-
Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten
Oftmals,
so beispielsweise in der Kali- oder Spinnfaserindustrie, ist es erwünscht, das Eindampfeii
von salzhaltigen. sauren oder alkalischen Lösungen bei tieferen Temperaturen durchzuführen,
da bei diesen das Konstruktionsmaterial eine erheblich bessere Haltbarkeit besitzt
als bei höheren Temperaturen. Insbesondere bei der Anwesenheit von Säuren, beispielsweise
der Schwefelsäure, kann bei tieferen Temperaturen, von etwa 400 C oder weniger,
Chromstahl verwendet werden, der bei höheren Temperaturen in kurzer Zeit zerstört
werden würde, was zu hohen laufenden Betriebskosten fiihrt. Auch andere Stoffe,
insbesondere Kupferlegierungen, wie Aluminiumbronze, sind bei genügend niedrigen
Temperaturen als Baustoff für diese Zwecke geeignet und erweisen sich als ausreichend
korrosionsheständig. Wird für das Eindampfen ein Verdampfer benutzt, in dem die
einzudampfende Flüssigkeit im Kreislauf durch einen Verdampferraum und ein außerhalb
des Verdampferranmes liegendes Heizsystem geführt wird, so steht beim Arbeiten mit
niedrigen Eindampftemperaturen in der Regel nur ein geringes Temperaturgefälle zwischen
Heizsystem und Verdampferraum zur Verfügung. Die in das Heizsystem gelangende Flüssigkeit
kann nur um wenige Grade, beispielsweise 3 bis 40 C oder weniger, i.n dem Heizkörper
erwärmt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die im Verdampfer entstehenden
Brüden nach Kompression mittels
eines Dampfstrahlapparates als Heizmittel
im Heizkörper dienen. Bei niedrigen Temperaturen ist der Betrieb eines Dampfstrahlapparates
wirtschaftlicher als bei höheren Temperaturen, weil im ersten Falle bei der Expansion
des Treibdampfes im Strahlapparat eine größere Energiemenge nutzbar gemacht werden
kann. Ferner arbeitet der Strahlapparat um so wirtschaftlicher, je kleiner das Temperaturgefälle
ist, das durch die Kompression im Strahlapparat überwunden wird. Dies führt ebenfalls
dazu, daß die kreisende hinzu dampfende Flüssigkeit möglichst nur um wenige Grade
im Heizkörper erwärmt werden soll. Um unter diesen Bedingungen trotzdem eine gute
Wärmeübertragung und Eindampfleistung zu erzielen, ist es notwendig, große Flüssigkeitsmengen
im Kreislauf zu halten. Für diesen Zweck sind Umwälzpumpen verwendet worden, die
aber unter Vakuum ein verhiiltmsmäßig teures und im Betrieb störendes Element darstellen.
-
Nun ist es aber auch bekannt, Flüssigkeiten in einem mit einem innenliegenden
Heizsystem ausgestafteten Vakuumverdampfer mit Luft umzuwälzen. Einerseits schafft
zwar dieses innenliegende Heizsystem bei großer Förderhöhe - worunter die Differenz
zwischen Flüssigkeitsspiegel und Steigrohraustritt zu verstehen ist - die Möglichkeit
der restlosen Entfernung der Luft aus der geförderten Flüssigkeit bei ihrer Verdampfung.
-
Weil dadurch nur eine geringe Strömungsgeschwindigkeit beim Durchgang
durch das Heizsystem bzw. eine geringe Fördermenge erzielt werden kann, hat dies
nur einen geringen Wärmeübergang im Heizsystem zur Folge. Andererseits besteht bei
geringer Förderhöhe die Gefahr, daß von der für die Umwälzung erforderlichen Luft
ein Teil von der Flüssigkeit, und zwar insbesondere auch dann mitgerissen wird,
wenn das im Innern der Flüssigkeit angeordnete Steigrohr durchbrochen ist, wie dies
bei den bekannten Verdampfern der Fall ist. Diese Luft gelangt dann im Gemisch mit
der Flüssigkeit an die Heizflächen und kann beim Eindampfen von z. B. schwach sauren
Lösungen Zerstörungen an dem Rohrmaterial verursachen. Dadurch, daß in dem bekannten
Verdampfer die Flüssigkeit um das Heizsystem kreist, entstehen auch Korrosion verursachende
Salzansätze auf den Heizrohren.
-
Die Erfindung hat zum Ziele, bei dem Eindampfen von insbesondere
sauren, salzhaltigen oder alkalischen Flüssigkeiten das Umwälzen der Flüssigkeit
durch einen Verdampfer und einen vom Verdampfer getrennten Heizkörper so zu gestalten,
daß große Flüssigkeitsmengen umgewälzt werden und dabei doch die angewendeten Luftmengen
so klein bleiben, daß die Verwertung der Brüden für Heizzwecke, insbesondere nach
Brüdenkompression im Verdampfer selbst, möglich ist.
-
Erfindungsgemäß werden für das Eindampfen, wie an sich bekannt, Verdampfer
mit außenliegendem Heizsystem verwendet, das unterhalb des Verdampfers liegt. In
der Leitung vom Heizsystem zum Verdampfer ist zweckmäßig an der - tiefsten Stelle
der Leitung die Lufteinführung vorgesehen, die die Flüssigkeit durch den Verdampfer
und das Heizsystem derart im Kreislauf bewegt, daß sie im Heizkörper abwärts strömt,
und es wird ein Teil der Brüden nach zweckmäßig mittels Dampfstrahlapparat ausgeführter
Kompression zur Beheizung des Heizkörpers verwendet. Die Entlüftung des Heizkörpers,
die an der tiefsten Stelle des Heizkörpers erfolgt, an der das Kondensat abläuft,
und die zugleich auch die kälteste Stelle des Heizkörpers ist, läßt sich dann so
weit führen, daß an dieser Stelle ein Luftteildruck entsteht, der eine Verminderung
des Sattdampfdtruckes der komprimierten Brüden bedingt, die einer Kondensationstemperaturerniedrigung
von nur etwa 10 C entspricht.
-
Die Verwendung eines außenhegenden Heizsystems hat den Vorteil, daß
der Querschnitt des Heizkörpers nicht mehr dem Querschnitt des Verdampfers angepaßt
werden muß. Man kann also den Querschnitt des Heizkörpers klein wählen und lange
Heizrohre verwenden. Das ergibt einen großen Abstand des Flüssigkeitsspiegels im
Verdampfer von dem tiefsten Punkt des Heizkörpers bzw. der Steigleitung vom Heizsystem
zum Verdampfer.
-
Des weiteren ist die von der gleichen Luftmenge geförderte Flüssigkeitsmenge
abhängig einerseits von der Steighöhe, d. h. von der senkrechten Entfernung des
Punktes, an dem die Luft in die Steigleitung eintritt, bis zum Flüssigkeitsspiegel
im Verdampfer, andererseits von der Förderhöhe im Verdampfer, d. h. von dem Abstand
zwischen dem Ausfluß aus dem Steigrohr und dem darunterliegenden Flüssigkeitsspiegel.
Außer der großen Steighöhe bietet nun die Erfindung die Möglichkeit, den Verdampferdurchmesser,
der unabhängig von dem Durchmesser des Heizkörpers ist, groß zu wählen, so daß bei
geringer Förderhöhe eine gute Verdampfung der Flüssigkeit stattfindet und Brüden
mit einem sehr geringen Gehalt an Flüssigkeitsuebeln entstehen. Man kann daher sehr
große Flüssigkeitsmengen umwälzen mit Förderluftmengen, die sehr klein bleiben,
so daß die Brüden nicht mehr als etwa I Gewichtsprozent Luft enthalten.
-
Diese geringen Luftmengen stören weder bei der Kompression der Brüden
und der Verwendung der komprimierten Brüden als Heizmittel noch bei der Kondensation
der Brüdendämpfe. Auch erhöhen sie nicht die korrodierende Wirkung der Brüden.
-
Derartige Störungen treten, wie gefunden wurde, erst auf, wenn der
Luftgehalt der Brüden über etwa 1i12 bis 2°/o ansteigt. Die großen Flüssigkeitsmengen,
die im Verfahren gemäß der Erfindung umgewälzt werden können, haben ferner den Vorteil,
daß man infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Wärmeaustauschern eine
gute Wärmeübertragung hat und mit niedrigen Temperaturen, z. B. von unter 400 C,
arbeiten kann. Durch das Arbeiten mit derart niedrigen Temperaturen wird die Korrosionsgefahr
noch wei-
ter unterdrückt, und man kann Baustoffe für die Apparatur
verwenden, die man bisher beirn Eindampfen saurer oder salzhaltiger bzw. alkalischer
Flüssigkeiten nicht benutzen konnte.
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung, in der
eine Vorrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens beispielsweise und schematisch
in senkrechtem Schnitt dargestellt ist.
-
I ist der Verdampferraum, 2 der Heizkörper, der mit dem ersten durch
die Leitungen 5 und 6 verbunden ist. 3 ist ein die Umwälzung bewirkendes Steigrohr,
dem die Förderluft unten durch die Leitung 4 zugeführt wird. Die Luft hebt die durch
die Rohrleitung 5 und 6 und den Heizkörper 2 kreisende Flüssigkeit durch das weit
unten in die Rohrleitung 5 - ragende Steigrohr 3 nach dem Förderprinzip der Mammutpumpe
über den Flüssigkeitsspiegel des Eindampfapparates.
-
Durch die Rohrleitung 7 wird derjenige Teil des Dampfes in den Kondensator
8 abgezweigt, den der Dampfstrahlapparat 9, der die Brüdenkompression bewirkt, nicht
über die Rohrleitung 10 ansaugt.
-
Die Rohrleitung 10 mündet unmittelbar über dem Flüssigkeitsspiegel
(oder in seiner Nähe) in den Verdampferraum. Dadurch wird vom Strahlapparatg nahezu
luftfreier Dampf abgesaugt, der durch die Nachverdampfung der nlederfallenden, durch
das Steigrohr hochgeförderten Flüssigkeit entsteht. über dem Auswurfende des Steigrohres
3 befindet sich vorteilhaft eine gelochte Schirmkappe I I, die zur Umlenkung der
hochgeworfenen Flüssigkeit dient, andererseits aber auch der Luft und einem Teil
des entstehenden Dampfes gestattet, in den Brüdenraum des Verdampfers I zu entweichen.
Zur Abscheidung mitgerissener Flüssigkeitsteilchen kann in der Leitung 10 ein Abscheider
12 eingeschaltet sein. Eine ähnliche Abscheidevorrichtung kann aber auch im Verdampfkörper
I, und zwar im Brüdenraum desselben, vorgesehen serin.
-
Der von dem Strahlapparat g angesaugte Brüden kann noch etwas Luft
enthalten. Damit diese den Wärmeübergang nicht beeinträchtigt, wird der Heizkörper,
z. B. durch einen Strahlapparat I3, entlüftet. Die Entlüftung erfolgt mit der Maßgabe,
daß ein Luftteildruck an der kältesten Stelle des ablaufenden Kondensates entsteht,
der eine Verminderung des Sattdampfdruckes der komprimierten Brüden bedingt, die
einer Erniedrigung ihrer Kondensationstemperatur von nur etwa 10 C entspricht.
-
Zur Entlüftung des Kondensators 8 wird vorteilhaft ebenfalls ein
Strahl apparat 14 verwendet, der das aus dem Kondensator abgesogene Dampfluftgemisch
komprimiert und ebenso wie der Strahlapparat I3 in eine bekannte Entlüftungsanlage
weiterbefördert, die z. B. aus einem Kondensator und einer diesem nachgeschalteten
Luftpumpe od. dgl. bestehen kann. Die einzudampfende Flüssigkeit wird bei I7 in
den Verdampfer eingeführt. Das Konzentrat kann bei IS abgeleitet werden.
-
Insbesondere wenn z. B. im Sommer nicht genügend kaltes Kühlwasser
zur Verfügung steht, kann noch ein Strahlapparat I6 in die Brüden leitung 7 geschaltet
werden, damit der in den Kondensator 8 strömende Dampf eine geringe Druckerhöhung
erfährt, so daß er auch durch wärmeres Kühlwasser kondensiert werden kann.
-
Beispiel Für dieEindampfung von beispielsweise schwefelsäurehaltigem
Spinnbad werden bei einer Eindampftemperatur von 250 C und einer Eindampfleistung
von 2500 kg/h etwa 10 bis 15 kg/h Luft für das Umwälzen benötigt. Die von dem Strahlapparat
9 abgesaugte und zwecks WiedZerverwendung komprimierte Dampfmenge ist hierbei so
groß, daß man für die Beheizung des Heizkörpers 2 mit etwa der Hälfte der Frischdampfmenge
auskommt, die ohne Brüdenverdichtung notwendig gewesen wäre. Der nach der Mischung
des Brüdens mit dem Frischdampf, der dem Strahlapparat 9 durch die Rohrleitung 15
zugeführt wird, entstehende Heizdampf, hätte, selbst wenn der abgesaugte Brüden
das volle Luftgewicht besäße, einen Luftteildruck von nur 0,20/0. Erfindungsgemäß
wird dieser Luftteildruck jedoch weitgehendst vermindert, da ja der aus dem Verdampferraum
I vom Strahlapparat g abgesaugte Brüden fast luftfrei ist.