung verlaufenden Abschnitt 54 eine zweite Rinne

55 bildet. An den Abschnitt 54 schließt sich ein Abschnitt

56 an, dessen Neigung entgegengesetzt gleich ist derjenigen des Abschnitts 53. Das Profil 50a endet mit einem Abströmabschnitt 57, welcher eine Rinne 58 bildet und parallel zum Anströmabschnitt 52 verläuft.

Um innerhalb des Lamellendeflektors eine relativ hohe Durchströmgeschwindigkeit zu erreichen und damit Flüssigkeit in den Deflektor hineinzuziehen, kann die Durchströmfläche des Lamellendeflektors kleiner als seine Anströmfläche sein. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zwei benachbarte Lamellen 50Z>, 50c auf der Anströmseite des Deflektors durch einen Boden 59 verbunden sind, welcher somit eine Durchströmung des Kanals zwischen diesen beiden Profilen 506, 50c ausschließt und den insgesamt zur Durchströmung zur Verfügung stehenden Querschnitt reduziert

Die Profile, wie sie beispielsweise in F i g. 9 dargestellt sind, verlaufen im Einbauzustand des Lamellendeflektors so, daß die Rinnen 51, 55 und 58 entweder waagerecht oder aber vorzugsweise zum Rand des Gehäuses 1 der Separatorvorrichtung geneigt gerichtet sind. Die in Fig.9 dargestellten Profile können in Durchströmrichtung durch Anfügung gleichartiger Abschnitte oder Hintereinanderschalten gleichartig geformter Elemente abhängig von den jeweiligen Erfordernissen verlängert werden. Ferner ist es möglich, anstelle von winkelig begrenzten Übergängen zwischen zwei Abschnitten kontinuierliche, gewölbte Abschnitte vorzusehen.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Separatorvorrichtung für Eindampfanlagen, die mit einem Wärmetauscher verbindbar ist und einen Tropfenabscheider aufweist, auf dessen Anströmseite sich eine Einströmöffnung für den Wärmetauscher verlassendes Flüssigkeit-Dampf-Gemisch sowie eine Austrittsöffnung für die Flüssigkeit befinden, während auf der Abströmseite des Tropfenabscheiders eine Dampfaustrittsöffnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einströmöffnung (2; 34) des Flüssigkeit-Dampf-Gemisches und dem Tropfenabscheider (9; 24; 38) ein Flüssigkeit abscheidender Lamellendeflektor (4; 20; 35; 40; 60) mit senkrechter Durchströmrichtung angeordnet ist.

2. Separatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellendeflektor (20; 60) aus mindestens zwei Abschnitten (21; 61) besteht, von denen jeder eine Anzahl von Profillamellen (22; 50) aufweist.

3. Separatorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellendeflektor (20; 60) aus zwei Abschnitten (21; 61) besteht, die jeweils halbkreisförmig ausgebildet und in ihrem Durchmesser gleich sind dem Austrittsdurchmesser eines vorgeschalteten Wärmetauschers (3).

4. Separatorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (21) des Lamellendeflektors (20) dachförmig gegeneinander geneigt sind.

5. Separatorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (61) des Lamellendeflektors (60) V-förmig gegeneinander geneigt sind.

6. Separatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillamellen (71) in ihrer Längsrichtung radial gerichtet sind.

7. Separatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillamellen (71) in ihrer Längsrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt verlaufen.

8. Separatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillamellen (22; 50) in ihrer Längsrichtung quer zur Durchströmrichtung verlaufende Rinnen (51; 55; 58) zur Flüssigkeitsabführung aufweisen.

9. Separatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillamellen (22; 50) in Durchströmrichtung sinusförmig geformt sind.

10. Separatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillamellen aus mehrfach abgewinkelten Plattenabschnitten bestehen.

11. Separatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmfläche des Lamellendeflektors kleiner ist als seine Anströmfläche.

12. Separatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellendeflektor (40) als Drallerzeuger ausgebildet ist.

65