DE3223739C2

DE3223739C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wässrigen Flüssigkeit

Info

Publication number: DE3223739C2
Application number: DE19823223739
Authority: DE
Inventors: Hans 2050 Hamburg Meyer; Gottfried 2056 Glinde Thieme
Original assignee: Stal Astra GmbH
Current assignee: ABB Stal Astra GmbH
Priority date: 1982-06-25
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1986-06-19
Also published as: DE3223739A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, wobei man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden Kältemittel weitgehend verflüssigt, der Kältemitteldampf durch Verdichten auf eine über der Eindampftemperatur liegende Temperatur erwärmt und dann durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Kältemittel entspannt und zum Wärme tausch mit den Brüden zurückführt.

Description

a) als Wänneübertragungsmedium ein bei Normaldruck unterhalb von 60⁰C siedendes Kältemittel verwendet,

b) das Eindampfen der Flüssigkeit bei einem im wesentlichen dem äußeren Luftdruck entsprechenden Druck durchführt,

c) das dampfförmige Kältemittel vor dem Verdichten durch Wärmetausch mit dem noch nicht entspannten flüssigen Kältemittel weiter erwärmt und

d) die Arbeitsdrücke des Kältemittels so einstellt, daß dessen Siedepunkt beim Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit 5 bis 30% über deren Siedepunkt und beim Wärmetausch mit den Brüden 5 bis 20% unterhalb deren Kondensationspunkt liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kältemittel 1-Chlordifluor-2-dichlorf luorethan, 1 -Chlordif luor-2-chlordifluoretahn oder Fluortrichlormethan verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den verdichteten, heißen Kältemitteldampf durch Wärmetausch mit einem aus der einzudampfenden Flüssigkeit abgezweigten, nachfolgend in diese zurückgeführten Flüssigkeitsstrom kondensiert.

4. Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, mit einem diese aufnehmenden Ausdampfbehälter (2), mindestens einem im Betriebszustand von einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium beaufschlagten Brüdenkondensator (3), einer mit diesem verbundenen Kompressorvorrichtung (8) zum Verdichten des aus dem Brüdenkondensator (3) abströmenden verdampften Wärmeübertragungsmediums, einer mit der Druckseite der Kompressorvorrichtung (8) verbundenen, im Betrieb von verdichtetem dampfförmigen Wärmeübertragungsmedium durchströmten Heizvorrichtung (1) zum Erwärmen der einzudampfenden Flüssigkeit und einer von der Heizvorrichtung (1) zum Brüdenkondensator (3) führerden, mit einem Entspannungsventil versehenen Rückleitung (15) für das kondensierte Wärmeübertragungsmedium d a durch gekennzeichnet, daß

zwischen dem verdampften, unverdichteten Kältemittel und dem kondensierten, verdichteten Kältemittel angeordnet ist und
b) die Kompressorvorrichtung (8) und das Entspannungsventil (9) so ausgelegt sind, daß im Betrieb die Siedepunkte des Kältemittels unter dem Arbeitsdruck in der Heizvorrichtung (1) bzw. im Brüdenkondensator (3) 5 bis 20% über bzw. unter der Siedetemperatur der einzudampfenden Flüssigkeit liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressorvorrichtung (8) als Turbokompressor ausgebildet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher der Ausdampfbehälter über eine Kreislaufleitung mit einer durch ein Heizmedium beaufschlagten Heizvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Ausdampfbehälter (2) zur Heizvorrichtung (1) führenden Zuleitung (12) eine Förderpumpe (J) und in der von der Heizvorrichtung zurück zum Ausdampfbehälter (2) verlaufenden Rückleitung (13) ein untspannungsventil (10) angeordnet ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brüdenkondensator (3) ein Abscheider (3a) für den Kältereitteldampf nachgeschaltet ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als Wärmetauscher ausgebildeten Heizvorrichtung (1) ein Kältemittel-Sammler (5) nachgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Kältemittel beaufschlagten Brüdenkondensator (3) ein weiterer Brüdenkondensator (4) nachgeschaltet ist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese zur Durchführung des Ausdampfens bei einem im wesentlichen dem äußeren Luftdruck entsprechenden Druck ausgelegt ist

a) in der vom Brüdenkondensator (3) zur Kompressorvorrichtung (8) führenden Dampfleitung

(14) und der von der Heizvorrichtung (1) zum Entspannungsventil (9) führenden Rückleitung

(15) ein Wärmetauscher (6) zum Wärmetausch

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, bei welchem man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden flüssigen Wärmeübertragungsmedium weitgehend verflüssigt, das verdampfte Wärmeübertragungsmedium durch Verdichten über die Eindampftemperatur erwärmt, das verdichtete, dampfförmige Wärmeübertragungsmedium durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Wärmeübertragungsmedium entspannt und zum Wärmetausch mit den Brüden zurückführt sowie eine Vorrichtung zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, mit einem diese aufnehmenden Ausdampfbehälter, mindestens einem im Betriebszustand von einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium beaufschlagten Brüdenkondensator, einer mit diesem verbundenen Kompressorvorrichtung zum Verdichten des aus dem Brückenkondensator abströmenden verdampften Wärmeübertragungsmediums, einer mit der Druckseite der Kompressorvorrichtung verbundenen, im Betrieb von verdichtetem dampfförmigen Wärmeübertragungsmedium durchströmten Heizvorrichtung zum Erwärmen der einzudampfenden Flüssigkeit und einer von der Heizvorrichtung zum Brüden-

kondensator führenden, mit einem Entspannungsventi! versehenen Rückleitung für das kondensierte Wänneüb ertragungsmedium.

Aus der DE-PS 4 59 470 sowie den britischen Patentschriften GB-PS 15 16 683 und GB-PS 20 55 813 ist bereits ein Verfahren zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit bekannt, bei welchem man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden flüssigen Wärmeübertragungsmedium weitgehend verflüssigt, das verdampfte Wärmeübertragungsmedium durch Verdichten hinreichend über die Eindampftemperatur erwärmt, das verdichtete, dampfförmige Wärmeübertragungsmedium durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Wärmeübertragungsmedium entspannt und zum Wärmetausch mit den Brüden zurückführt

Dabei wird das Eindampfen jedoch unter Vakuum vo. genommen. Der mechanische Wärmeaufwand ist dabei weit höher als die Verdampfungswärn.e, weil viel zusätzliche, eigentlich überflüssige Volumenarbeit aufgewandt werden muß, die bei dem geringen Wirkungsgrad nicht mehr vollständig auf die zu verdampfende Flüssigkeit übertragen werden kann. Die Verdampfungswärme geht dabei also zu erheblichen Teiien verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 4 definierten Art zu schaffen, die mit möglichst geringem mechanischem Arbeitsaufwand eine mögliehst vollständige Rückführung der Verdampfungswi«·- me ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Art erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben. Die Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches4 genannten Merkmalen versehen und vorzugsweise gemäß den Unteransprüchen 5—10 weitergebildet.

Im folgenden wird ein bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Eindampfen von Brau würze anhand der Zeichnung erläutert.

Die dargestellte Vorrichtung besitzt einen Ausdampfbehälter 2, der über eine Brüdenleitung 11 mit einem Brüdenkondensator 3 verbunden ist. Im Betrieb wird die Würze vom Ausdampfbehälter 2 durch eine mit einer Förderpumpe 7 versehene Zuleitung 12 über eine Heizvorrichtung 1 und eine mit einem Entspannungsventil 10 versehene Rückleitung 13 im Kreislauf geführt und dabei im Bereich der Heizvorrichtung 1 auf einen der gewünschten Überhitzungstemperatur entsprechenden Druck gehalten. Die von etwa 100⁰C durch den Wärmetausch auf etwa 108° C überhitzte Würze gelangt über die Rückleitung 13 und das Entspannungsventil 10 zurück zum Ausdampfbehälter 2, wo sie unter Entspannung ausdampft. Die durch den Druckunterschied und das thermische Gefälle vom Ausdampfbehälter 2 über die Brüdenleitung 11 zum Brüdenkondensator 3 strömenden Brüden werden darin durch Wärmetausch mit einem flüssigen Kältemittel kondensiert. Die freiwerdende Kondensationswärme wird von dem den Brüdenkondensator 3 mit einer Temperatur von etwa 90⁰C durchströmenden und dabei verdampfenden Kältemittel aufgenommen. Als Kältemittel wird in diesem Fall l-Chlordifluor^-chlordifluorethan mit einem Siedepunkt bei 3,45 bar von 90⁰C und einem Siedepunkt bei 6,15 bar von 115°C verwendet Die verbleibenden dampfförmigen Brüden und das Kondensat gelangen über eine Brüdenleitung 11a zu einem weiteren Brüdenkondensator 4, wo die Restbrüden kondensieren. Das Kondensat verläßt den Brüdenkondensator 4 mit 95° C bis 98° C und wird bevorzugt zum Vorwärmen von Würze verwendet

Das im Brüdenkondensator 3 verdampfte Kältemittel gelangt über einen Abscheider 3a und eine Kältemitteldampfleitung 14 zu einem Kältemittel-Wärmetauscher 6, in dem es durch Wärmetausch mit von der Heizvorrichtung 1 kommendem flüssigem Kältemittel auf etwa 95°C erwärmt wird. Der derart vorgewärmte Kältemitteldampf wird durch eine von einem Motor M angetriebene Kompressorvorrichtung 8 auf etwa 6 bar verdichtet und mit der dabei angestiegenen Temperatur von etwa 119°C über eine Kältemitteldampfleitung 14a zur Heizvorrichtung 1 gefördert Die Kompressorleistung an der Welle beträgt etwa 200 kW.

In der Heizvorrichtung 1 wird der auf etwa 6 bar verdichtete, ungefähr 119° C heiße Kältemitteldampf durch Wärmetausch mit der im Kreislauf geführten Würze auf 115⁰C gekühlt und verflüssigt Das in der Heizvorrichtung 1 kondensierte Kältemittel wird mit einer Temperatur von etwa 115° C und einem Druck von etwa 6 bar über eine Kältemittelrückleitung 15 dem Kältemittel-Wärmetauscher 6 zugeführt, dort auf etwa 111°C abgekühlt, dann über ein Entspannungsventil 9 auf etwa 3,5 bar entspannt und mit einer Temperatur von etwa 9O⁰C wieder in den Brückenkondensator 3 eingeführt

Das Entspannungsventil 9 kann zweckmäßig so ausgelegt sein, daß es den Zutritt von entspanntem Kältemittel in den Brüdenkondensator 3 nach Maßgabe der Menge des dort vorhandenen flüssigen Kältemittels regelt

Bei der dargestellten, mit etwa 3200 kg Kältemittel beschickten Vorrichtung werden für eine Ausdampfmenge von etwa 3100 kg/h Brüden pro Stunde etwa 57 000 kg Kältemittel kondensiert. Die zum Verdampfen der genannten Menge Wasser benötigte Energie von etwa 1950 kW/h wird - bis auf die 200 kW an der Verdichterwelle — aus zurückgewonnener Brüdenkondensationswärme aufgebracht.

Je nach Art der einzudampfenden Flüssigkeit und den Eindampfbedingungen können auch andere Kältemittel verwendet werden, die geeignete Siedepunkte bei entsprechenden Drucken aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche-

1. Verfahren zum Eindampfen einer im wesentlichen wäßrigen Flüssigkeit, bei welchem man die Brüden durch Wärmetausch mit einem dabei verdampfenden flüssigen Wärmeübertragungsmedium weitgehend verflüssigt, das verdampfte Wärmeübertragungsmedium durch Verdichten über die Eindampftemperatur erwärmt, das verdichtete, dampfförmige Wärmeübertragungsmedium durch Wärmetausch mit der einzudampfenden Flüssigkeit kondensiert und das verflüssigte Wärmeübertragungsmedium entspannt und zum Wärmetausch mit den Brüden zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß man