DE2922281A1 - Verfahren zur kontinuierlichen entgasung von wasser - Google Patents
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Description
DIPL-ING.
·»''£)'*'
DR-INa-AiE(CALTECHI
K. SCHUMANN
P. H. JAKOB
DIPL-ING.
G. BE2OLD
8 MÜNCHEN 122
P 13 906
Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung von Wasser
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Entgasung von Wasser und insbesondere ein Verfahren zur Entgasung von Wasser, bei welchem Wärmeenergie ökonomisch ausgenutzt
wird und eine große Menge gasförmiger Bestandteile kontinuierlich und in relativ kurzer Zeit aus dem Wasser entgast
werden kann.
Bis heute gibt es bei Überzugsvorrichtungen, insbesondere bei Überzugsvorrichtungen für, fotografisches lichtempfindliches
Material, Probleme mit Luftblasen oder Blasen, die andere Gase enthalten, die in den Überzugsflüssigkeitszuleitungen, allgemein
Rohrleitungen, Verbindungsstücken, Filtern, Meßgeräten usw. eingeschlossen sind und die an der Oberfläche des zu beschichtenden
Materials zusammen mit der Überzugsflüssigkeit haften. Dadurch wird die Qualität der Oberfläche des damit beschichteten
Materials erheblich beeinträchtigt, da eine glatte Überzugsoberfläche nicht erhalten werden kann. Diese Unannehmlichkeit
ist auf die Blasen zurückzuführen, die in verstärktem Maße sofort nach dem Beginn der Beschichtung auftreten.
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telefon (οββ) aaaaea telex os-aesso Telegramme monapat telekopierer
Um den Grund für diese Störung herauszufinden, sind Untersuchungen
durchgeführt worden und als Ergebnis wurde zur Umgehung bzw. zur Behebung dieser Schwierigkeiten ein Verfahren
vorgeschlagen, das in der japanischen Offenlegungsschrift 65824/1974 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird während
einer Unterbrechung des Beschichtungsverfahrens die Flüssigkeitszuleitung
mit einer entgasten Reinigungsflüssigkeit oder Wasser gefüllt, wodurch der Eintritt einer größeren Menge Gas
in die Flüssigkeitszuleitung verhindert wird. Die entgaste Reinigungsflüssigkeit wird kontinuierlich ein- und ausgeführt,
um das in der Flüssigkeitszuleitung verbliebene Gas zu entfernen und die entgaste Reinigungsflüssigkeit wird kurz vor Beginn
des Überzugs- bzw. Beschichtungsverfahrens durch die Beschichtungsf lüssigkeit in der Weise ersetzt, daß letztere Flüssigkeit
der ersten nachfolgt. Dieses Verfahren trägt in hohem Maße zur Verhinderung der oben geschilderten Störung bei.
Jedoch werden die Schwierigkeiten, die mit den Blasen zusammenhängen,
die unmittelbar nach dem Beginn des Beschichtungsverfahrens auftreten, durch das Ersetzen der Reinigungsflüssigkeit
mit der Beschichtungsflüssigkeit nicht vollständig behoben. Insbesondere ist die Wirkung des Flüssigkextsaustausches erheblich
geringer, wenn die Reinigungsflüssigkeit ihrerseits nichts vollständig entgast ist. Man war daher unter fortgesetzten
Untersuchungen bemüht, ein verbessertes Verfahren zur Entgasung der Reinigungsflüssigkeit zu entwickeln.
Die folgenden herkömmlichen Verfahren zur Entgasung einer Reinigungsflüssigkeit
oder Reinigungswasser sind nach dem Stand der Technik bekannt:
(1) Das sogenannte "Entgasen durch Erhitzungsverfahren ,
welchem die Reinigungsflüssigkeit oder das Reinigungswasser in einem Erhitzungsbehälter durch einen Wärmeaustauscher
wie zum Beispiel einem elektrischen Erhitzer, einer Heizschlange oder einer ähnlichen Vorrichtung auf relativ hohe
rfi
Temperaturen, zum Beispiel 90 bis 100° C erhitzt wird, so daß
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die in der Flüssigkeit oder dem Wasser gelösten Gase leicht entfernt werden können.
(2) Ein Verfahren zur Entgasung durch Druckerniedrigung, bei
welchem der Druck eines Flüssxgkeitsbehälters reduziert
wird und man die Flüssigkeit oder das Wasser wie Regen fallen läßt und es dabei entgast.
(3) Ein Ultraschall-Entgasungsverfahren, bei welchem die Flüssigkeit
oder das Wasser zur Entfernung der darin gelösten
Gase in einem Flüssigkeitsbehälter zum Vibrieren gebracht wird.
Diese herkömmlichen Verfahren sind in großem Ausmaße verwendet worden; jedoch sind sie hinsichtlich der nachfolgenden beschriebenen
Punkte immer noch mit Nachteilen behaftet:
Bei dem Entgasungsverfahren durch Erhitzen wird die Flüssigkeit oder das Wasser praktisch bis zu seinem Siedepunkt erhitzt,
unter Ausnutzung der Tatsache, daß sich die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit oder in Wasser umgekehrt proportional
mit der Temperatur der Flüssigkeit oder des Wassers ändert. Es sind deshalb große Mengen an Wärmeenergie notwendig. Hinzu
kommt, daß die Temperatur der Flüssigkeit oder des Wassers auf einen für die" Verwendung benötigten Wert erniedrigt werden muß,
wenn die Flüssigkeit oder das Wasser in der Praxis eine niedrige Temperatur aufweisen soll. Dies erhöht die Herstellungsstufen und die Herstellungszeit.
Bei dem Entgasungsverfahren unter reduziertem Druck ist die
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sperrig und kompliziert. Die Ausrüstung ist teuer, abgesehen von dem Fall, in dem
eine kleine Menge an Flüssigkeit oder Wasser ansatzweise verarbeitet wird.
Die Ultraschall-Entgasungsmethode hat den Nachteil, daß ihre Kapazität für einen großen Behälter und eine Flüssigkeitszuleitung
mit hoher Fließgeschwindigkeit unzureichend ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung von Wasser zu schaffen, bei dem
sämtliche oben beschriebenen und bei den herkömmlichen Verfahren auftretenden Nachteile vermieden werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Entgasung von Wasser bereitzustellen, bei
dem die Energie ökonomisch ausgenutzt und das Wasser in kurzer Zeit kontinuierlich entgast werden kann.
Diese beschriebenen Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung von Wasser, bei dem das Wasser
erhitzt und der Druck des Wassers reduziert wird, indem man einen in-line-Erhitzer zur kontinuierlichen Einmischung von
gesättigtem Wasserdampf in kontinuierlich herangeführtes Wasser verwendet, am das Wasser zu erhitzen und das Aufschäumen
der gasförmigen, im Wasser gelösten Bestandteile durch Kavitation, hervorgerufen durch das Einmischen des gesättigten
Wasserdampfes, zu beschleunigen. Anschließend entgast das Wasser
selbsttätig, während es in einem Entgasungsbehälter unter atmosphärischem Druck aufbewahrt wird.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
und anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur kontinuierlichen
Entgasung von Wasser;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des wesentlichsten Teils eines in-line-Erhitzers 4, dargestellt in Fig. 1; und
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen (Erhitzungsentgasungsvorrichtung), die in dem weiter
unten beschriebenen Vergleichsbeispiel verwendet wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entgasung von Wasser wird
im nachfolgenden beschrieben unter Bezugnahme auf eine in den
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Figuren 1 und 2 dargestellte beispielhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Der hier verwendete Ausdruck "Wasser" soll verschiedene Arten von Wasser umfassen, wie zum Beispiel Ursprungswasser, destilliertes
Wasser, hartes Wasser, weiches Wasser, Trinkwasser und Industriewasser, sofern es keine Bestandteile enthält, die die
inneren Wandungen der verschiedenen Bestandteile der oben beschriebenen Flüssigkeitszuleitung verunreinigen oder die mit
einem Teil der oben beschriebenen Beschichtungsflüssigkert unter Bildung von Materialien reagieren, die es unmöglich machen,
das Innere der Flüssigkeitszuleitung sauberzuhalten. Weiterhin umfaßt der Ausdruck "Wasser" heißes Wasser oder kaltes
Wasser, das in ausreichendem Maße als Reinigungsflüssigkeit oder Spülflüssigkeit, in Abhängigkeit von der Temperatur,
der Fließgeschwindigkeit, des Druckes usw. dienen kann.
Zunächst sind die Absperrventile 1 und 2 vollständig geöffnet, um das Wasser W und den gesättigten Wasserdampf S einzuführen.
Dann wird die Fließgeschwindigkeit des Wassers W mit einer Düse 3 auf einen vorherbestimmten Wert eingestellt.
Die Temperatur des Wassers W, dessen Fließgeschwindigkeit mit
einer Düse 3 auf einen vorherbestimmten Wert eingestellt worden ist, liegt bei Zimmertemperatur. Das Wasser W wird kontinuierlich
durch einen Einlaß 4a in einen in-line-Erhitzer 4, der als Teil der Rohrleitμng fest mit dieser verbunden ist,
und in einen Zerstäuber 12, der im Inneren des in-line-Erhitzer s 4 (Fig. 2) ausgebildet ist, eingeführt.
Auf der anderen Seite läßt man den gesättigten Wasserdampf S durch ein automatisches Fließgeschwindigkeitskontrollventil 5
und einen Filter 6 zu der anderen öffnung 4b des in-line-Erhitzer s 4 fließen. Anschließend läßt man den Wasserdampf von
dem Einlaß 4b durch einen mit Düsen ausgestatteten Bereich 13,
welcher aus einer Reihe von Durchlässen in der Wandung des Zerstäubers 12 besteht, in den Zerstäuber 12 fließen. Dadurch
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wird der Wasserdampf mit dem Wasser W gemischt. Während das Wasser W erhitzt wird, wird der mit dem Wasser W vermischte
Wasserdampf S verflüssigt, wodurch das Volumen des Wasserdampfes schlagartig reduziert wird (auf weniger als etwa
1/2500 des ursprünglichen Volumens), und es tritt daher im Wasser eine Kavitation auf. Dadurch beschleunigt der Wasserdampf
in erheblichem Maße die Blasenbildung der im Wasser W gelösten gasförmigen Bestandteile wie zum Beispiel Luft oder andere Gase.
Das heiße Wasser HW, das durch das Vermischen des Wassers W und des Wasserdampfes S erhalten worden ist, wird über den Auslaß
4c des in-line-Erhitzers 4 und über eine Leitung zum Boden eines Entgasungsbehälters 7 überführt. Der obere Teil des Entgasungsbehälters
7 ist geöffnet und Zwischenwände 8 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, wechselweise in dem Entgasungsbehälter
angebracht. Sobald die Menge des heißen Wassers in dem Behälter 7 zunimmt, läuft das Wasser gezwungenermaßen an den Zwischenwänden
auf und ab. Sobald der Entgasungsbehälter 7 mit dem heißen Wasser angefüllt ist, wird ein Teil des heißen Wassers
über eine Oberlaufleitung 9 abgeleitet, so daß die Menge des in dem Behälter aufbewahrten heißen Wassers zu jeder Zeit
konstant ist.
Das in den Entgasungsbehälter 7 eingebrachte heiße Wasser HW wurde in dem in-line-Erhitzer 4 mit dem gesättigten Wasserdampf
S gemischt und seine Temperatur erhöhte sich deshalb augenblicklich. Dadurch ändert sich die Menge der darin gelösten
gasförmigen Bestandteile in Abhängigkeit von der Erwärmungstemperatur. Die gasförmigen Bestandteile bilden somit
Blasen. Gleichzeitig wird das Aufschäumen der in dem heißen Wasser gelösten gasförmigen Bestandteile durch die oben erwähnte
Kavitation erheblich beschleunigt, das heißt durch die lokale Druckerniedrigung, die durch das Mischen mit dem gesättigten
Wasserdampf S verursacht wird, und somit nimmt die Schäumungsgeschwindigkeit erheblich zu. Während sich nun das
heiße Wasser an den Zwischenwänden 8 in dem Behälter 7 auf und ab bewegt, erreichen die Blasen die Oberfläche des heißen Was-
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sers und entweichen in die Atmosphäre.
Die Temperatur des erhitzten heißen Wassers HW wird ständig über einen Temperaturfühler 10 ermittelt, der in der Leitung,
die mit dem Auslaß 4c des in-line-Erhitzers 4 verbunden ist, angebracht ist. Der Öffnungsgrad des oben beschriebenen automatischen
Fließgeschwindigkeits-Kontrollventils 5 wird automatisch auf einen geeigneten Wert eingestellt, durch ein Kontrollsignal
eines nicht dargestellten Temperaturkontrollsystems,
das auf ein Signal des Temperaturfühlers 10· anspricht,
so daß die Temperatur des heißen Wassers zu jeder Zeit konstant gehalten wird.
Die Solltemperatur des heißen Wassers HW kann auf einen Wert reduziert werden, der dadurch erhalten wird, daß man eine dem
Schäumungsbeschleunigungseffekt der Kavitation entsprechende Temperatur von der Solltemperatur abzieht, die bei einfachem
Erhitzen und Entgasen vorherrscht.
Beispielsweise ist eine Solltemperatur von etwa 60° bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausreichend, wenn die Solltemperatur,
die beim einfachen Erhitzen und Entgasen vorherrscht, 100° C beträgt. Somit entspricht der oben beschriebene Kavitationseffekt
etwa 40° C Erwärmungstemperatur.
Die Fließgeschwindigkeit des heißen Wassers HW ist nicht begrenzt.
Beispielsweise kann entgastes heißes Wasser (im folgenden auch mit DW bezeichnet) kontinuierlich erhalten werden,
wenn alle Leitungen einen inneren Durchmesser von etwa 2,5 cm aufweisen und die effektive Kapazität des Entgasungsbehälters
wenigstens 100 1 beträgt.
Das entgaste heiße Wasser DW wird dann über eine Leitung, die an einem Teil des Entgasungsbehälters 7, nahe an dessen Boden,
angebracht ist, zu einem Dreiwegventil oder einem Kreuzventil 11 geführt, welches mit den Flüssigkeitszulextungen L^- und L2
für die oben beschriebene Beschichtungsflüssigkeit verbunden
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ist. Anschließend wird das Kreuzventil 11 über ein Schaltsignal
so betätigt, daß das entgaste heiße Wasser DW durch das Kreuzventil 11 in die Flüssigkeitszuleitung L2 fließen kann.
Nachdem das Innere der Flüssigkeitszuleitung L2 durch das entgaste
heiße Wasser DW gereinigt worden ist, wird der Öffnungsgrad des Flüssigkeitsauslasses einer Beschichtungsabteilung,
die mit dem Ende der Flüssigkeitszuleitung L2 verbunden ist,
verringert, so daß die Flüssigkeitszuleitung L2 mit dem entgasten
heißen Wasser DW gefüllt bleibt und somit keine gasförmigen Bestandteile in das entgaste heiße Wasser DW in der
Flüssigkeitszuleitung L2 eingebracht werden können.
Das entgaste heiße Wasser DW in der Flüssigkeitszuleitung L-kann durch die Beschichtungsflüssigkeit ersetzt werden, indem
man das Kreuzventil 11 betätigt, ohne daß gasförmige Bestandteile eingemischt werden können. Damit kann die oben beschriebene
Schwierigkeit, die durch die Blasen verursacht wird, die zu Beginn der Beschichtung, das heißt wenn die Beschichtungsflüssigkeit
wieder zugeführt wird, auftreten, vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem Verfahren
angewendet werden, bei dem nach der Reinigung der Flüssigkeitszuleitung L- mit einer Reinigungsflüssigkeit anstelle des oben
beschriebenen entgasten heißen Wassers DW, die Reinigungsflüssigkeit
und die gasförmigen Bestandteile durch das entgaste heiße Wasser abgeführt werden, oder es kann bei einem Verfahren
eingesetzt werden, bei dem die oben beschriebene Reinigungsstufe nicht ausgeführt wird und lediglich die Beschichtungsflüssigkeit
durch das entgaste heiße Wasser DW ersetzt wird.
In den Fällen, in denen es notwendig ist, die Temperatur des entgasten heißen Wassers DW auf weniger als 60° C zu erniedrigen,
kann eine Kühlvorrichtung wie zum Beispiel ein nicht dargestellter Plattenkühler oder ein nicht dargestellter Vorratsbehälter
anschließend an den Entgasungstank 7 vorgesehen sein, so daß das entgaste heiße Wasser DW kontinuierlich gekühlt und
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gelagert werden kann. Das so behandelte entgaste heiße Wasser DW wird dann zu dem Kreuzventil 11 überführt.
Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren hat die folgenden
signifikanten Vorteile:
(1) Der gesättigte Wasserdampf S wird in dem in-line-Erhitzer
in das herangeführte Wasser W eingemischt, so daß die Temperatur des Wassers W augenblicklich erhöht und gleichzeitig
der Druck des Wassers W augenblicklich erniedrigt wird. Damit werden die Schäumungs- und Entgasungsgeschwindigkeiten in dem
Entgasungstank erheblich erhöht.
(2) Infolge des die Einmischung des gesättigten Wasserdampfes S begleitenden Kavitationseffektes kann die gewünschte
Entgasung selbst bei relativ niedrigen Erwärmungstemperaturen
durchgeführt werden. Insofern kann die Wärmeenergie auf ökonomische Weise ausgenutzt werden.
(3) Die Vorrichtung zur Erwärmung und zur Druckerniedrigung ist in Form eines in-line-Erhitzers fest mit der Rohrleitung
verbunden. Aus diesem Grunde ist die Herstellung der Vorrichtung
einfach und die Ausrüstungskosten sind niedriger.
Das im nachfolgenden beschriebene Beispiel und Vergleichsbeispiel dient der Erläuterung des Entgasungseffektes des erfindungsgemäßen
Verfahren?.
Bei dem heißen Wasser HW, das unter Verwendung einer erfindungsgemäßen
und in Fig.'1 dargestellten Entgasungsvorrichtung hergestellt und kontinuierlich aus dem Entgasungsbehälter 7
abgeführt worden ist, wurde die Anzahl der in dem entgasten heißen Wasser DW eingeschlossenen Blasen mit einer Ultraschall-Blasenzählvorrichtung
(entsprechend der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 142585/1977) ermittelt.
Der Druck des gesättigten Wasserdampfes betrug etwa 1,03 kg/cm2,
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die Temperatur des zugeführten Wassers betrug etwa 16° C und
die Fließgeschwindigkeit des Wassers lag bei 10 l/min. Die
Temperatur des heißen Wassers HW wurde auf 50°, 6 0°, 70° C
festgesetzt und das heiße Wasser HW wurde in einen Entgasungsbehälter mit einer Kapazität von 10 1 überführt.
die Fließgeschwindigkeit des Wassers lag bei 10 l/min. Die
Temperatur des heißen Wassers HW wurde auf 50°, 6 0°, 70° C
festgesetzt und das heiße Wasser HW wurde in einen Entgasungsbehälter mit einer Kapazität von 10 1 überführt.
Das heiße Wasser HW wurde in dem Entgasungsbehälter eine Minute lang aufbewahrt, und anschließend ließ man eine Hälfte des
heißen Wassers überfließen. Die Meßergebnisse hinsichtlich der Blasenzahlen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben:
heißen Wassers überfließen. Die Meßergebnisse hinsichtlich der Blasenzahlen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben:
Temperatur des heißen Wassers |
Anzahl der ermittelten Blasen |
|
0C | ea/ min | |
50 | 0 | |
Beispiel | 60 | 0 |
70 | 0 | |
50 60 |
42 46 |
|
Vergleichs beispiel |
70 | 55 |
Vergleichsbeispiel | ||
Es wurde die Anzahl von Blasen in heißem Wasser ermittelt, das mit einer üblichen Vorrichtung zur Erhitzung und Entgasung von
Wasser, dargestellt in» Fig. 3, entgast worden war.
Die Herstellungsbedingungen des entgasten heißen Wassers entsprachen
denen des vorangegangenen Beispiels mit der einen Ausnahme, daß der in-line-Erhitzer 4 durch einen Plattenerhitzer
14 ersetzt wurde.
14 ersetzt wurde.
Die ermittelte Anzahl Blasen ist in der obigen Tabelle angegeben .
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Die Ergebnisse zeigen, daß die Entgasung mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zu wesentlich besseren Ergebnissen führt als die Verwendung der herkömmlichen Entgasung durch Erhitzung-Verfahren.
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Leerseite
Claims (8)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung von Wasser, bei welchem gasförmige, im Wasser gelöste Bestandteile durch
Erhitzung und Reduzierung des Druckes des Wassers entgast werden, dadurch gekennzeichnet,
daß man dem Wasser gesättigten Wasserdampf zumischt, um das Wasser zu erhitzen und die Aufschäumung der gasförmig
gen Bestandteile durch Kavitation, hervorgerufen durch die genannte Zumischung, zu beschleunigen und daß man das Wasser
anschließend unter atmosphärischem Druck in einem Behälter aufbewahrt, damit das Wasser entgasen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einem Entgasungsbehälter aufbewahrt wird und das
entgaste Wasser anschließend .vom Boden des genannten Behälters
in eine Leitung abgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungsstufe in einem in-.line-Erhitzer vorgenommen wird,
wobei zu dem einen Einlaß des Erhitzers kontinuierlich Wasser eingeführt wird und durch einen Zerstäuber fließt,
gleichzeitig zu einem anderen Einlaß des Erhitzers Wasserdampf eingeführt wird und der Wasserdampf und das Wasser
miteinander gemischt werden, indem der Wasserdampf durch
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TELEFON (OBO) 22 2BCQ TELEX 05-29 360 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOP1ERER
_ ο —
Einspritzöffnungen in den Zerstäuber eingeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Temperatur des erhitzten Wassers mißt und die Einführung des Wasserdampfes in den Erhitzer
so reguliert, daß eine konstante Temperatur des erhitzten Wassers aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ableitung des entgasten Wassers eine Reinigungsflüssigkeit
in die genannte Leitung eingeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ableitung des entgasten Wassers eine Überzugsflüssigkeit in die genannte Leitung eingeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,· dadurch gekennzeichnet,
daß die Fließgeschwindigkeit des mit dem Wasserdampf zu vermischenden Wassers reguliert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das entgaste Wasser vor der
Einführung in die genannte Leitung abkühlt.
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