DE3016406C2

DE3016406C2 - Mehrstufiges thermisches Stofftrennverfahren mit kombiniertem Brüdenverdichter und Wärmetransformator zur Rückgewinnung der in den Brüden enthaltenden Wärme und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3016406C2
Application number: DE3016406A
Authority: DE
Inventors: Paul Dr.-Ing. 5400 Koblenz Franzen
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1980-04-29
Filing date: 1980-04-29
Publication date: 1985-11-28
Also published as: US4379734A; IT1210976B; DE3016406A1; JPS56168801A; CA1175338A; GB2074463B; FR2481137A1; GB2074463A; SE8100428L; IT8119239A0

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Verdampferanlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem, das

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Brüdenkompressoren und nach dem Wärmetransfor- und Heizdampftemperatur ist Da die benötigte Heiz-

\*natorprinzip arbeitende Apparate miteinander kombi- dampfmenge jedoch die Brudenmenge nicht betracht-

>niert Durch das Wärmerückgewiiinungssystem wird die Hch übersteigt, folgt daraus daß auf diese Art nur ein

in-den Brüdendämpfen der letzten Verdampf erstuf en Teil des Brüdendampfes verdichtet werden kann, wäh-

vorhandene Wärmeenergie so genutzt, daß sie mit mini- 5 rend der Rest, wenn er nicht anderweitig zu nutzen ist.

malern Einsatz höherwertiger Energie atf Prozeßwär- als Abwärme an die Umgebung abgegeben werden

meniveau aufgewertet und der ersten oder den vorde- muß.

ren Verdampferstufen als Prozeßwänne wieder züge- Da also mit zunehmender Temperaturdifferenz zwi-

führt werden kann. Derartige Anlagen finden in der sehen Brüdendampf und Heizdampf der Energiever-

thermischen Verfahrenstechnik, z. B. beim Aufkonzen- io brauch für den Betrieb der Kompressoren und/oder der

trieren von Lösungen oder bei Destillierprozessen Ver- technische Aufwand stark zunehmen, ist eine Kombina-

wendung und dienen hierbei der weiteren Verminde- tion von Mehrstufenverdampfern und Brudenverdich-

rung des Prozeßwärmeeinsatzes gegenüber herkömmli- tern mit dem Ziel, die Differenz zwischen Prozeßdampt-

chen Anlagen und Umgebungstemperatur soweit als möglich im Ver-

Zur Verminderung des Prozeßenergiebedarfs bei 15 dampferteil auszunutzen, um dann die möglichst medrithermischen Stofftrennverfahren werden zur Zeit mehr- ge Brüdentemperatur in der letzten Stufe mittels Brustufige Verdampferanlagen, Verdampferanlagen mit denverdichter wieder auf Prozeßdampfniveau anzuhe-Brüdenkompressoren oder kombinierte Mehrstufen- ben, unwirtschaftlich und energetisch nicht sinnvoll. Die verdampfer mit Brüdenverdichtern verwendet Die Vorteile des einen Systems - Energieeinsparung durch Energieeinsparung bei Mehrstufenverdampfern wird 20 Ausnutzung des großen Temperaturabstands zwischen dadurch erzielt, daß die in den Brüden der einzelnen den Brüden der letzten Stufe und dem Heizdampf fur Verdampferstufen enthaltene Wärme zur Beheizung die erste Stufe beim Mehi-stufenverdampfer - können der jeweils nächsten Stufe genutzt wird. Die Brüden der die Vorteile des anderen Systems - je geringer die letzten Verdampferstufe werden in Brüdenkondensato- Temperaturdifferenz zwischen Brüden und Heizdampf, ren verflüssigt und das Kondensat an die Umgebung 25 desto geringer der Energieaufwand bei Brüdenkomabgeführt da eine wirtschaftliche Nutzung der in diesen pressoren — vollkommen ausgleichen.
Brüden enthaltenen Wärme meist nicht möglich ist. Ge- In der DE-OS 29 51 557 wurde bereits ein Verfahren gebenenfalls kann die Verdampfungsenthalpie der Brü- zum Betreiben eines thermischen Stoff trennprozesses den zur Vorwärmung der einzudampfenden Lösung vorgeschlagen, der mit einem Prozeßdampf betrieben herangezogen werden; da diese jedoch immer größer ist 30 und aus dem Abwärme in Form von Brüden einem Abals die an die aufzuwärmende Lösung übertragbare sorber zugeführt wird, in dem sich ein Mehrstoff geWärmemenge, muß der größte Teil der Brüdenwärme misch befindet, das die Brüden unter Wärmeentwickungenutzt an die Umgebung abgeführt werden. Die op- lung vollständig absorbiert, wobei das Mehrstoffgetimaie Stufenzahl und damit die mögliche Energieein- misch nach erfolgter Absorption kontinuierlich oder sparung bei Mehrstufenverdampfern wird durch die 35 diskontinuierlich in einem Austreiber durch Ausdamptechnischen, thermodynamischen und insbesondere die fung der absorbierten Komponente regeneriert und anöWomischen Randbedingungen bestimmt, da die Ein- schließend dem Absorber wieder zugeführt wird und dampfvorgänge nur in begrenzten Temperaturinterval- wobei sowohl innerhalb des Absorbers als auch innerlen stattfinden können, die durch die Werkstoffeigen- halb des Austreibers ein gesonderter Wärmeaustauschschaften, die verfügbaren Prozeßdampftemperaturen 40 prozeß durchgeführt wird; dieses Verfahren ist dadurch und die Stoffdaten der einzudampfenden Lösungen be- gekennzeichnet,
stimmt werden und weiterhin der InvestHions- und War-

tungsaufwand mit zunehmender Stufenzahl Überpro- a) daß die Brüden teilweise in den Absorber und teil-

portional zur Energieeinsparung ansteigt. weise in den Wärmetauschprozeß des Austreibers

Die andere Möglichkeit, hochwertige Energie bei 45 geführt werden,

Verdampfungsprozessen rationell einzusetzen, besteht b) daß die entsprechende Absorptionswärme zur Er-

darin die Brüden auf den höheren Heizdampfdruck zu zeugung von Prozeßwärme herangezogen wird, die

komprimieren und dem Verdampfer - ment demsel- einer oder mehreren Stufen des Stofftrennprozes-

ben Apparat, in dem diese entstanden sind - als Pro- ses als Heizenergie zugeführt wird,

zeßdampf wieder zuzuführen. Hierbei gehören sowohl 50 c) daß der Absorber bei einem höheren Druck als der

die Kompression der Brüden mittels mechanischen Austreiber betrieben wird,

Kompressoren als auch die mittels Dampfstrahlgeblä- d) daß die den Absorber verlassende Lösung in Wär-

sen zum Stand der Technik. Die Brüdenverdichtung mit metausch mit der den Austreiber verlassenden Lö-

mechanischen Kompressoren ist jedoch wirtschaftlich sung gebracht wird und

und thermodynamisch nur dann sinnvoll, wenn der 55 e) daß die im Austreiber ausgedampfte Komponente Dampfdurchsatz groß und das Verhältnis zwischen Brü- bei Umgebungstemperatur verflüssigt wird,
den- und Heizdampfdruck möglichst klein ist. Bei ausgeführten Anlagen liegt die günstige Temperaturdifferenz Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels zwischen Brüden und Heizdampf bei 1OK bis 20K, über eines geeigneten Verfahrens und einer Vorrichtung zur diese Temperaturdifferenz hinaus arbeiten mechanische 60 Durchführung dieses Verfahrens die Brüdenwärme bei Brüdenkompressoren unwirtschaftlich. Verdampfungsprozessen zur Bereitstellung von Pro-

An Stelle der teueren und vielfach wartungsintensi- zeßwärme so zu nutzen, daß auf die Vorteile der Brüven mechanischen Verdichter können die billigeren und denkompression zurückgegriffen werden kann, ohne robusten Dampfstrahlgebläse verwendet werden. Der auf oie Vorteile von Mehrstufenverdampfern zu ver-Strahlverdichter benötigt je kg Brüden eine beträchtli- 65 ziehten. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen also ehe Menge Treibdampf, die um so größer wird, je klei- so ausgestaltet sein, daß der Prozeßenergieaufwand gener die Differenz zwischen Brüden- und Treib- genüber Anlagen vergleichbarer Durchsatzleistung erdampttemperatur und je größer die zwischen Brüden- heblich vermindert wird.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches im wesentlichen die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Der der Erfindung zugrunde liegende Lösungsgedanke besteht demnach darin, einen Teil der Brüdendämpfe aus der letzten oder aus einer der letzten Verdampferstufen einem Dampfstrahlgebläse und den Teil der Brüdendämpfe, der in diesem nicht komprimiert werden kann, einem Wärmetransformatorteil zuzuführen (Anspruch 2), wo deren Wärme zumindest teilweise auf eine höhere Temperatur, insbesondere aber auf das Temperaturniveau des Gemischdampfes hinter dem Dampfstrahlgebläse angehoben wird. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Brüdendämpfen und der Heizdampftemperatur in der ersten oder einer der vorderen Verdampferstufer. zu groß is ist, als daß sie mit dem Wärmetransformatorteil allein überbrückt werden kann, wird die Aufgabe so gelöst, daß der gesamte Brüdendampf aus der letzten oder aus einer der letzten Verdampferstufen dem Wärmetransformatorteil zugeführt und der in diesem erzeugte Dampf höherer Temperatur anschließend mit Brüdenverdichtern auf Prozeßdampfniveau komprimiert wird (Ansprüche 3, 4, 5, 6). Der Wärmetransformatorteil, in dem die Brüdenwärme zumindest teilweise ohne nennenswerten Einsatz höherwertiger Energie auf ein höheres Temperaturniveau angehoben wird, der insbesondere aber zur Dampferzeugung dient (Anspruch 13), wird in integrierter Bauweise ausgeführt, d. h. die Brüdendämpfe werden von dem im Wärmetransformatorteil zirkulierenden Arbeitsstoffgemisch als leichterflüchtige Komponente — das sogenannte Arbeitsmittel — absorbiert (Anspruch 7) und aus diesem bei niedrigem Druck wieder ausgedampft (Anspruchs, 9). Für Verdampferanlagen, in denen beispielsweise Wasser ausgedampft wird, eignen sich als Arbeitsstoffgemische im Wärmetransformatorteil LiBr-H₂O-, NaOH-H₂O- oder KOH-H₂O-Gemische. Ebenso kann der Wärmetransformatorteil in angekoppelter Bauweise ausgeführt werden (Anspruch 10). In diesem Fall sind die den Verdampferteil durchlaufenden und die im Wärmetransformatorteii zirkulierenden Stoffströme voneinander vollkommen getrennt.

Der Wärmetransformatorteil und der Brüdenverdichterteil sind so miteinander verschaltet, daß die den beiden Teilen zuzuführenden Brüdendampfanteile unabhängig voneinander geregelt werden können, insbesondere die Brüden ggf. sämtlich dem Wärmetransformator oder sämtlich den Brüdenkompressoren zugeführt werden (Anspruch 14). Weiterhin kann zum Zwecke einer größeren Temperaturerhöhung der Wärmetransformatortei! rr.it dein Verdampferteil so verschaltet sein, daß die zur Beheizung der Austreibstufen benutzten Brüden einer anderen als der Stufe des Verdampferteils entnommen werden können, die über eine Brüdendampfleitung mit dem Absorber verbunden ist (Anspruch 9). Beim Wärmetransformator in angekoppelter Bauweise wird dieser Effekt erzielt, indem man die Austreibstufen und die oder den Arbeitsmittelverdampfer des Wärmetransformators mit Brüden unterschiedlicher Temperatur beheizt

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen und im Anschluß daran anhand zweier Anwendungsbeispiele im einzelnen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau der neu vorgeschlagenen Vorrichtung mit integriertem Wärmetransformatorteil und parallel dazu betreibenem Dampfstrahlgebläse in Zusammenwirkung mit einem Vierstufenverdampfer,

F i g. 2 in schematischer Darstellung den Aufbau der neu vorgeschlagenen Vorrichtung mit angekoppeltem Wärmetransformator und dazu in Reihe geschalteten Brüdenkompressoren.

Der schematisch dargestellte Mehrstufenverdampfer (in der gezeigten Ausführung, F i g. 1, vier Stufen: 1,2,3, 4 in Gegenstromschaltung) wird über die Leitung 26 mit Prozeßdampf versorgt; die Verdampferstufen sind über die Brüdendampfleitungen 1', 2' und 3' miteinander verbunden. Die neu vorgeschlagene Vorrichtung weist als wesentliche Bestandteile einen Dampfstrahlapparat 6, einen Absorber 8, einen Austreiber 10, einen Wärmetauscher 11 und einen Kondensator 12 auf.

Der Brüdendampf der letzten Verdampferstufe wird über die Leitung 4' einem Verteiler 6' zugeführt Dieser ist über die Leitung 4" mit einem Dampfstrahlapparat 6 und über die Leitung 7 bzw. T und 7" mit der Wärmeabgabeseite (Absorptionsseite) des Absorbers 8 und der Wärmeabgabeseite des Austreibers 10 verbunden. Ein Teil der Brüden in Leitung 4' gelangt über die Leitung 4" in den Dampfstrahler 6 und wird dort mit Hilfe des Treibdampfes aus Leitung 5 auf Prozeßdampfniveau komprimiert Der überschüssige Anteil in Leitung 7, dessen Menge vorwiegend durch die Enthalpiewerte des Brüdendampfs und des Treibdampfs sowie durch den Wirkungsgrad des Dampfstrahlers bestimmt wird, gelangt zu weiteren Teilen über die Leitungen 7 und T in den Absorber 8, wo er von einem dort vorhandenen geeigneten Menrstoffgemisch absorbiert wird, und über die Leitungen 7 und 7" in den Austreiber 10, wo er durch Kondensation Wärme an das dem Absorber 8 über die Leitung 13' entnommene Mehrstoffgemisch abgibt

Dem Austreiber 10 wird über eine weitere Zuführleitung 7" ebenfalls Dampf zugeführt, der einem Kondensatentspannungsgefäß 18 entnommen wird, in das über die Leitung 20 das in den Sammeltöpfen 21, 22 und 23 aufgefangene Kondensat aus den Verdampferstufen 2,3 und 4 eingetragen wird. Das Regelventil 9 dient zur Einstellung der jeweils in den Apparaten 8 und 10 benötigten Brüdenmengen.

Der Absorber 8 weist auf der Wärmeaufnahmeseite ein Dampferzeugersystem auf und ist über die Leitungen 27 mit dem Kondensatsammeigefäß 31 sowie über die Leitung 25 mit der Dampfleitung 24 verbunden. Der Dampf aus den Leitungen 24 und 25 wird gemeinsam durch die Leitung 26 der ersten Verdampferstufe 1 als Prozeßdampf zugeführt Dem Absorptionsteil (Wärmeabgabeseite) des Absorbers 8 wird kontinuierlich über die Leitung 13 ein ungesättigtes Mehrstoffgemisch zugeführt, das den über die Leitung T eingetragenen Brüdendampf unter Wärmeentwicklung bis zum Sättigungszustand absorbiert Das gesättigte Gemisch verläßt den Absorber 8 über die Leitung 13', gibt im Wärmetauscher 11 Wärme an das kältere Gemisch in Leitung 13 ab und wird nach Drosselung im Reduzierventil 15 dem Austreiber 10 zugeführt Hier wird der im Absorber 8 aufgenommene Brüdendampf bei niedrigerem Druck durch Wärmeaufnahme von den Brüden, die in den Austreiber 10 über die Leitungen 7" und T" gelangen, wieder ausgetrieben. Das so regenerierte Gemisch wird über die Leitung 13 abgezogen und mittels der Pumpe 14 nach Wärmeaufnahme im Wärmetauscher 11 in den Absorber 8 zurückgepumpt Der ausgetriebene Brüdendampf verläßt den Austreiber 10 und wird im Kondensator 12 bei niedriger Temperatur, z. B. Umgebungstemperatur, verflüssigt Das Kondensat wird über

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die Leitung 17 abgezogen, mit dem Kondensat aus der 2. Beispiel
Leitung 17' und über die Leitung 19 mit dem in Leitung

19' gemischt In einem mehrstufigen Verdampfer wird eine Lösung

eingedampft, deren Brüden aus der letzten Stufe sich für

I.Beispiel 5 die Anwendung der Thermokompression nicht eignen.

Die Temperatur des Heizdampfes für die erste Stufe

Eine aufzukonzentrierende wäßrige Lösung durch- beträgt 130°C, die Kondensationstemperatur der Brü-

läuft nacheinander die Verdampferstufen 4, 3, 2 und 1, den aus der letzten Stufe 70°C. Als Prozeßdampf steht

siehe Fig. 1. Die Temperatur des Heizdampfes für die überhitzter Dampf bei 16 barg und einer Temperatur

erste Stufe 1 beträgt 110°C, der Brüdendampf, der die io von 215⁰C zur Verfügung. Die Kühlmitteltemperatur

Stufe 4 verläßt, besitzt eine Kondensationstemperatur beträgt 15° C.

von 70°C Zur Verfügung steht Sattdampf mit einer Der Wärmerückführteil ist entsprechend Fig.2 geTemperatur von 200° C. Die Kühlmediumtemperatur staltet; der Transformatorteil besitzt als Hauptunterbeträgt 15° C. Scheidungsmerkmal gegenüber dem in F ι g. 1 gezeigten

Bei den gegebener. Temperatur- und Druckverhält- 15 einen zusätzlichen Verdampfer 33, einen weiteren Wärnissen können⁶pro kg Treiüdämpf etwa 0,27 kg Brüden- metauscher 34 und die Verbindungsleitungen 16' und 35, dampf der den Verdampfer 4 mit einem Druck von ca. die den Verdampfer 33 jeweils mit dem Kondensator 12 0 31 bar» verläßt, auf 1,43 bar, entsprechend HO⁰C, ver- bzw. mit dem Absorber 8 verbinden,
dichtet werden Der überschüssige Brüdendampf wird Der Brüdendampf in Leitung T wird also nicht direkt in den Wärmetransformatorteil geleitet. Etwa 52% der 20 in den Absorber 8 geleitet, sondern wird zur Verdampüberschüssigen Brüden gelangen über die Leitung T in fung der im Austreiber 10 ausgetriebenen, anschließend den Absorber 8 dem gleichzeitig eine wäßrige Lösung, im Kondensator 12 verflüssigten und mit der Pumpe 32 beispielsweise ein Lithiumbromid-Wasser-Gemisch mit in den Verdampfer 33 beförderten leichter siedenden ca 62 5% Lithiumbormidanteilen oder Natronlauge mit Komponente verwendet. Diese Verfahrensschaltung ist ca 574% NaOH-Anteilen, bei einem Druck 25 zwar gegenüber der im ersten Beispiel beschriebenen p_A < 031 bar über die Leitung 13 zugeführt wird. Der apparativ aufwendiger und exergetisch etwa ungünsti-Brüdendampf wird durch das Lithiumbromid-Wasser- ger, dafür ist man aber in der Wahl des Absorptionsge-Gemisch oder die Natronlauge unter Wärmeentwick- misches frei, da der Brüdendampf nicht gleichzeitig als lung bis zum Sättigungszustand absorbiert; das gesättig- Arbeitsmittel für den Absorptionsprozeß verwendet te Gemisch wird über die Leitung 13' abgezogen, nach 30 wird. Somit läßt sich auch der Wärmemhalt von Brüden Wärmeabgabe im Teinperaturwechsler 11 im Drossel- ausnutzen, die entweder stark mit Fremdstoffen beladen ventil 15 auf den Druck P_H ^- 0,023 bar_g gedrosselt und sind oder zu denen sich keine geeigneten Absorptionsdem Austreiber 10 zugeführt Durch die sich entwik- partner finden lassen.

kelnde Absorptionswärme, die im Absorber bei einer Als Arbeitsstoffpaar wird das Gemisch Ammoniakmittleren Temperatur von ca. 114⁰C frei wird, kann das 35 Wasser gewählt bei dem Ammoniak als leichter siedenüber die Leitung 27 eingebrachte Heizdampfkondensat, de Komponente auftritt das im Austreiber 10 bei einer dessen Temperatur mit 100° C angenommen ist, wieder Temperatur von 65° C ausgetrieben, im Kondensator 12 verdampfen und der Dampf mit einer Temperatur von bei 20° C verflüssigt anschließend im Verdampf er 33 bei ca 110° C über die Leitung 25 dem den Dampfstrahler 6 65° C verdampft und im Absorber 8 unter dem Druck verlassenden Dampf in Leitung 24 zugemischt werden. 40 ρ = 27 bar_g von der schwächer konzentrierten Losung

Das über die Leitung 13' in den Austreiber 10 gelang- aus Leitung 13 wieder absorbiert wird. Die Ammoniakte angereicherte Stoffgemisch wird mit dem über die konzentration nach dem Austreibvorgang beträgt 46%, Leitungen 7" und 7'" eingebrachten Dampf in wärme- die nach dem Absorptionsvorgang 51%.
tauschenden Kontakt gebracht Hierbei wird der im Ab- Unter der Voraussetzung, daß das dem Absorber sorber 8 aufgenommene Brüdendampf aus dem Ge- 45 über die Leitung 27 zufließende Heißwasser bei einem misch bei einer Temperatur von 65°C wieder ausgetrie- Druck von 1 bar annähernd Siedetemperatur besitzt, ben, über die Leitung 16 einem Kondensator 12 züge- werden mit der dargestellten Vorrichtung pro kg Bruführt und dort bei einer Temperatur von 20° C verflüs- dendampf, der dem Transformatorteil über die Leitunsigt Das regenerierte Gemisch, das etwa 5% weniger gen T, 7" und 7'" zugeführt wird, ca. 0,41 kg Sattdampf Wasser enthält als das gesättigte Gemisch nach dem 50 mit der Temperatur 100°C erzeugt Dieser Dampf wird AK^mtinncvnraan» wird dem Austreiber entnommen. im Dampfstrahlapparat 6 durch den Treibdampf aus mitteis'deTpumpe 14 in den Temperaturwechsler geför- Leitung 5 (16 bar_g, 215°C) auf 2,7 bar, entsprechend eidert wo es sich bis nahezu auf die Absorberanfangstem- ner Sättigungstemperatur von 130 C verdichtet. Die peratur erwärmt, und gelangt anschließend zurück in hierzu benötigte Treibdampfmenge betragt ca. 2,1 kg den Absorber 8. Das Verhältnis der in den Leitungen 7" 55 pro kg Saugdampf. Pro kg Prozeßdampf des obenange- und 7'" zu der in der Leitung T transportierten Dampf- gebenen Zustands werden also insgesamt 1,48 kg Heizmenge beträgt etwa U : 1. dampf von 130°C für die erste Verdampferstufe bereit-

Mit der dargestellten Vorrichtung ist es bei den ange- gestellt Dies entspricht einer Senkung des spezifischen nommenen Temperatur- und Druckverhältnissen sowie Dampfverbrauchs von 32% gegenüber dem für einen den genannten Prozeßbedingungen möglich, bei einem 60 Mehrstufenverdampfer, der mit der gleichen Stufenzahl Einsatz von lkg Treibdampf der Temperatur 200° C ca. ohne den beschriebenen Wärmerückführteil m dem 2,20 kg Heizdampf von 110°C zu erzeugen. Dies ent- Temperaturbereich 130°C/70°C arbeitet,
spricht einem spezifischen Dampfverbrauch für die Ge- Im stationären Zustand ist der Dampfstrahlapparat 6 samtanlage von 0,136 kg Dampf pro kg verdampftes außer Betrieb und das Ventil 37 nur zur Leitung 26 hm Wasser, ein Wert der etwa 55% niedriger liegt als der 65 geöffnet Für den Fall, daß sich die Betriebszustande für vergleichbare Vierstufenverdampfer ohne Wärme- ändern, z. B. beim Anfahren der Anlage, bei Absinken rückgewinnsystem oder der theoretisch nur in einem der Brüdentemperatur oder bei Absinken der Dampfneunstufigen Verdampfer erreicht werden kann. menge und/oder -temperatur in Leitung 25, wird zusatz-

lieh der Dampfstrahlapparat 6' in Betrieb genommen, dem über die Leitung 5' Treibdampf des gleichen Zustands wie in Leitung 5 zugeführt wird. Der Dampfstrahler 6' kann so betrieben werden, daß sich der Druck des Mischdampfes nur unwesentlich von dem des Saugdampfes unterscheidet und somit der Apparat nur der Mengenregulierung dient, er kann aber auch so ausgelegt sein, daß hier der den ersten Dampfstrahler verlassende Mischdampf nochmals zum Zweck einer weiteren deutlichen Temperaturanhebung komprimiert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zurückgewonnene Heizwärme als Prozeßdampf vorliegt, der im Prozeß selbst wieder verwendet werden kann. Somit wird der Primärenergieaufwand für den Verdampfungsprozeß erheblich gegenüber Mehrstufenverdampfern gleicher Stufenzahl und gleicher Leistung vermindert. Die Erfindung gestattet die Kombination der Vorteile von Mehrstufenverdampfern mit denen von Brüdenverdichtern, ohne daß die Ausnutzung der Vorteile des einen Verfahrens die Wirkungsweise des anderen Verfahrens nachteilig belastet. In Ergänzung zu den beiden dargestellten Beispielen ist es natürlich auch möglich, die bisher angewandte Methode der Brüdenkompression mit Dampfstrahlverdichtern vorteilhaft zu beeinflussen, indem man einen Teil der Brüden aus der ersten Verdampferstufe mit Hilfe eines Dampfstrahlverdichters in bekannter Weise komprimiert, den Mischdampf der ersten Stufe auf der Heizseite wieder zuführt und die überschüssigen Brüden in weitere Verdampferstufen leitet, die mit einem Wärmetransformator kombiniert sind. Hierbei wird der im Wärmetransformatorteil erzeugte Dampf zusammen mit den Überschußbrüden aus der ersten Verdampferstufe der zweiten Verdampferstufe zugeführt.

In den vorgenannten beiden Beispielen wurde die Erfindung mit Mehrstufenverdampfer ohne Wärmerückführung verglichen. Es sind aber auch Mehrstufenverdampfer mit Dampfstrahlverdichter bekannt, deren spezifischer Energieverbrauch gegenüber dem Verdampfer ohne Wärmerückführung geringer ist. Die Kombination einer Wärmerückführung aus Brüdenverdichter und Wärmetransformator erbringt bei einem Mehrstufenverdampfer eine weitere Einsparung an spezifischem Dampfverbrauch.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht in der Verminderung der thermischen Umweltbelastung und damit in der Herabsetzung der investitions- und Betriebskosten für die bei thermischen Prozessen erforderlichen Kühlvorrichtungen.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Mehrstufiges, thermisches Stoff trennverfahren, das mit einem Verdampferteil und einem mit Brüdenverdichter versehenen Wärmeführteil betrieben wird, wobei das Wärmerückführteil die in den Brüden des Verdampferteils enthaltene Wärme zumindest teilweise wieder in Nutzwärme umformt, deren Temperatur deutlich über der Brüdentemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerückführteil aus einer Kombination eines Brüdenkompressors mit einer nach dem Wärmetransformatorprinzip arbeitenden Anlage besteht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brüden aus einer oder mehreren Verdampferstufen teilweise einem Dampfstrahlverdichter und teilweise einem Wärmetransformator zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüdendampf aus einer oder mehreren Verdampferstufen sämtlich einem Wärmetransformator zugeführt, dort zumindest teilweise ohne nennenswerten Einsatz höherwertiger Energie in Dampf höherer Temperatur umgeformt und anschließend in einem Brüdenverdichter auf den erforderlichen Prozeßdampfdruck komprimiert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Brüdenverdichter verlassende Dampf dem Prozeßdampf zum Betreiben der Verdampferanlage beigemischt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brüdenverdichter ein Dampfstrahlapparat verwendet wird, dem Dampf mit hohem Druck als Treibdampf über eine By-pass-Leitung zugeführt wird und daß der nicht durch den By-pass strömende Hochdruckdampf entweder in einem weiteren Dampfstrahlapparat oder durch Drosselung und Wassereinspritzung auf Prozeßdampfniveau gebracht und zusammen mit dem Mischdampf des ersten Dampfstrahlapparates in die erste Verdampferstufe eingeleitet wird.

6. Verfahren nach den Ansrüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brüdenverdichter ein mechanischer Kompressor verwendet wird, der von einer Wärme-Kraft-Maschine getrieben wird, in der Dampf auf das Niveau des den Kompressor verlassenden Dampfes entspannt und der mit diesem gemeinsam dem Verdampferteil als Prozeßdampf zugeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Wärmetransformatorteil zugeführte Brüdendampf teilweise direkt in einen Absorber geleitet wird, in dem sich ein ungesättigtes Mehrstoffgemisch befindet, das diesen unter Wärmeentwicklung absorbiert.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nach erfolgter Adsorption gesättigte Mehrstoff gemisch, die sogenannte reiche Lösung, über eine Leitung einem Austreiber zugeführt wird, der unter einem niedrigeren Druck steht als der Absorber und in dem unter Wärmezufuhr das angereicherte Gemisch durch Ausdampfen der absorbierten Komponente regeneriert wird; daß das regenerierte Gemisch, die sogenannte arme Lösung, mittels einer Pumpe in den Absorber zurückgefördert und die arme Lösung hinter der Pumpe mit der reichen Lösung in wärmetauschenden Kontakt gebracht wird, bevor diese auf den niedrigeren Austreiberdruck gedrosselt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Austreibung der absorbierten Komponente benötigte Wärme die gleiche oder eine andere Temperatur besitzt als der in den Absorber eingeleitete Brüdendampf, insbesondere aber die Brüden aus einer oder mehreren Stufen des Verdampferteils zur Beheizung verwendet werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Wärmetransformatorteil vorgesehenen Brüdenanteil einer Austreibstufe und einer Verdampferstufe zugeführt wird, wobei durch Wärmekontakt mit dem Brüdendampf in der Austreibstufe bei niedrigem Druck leicht siedende Bestandteile eines Mehrstoffgemisches ausgedamptt, diese in einem Kondensator anschließend verflüssigt, mittels einer Pumpe in die unter einem höheren Druck stehende Verdampferstufe befördert, dort durch Wärmekontakt mit dem Brüdendampf wieder verdampft und anschließend von einem an Leichtsiedebestandteilen armen Mehrstoffgemisch in einer Absorptionsstufe unter Wärmeentwicklung absorbiert werden; daß die Austreibstufe und die Absorptionsstufe übei Leitungen derart miteinander verbunden sind, daß in einer Leitung das nach der Absorption gesättigte Mehrstoffgemisch auf den Austreiberdruck gedrosselt und in diesen eingeleitet und über eine andere Leitung das an leichtsiedendem verarmte Gemisch dem Austreiber entnommen und mittels einer Pumpe in den unter dem höheren Druck stehenden Absorber zurückgefördert wird, wobei das gesättigte und das verarmte Gemisch bei dem höheren Druck ebenso in Wärmetauschkontakt gebracht werden wie die unter dem höheren Druck stehenden flüssigen Leichtsiedebestandteile mit den dampfförmigen Leichtsiedebestandteilen nach dem Austreibvorgang.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Austreibstufen verlassenden dampfförmigen Komponenten bei niedriger Temperatur, vorteilhaft bei Umgebungstemperatur, verflüssigt werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Brüdenkondensaten der zum Verdampferteil gehörenden Verdampferstufen enthaltene Wärme zusätzlich zur Beheizung der Austreiber- und/oder Verdampferstufen des Wärmerückführteils verwendet werden.

13. Mehrstufenverdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberstufen auf der Wärmeabgabeseite mit einem Dampferzeugersystem ausgerüstet sind.

14. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Wärmerückführteil führenden Brüdendampfleitungen so miteinander verbunden sind, daß mit Hilfe von Regelventilen die dem Wärmetransformatorteil und dem Brüdenverdichterteil zugedachten Brüdenanteile beliebig abhängig und unabhängig voneinander eingestellt werden können.