DE1719455C3

DE1719455C3 - Method and device for evaporating a liquid by multiple flash evaporation

Info

Publication number: DE1719455C3
Application number: DE19641719455
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-04-12
Filing date: 1964-04-10
Publication date: 1977-02-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindampfen einer Flüssigkeit durch Mehrfach-Entspannungsverdampfung in einer Vielzahl vertikal übereinander angeordneter Stufen, in deren unterster der höchste Druck und in deren oberster der niedrigste Druck herrscht, wobei die einzudampfende Flüssigkeit die Stufen über dazwischen angeordnete Verbindungsleitungen schrittweise aufwärts durchströmt, sowie eineThe invention relates to a method for evaporating a liquid by multiple flash evaporation in a multitude of vertically stacked steps, the lowest of which is the highest Pressure and in the uppermost of which there is the lowest pressure, the liquid to be evaporated being the Stages flowed through gradually upwards via connecting lines arranged in between, as well as one

hierfür geeignete Vorrichtung.suitable device for this.

Bei den meisten bisher vorgeschlagenen Mehrfach-Entspannungsverdampfern wird der in jeder Stufe erzeugte Dampf zur Wärmung der eingespeisten Flüssigkeit mit Hilfe von indirekten Wärmetauschern ausgenutzt In der letzten Wirkungsstufe wird der Dampf in einem indirekten Wärmetauscher kondensiert, während die eingespeiste Flüssigkeit vorgewärmt wird. Der von der nachfolgenden zur letzten Wirkungsstufe gelangende Dampf erwärmt diese Flüssigkeit von Stute zu Stufe immer weiter. Die Flüssigkeitstemperatur wird folglich von Stufe zu Stufe immer weiter durch die Kondensation des Dampfes erhöht, die bei dessen Entspannung auf dem Wege von der letzten zur ersten Stufe im Verdampfer auftritt. Zum Schluß wird zusätzlicher Dampf zugeführt, um die Flüssigkeit weiter bis zu einer Temperatur zu erwärmen, die eine Entspannung in der ersten Stufe bewirkt.Most of the multiple flash evaporators proposed to date the steam generated in each stage is used to heat the fed-in Liquid used with the help of indirect heat exchangers. In the last stage of action, the Steam condenses in an indirect heat exchanger while the injected liquid is preheated will. The steam coming from the next to the last stage of action heats this liquid from Mare to step on and on. The liquid temperature is consequently increased from stage to stage by the Condensation of the vapor increases when it is relaxed on the way from the last to the first Stage occurs in the evaporator. Finally, additional steam is added to further the liquid to be heated up to a temperature that causes relaxation in the first stage.

Das bei den vorerwähnten Mehrfach-Entspannungs- Verdampfern angewandte Verfahren besteht also darin, die Wärme, die von dem sich von Stufe zu Stufe entspannenden Dampf abgegeben wird, zur Vorwärmung der Flüssigkeit heranzuziehen, die am Ende umgelenkt und dem System zur Entspannung wieder zugeführt wird. Dabei erfolgt die Vorwärmung durch Anwendung einer oft großen Anzahl von indirekten Wärmetauschern.The method used in the aforementioned multiple expansion evaporators consists in using the heat given off by the steam expanding from stage to stage to preheat the liquid, which is deflected at the end and fed back into the system for expansion. The preheating takes place by using an often large number of indirect heat exchangers.

Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt, das mit einer Kondensation der Flüssigkeitsdämpfe durch direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel arbeitet Hierbei wird an Stelle der Temperatur der Flüssigkeit die Temperatur des Kondensats durch Entspannung heraufgesetzt. Durch die Anwendung eines direkten Wärmeaustausch« werden indirekte Wärmetauscher weitgehend vermieden. Das endgültige heiße Kondensat wird dabei zur Vorwärmung der eingespeisten Flüssigkeit in einem einzigen indirekten Wärmetauscher benutztThere is also already a method known that with a condensation of the liquid vapors by direct heat exchange with a coolant works. Instead of the temperature, the Liquid raised the temperature of the condensate through relaxation. Through the application direct heat exchange «, indirect heat exchangers are largely avoided. The final one hot condensate is used to preheat the fed liquid in a single indirect Used heat exchanger

Bei der Verwirklichung des letztgenannten Verfahrens mußten bisher zum Transport der Flüssigkeit von jeder Stufe zur nächst höheren Stufe mechanisch angetriebene Pumpen verwendet werden, wodurch sich immer noch ein verhältnismäßig großer Investitionsaufwand für den Mehrfach-Entspannungsverdampfer ergab. In the implementation of the last-mentioned method had previously to transport the liquid from mechanically driven pumps are used for each stage to the next higher stage, which means that still resulted in a relatively large investment for the multiple flash evaporator.

Aufgabe der Erfindung ist es, derartige mechanisch angetriebene Pumpen zu vermeiden und damit den Investitionsaufwand zur Durchführung des letzteren Verfahrens zu verringern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufwärtsströmung der zu behandelnden Flüssigkeit dadurch erfolgt, daß die Flüssigkeit in den Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Stufen entspannt wird. Zweckmäßig wird dabei als Kühlmittel das Kondensat der nächst höheren Stufe verwendetThe object of the invention is to avoid such mechanically driven pumps and thus the To reduce capital expenditure for carrying out the latter method. According to the invention this The object is achieved in that the upward flow of the liquid to be treated takes place in that the Fluid in the connecting lines between the individual stages is relaxed. Will be expedient the condensate from the next higher level is used as the coolant

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit vertikal übereinander angeordneten Entspannungskammern, die sich aufteilen in je eine Durchströmkammer für Kondensat, die mit den Durchströmkammern der angrenzenden Stufen verbunden ist, und in je eine Durchströmkammer tür die zu behandelnde Flüssigkeit, von der Dampf in direktem Kontakt mit von der darübergelegenen Stufe abwärtsströmenden Kondensat treten kann, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Entspannungskammern durch Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, in denen je eine Drosseleinrichtung angeordnet ist.A device for carrying out the method according to the invention with vertically arranged one above the other Expansion chambers, which are divided into a flow-through chamber for condensate, which is connected to the Through-flow chambers of the adjoining stages is connected, and in each case a through-flow chamber that closes treating liquid, from which steam is in direct contact with flowing down from the step above Condensate can occur is, in an advantageous embodiment of the invention, preferably thereby characterized in that two expansion chambers are connected to one another by connecting lines are, in each of which a throttle device is arranged.

Dabei schließt die Verbindungsleitung zweckmäßig in Form eines abwärtsgeschwungenen Rohres an das untere Ende der Entspannungskammer an und bildet in seinem unteren Teil einen Raum, der mit der oberhalb gelegenen Entspannungskammer aber ein engeres Rohr verbunden istIn this case, the connecting line expediently connects to the in the form of a downward curved pipe lower end of the expansion chamber and forms in its lower part a space that with the above located expansion chamber but a narrower pipe is connected

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 den Aufriß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdampfers in schemati- schs-r Darstellung,Fig. 1 is an elevation of a preferred embodiment of the evaporator according to the invention in schematic schs-r representation,

Fig.2 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch einen Teil des Verdampfers nach F i g. 1 in detaillierter Darstellung,2 shows an enlarged vertical section through part of the evaporator according to FIG. 1 in a detailed representation,

Fig.3 sinen Horizontalschnitt nach Linie 4-4 in Fig. 2.Fig. 3 is a horizontal section along line 4-4 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist der Grundgedanke der Erfindung auf einen Vielstufenverdampfer angewandt, der als vertikale Säule mit zwölf Stufen A-F >md H-M in seinem Inneren ausgebildet ist. Weitere möglicherweise vorhandene Stufen sind weggebrochen. Die Flüssigkeit wird bei höchstem Druck und höchster Temperatur in den Bodenteil der Säule eingeleitet und fließt nach aufwärts, wo sie sich schrittweise entspannt. Das Kondensat hingegen und die sich mit diesem vermisehenden Dämpfe fließen nach abwärts durch die Säule, die sich wie ersichtlich nach oben zu erweitert.In Fig. 1, the basic idea of the invention is applied to a multi-stage evaporator which is designed as a vertical column with twelve stages AF > md HM in its interior. More may be facing handene stages are broken away. The liquid is introduced into the bottom part of the column at the highest pressure and temperature and flows upwards, where it gradually relaxes. The condensate, on the other hand, and the vapors missing with it, flow downwards through the column, which, as can be seen, expands upwards.

Im einzelnen erfolgt die Einleitung der einzudampfenden Flüssigkeit in die Vorrichtung durch eine Rohrleitung 45. wo sie sich mit bereits eingedampfter Flüssigkeit, die nach Entspannung in der letzten Stufe durch eine Rohrleitung 46 zurückgeleitet wird, vereinigt. Die vermischte Flüssigkeit wird von einer Pumpe 47 durch einen indirekten Wärmetauscher 48 gepumpt, wo sie von heißem Kondensat erwärmt wird, das von der letzten Stufe der Säule durch eine Lei'ung 49 zufließt. Die erwärmte Flüssigkeit strömt von dem Wärmetauscher 48 nach aufwärts über eine Leitung 50 zu einem indirekten Wärmetauscher 51. in welchem sie von bei 52 eingeleitetem Rohdampf weiter erhitzt wird. Das aus dem Rohdampf anfallende Kondensat fließt über ein Wasserschloß 54 und eine Leitung 53 ab. Die nunmehr entspannungsbereit erwärmte Flüssigkeit wird durch die Seitenwandung des untersten Dampfgefäße«: der Verdampfersäule in die erste Wirkungsstufe A eingeleitet. In detail, the liquid to be evaporated is introduced into the device through a pipe 45, where it joins with the already evaporated liquid, which is returned through a pipe 46 after expansion in the last stage. The mixed liquid is pumped by a pump 47 through an indirect heat exchanger 48, where it is heated by hot condensate which flows in from the last stage of the column through a line 49. The heated liquid flows upwards from the heat exchanger 48 via a line 50 to an indirect heat exchanger 51, in which it is further heated by the raw steam introduced at 52. The condensate resulting from the raw steam flows off via a water lock 54 and a line 53. The liquid, which is now ready for relaxation, is passed through the side wall of the lowermost vapor vessel ": of the evaporator column into the first stage of action A."

In den vergrößerten Darstellungen der Fig.2 und 3 sind die Seitenwandungen 55 der Dampfgefäße nach Fig. 1 von einem einzigen durchgehenden Zylinder gebildet, der sich bei 56 und 57 nach außen erweitert. Da im übrigen die Ausbildung aller Wirkungstufen dieselbe ist, genügt es, die unterste Wirkungsstufe in F i g. 2, die der Wirkungsstufe Cin Fig. 1 entspricht, im einzelnen zu beschreiben.In the enlarged representations of FIGS. 2 and 3 are the side walls 55 of the steam vessels of Fig. 1 of a single continuous cylinder formed, which widens outwards at 56 and 57. Since, for the rest, the development of all stages of action is the same is, it is sufficient to have the lowest level of effectiveness in FIG. 2, which corresponds to the efficiency stage Cin Fig. 1, in detail to describe.

Die Innenwandung dieser Wirkungsstufe besteht aus einem sich nach unten konisch erweiternden Bodenring 58, der mit der Wandung 55 bei 59 dichtend verbunden ist und an seinem verjüngten Ende in einen nach aufwärts gerichteten zylindrischen Teil 60 übergeht. Am oberen Ende des zylindrischen Teils 60 schließt ein sich nach oben konisch erweiternder Ringteil 61 an, der in einem aufwärts gerichteten zylindrischen Kragen 62 in radialem Abstand von der Seitenwandung 55 endet und dadurch einen Ringspalt 63 für den Durchtritt des entspannten Dampfes frei läßt.The inner wall of this level of effectiveness consists of a bottom ring that widens conically downwards 58, which is sealingly connected to the wall 55 at 59 and at its tapered end in a after upwardly directed cylindrical part 60 passes. At the upper end of the cylindrical part 60 is closed upwardly conically widening ring part 61, which in an upwardly directed cylindrical collar 62 in radial distance from the side wall 55 ends and thereby an annular gap 63 for the passage of the releases relaxed steam.

Eine kreisförmige Platte 64 ist bei 65 flüssigkeitsdicht mit der Seitenwandung 55 dort verbunden, wo der geneigte Bodenring 58 der nächsten Stufe die Seitenwandung 55 berührt, und enthält, wie aus F i g. 3 ersichtlich, von der äußeren Peripherie ausgehend eine Vielzahl in konzentrischen Ringen angeordneter Löcher 66, die das Hindurchtreten von Kondensat nach unten durch die Platte 64 ermöglichen. In die Löcher 66 sind nicht dargestellte Verteilerstifte mit Schäften von beträchtlich geringerem Durchmesser als die Löcher 66 und im Querschnitt kreuzförmigen konischen Köpfen eingesetzt, die mit dem unteren Konusende in die Löcher 66 eingreifen und auf Grund ihres kreuzförmigen Querschnittes Durchlässe von beträchtlichem Querschnitt zum Hindurchfließen des Kondensates durch die Löcher 66 nach unten entlang der Schäfte frei lassen. Aufgabe dieser Stifte ist es, die Kondensatströmung zu verlangsamen und das Kondensat ringsherum an den Schäften zu verteilen, um eine große Oberfläche an Kondensat in Berührung mit den entspannten Dämpfen zu bringen, die nach aufwärts durch den Ringspalt 63 strömen. Diese Dämpfe werden folglich kondensieren, sich mit dem Kondensat vermischen und den Wandungsteil 61 hinab in den zylindrischen Teil 60 fließen, von wo aus sich der Vorgang wiederholt, in dem das Kondensat durch die Löcher 66 in der darunter befindlichen Platte 64 längs der Schäfte der Verteilerstifte hinabfließt.A circular plate 64 is fluid-tightly connected at 65 to the side wall 55 where the inclined bottom ring 58 of the next stage touches the side wall 55, and contains, as shown in FIG. 3 can be seen, starting from the outer periphery, a plurality of holes arranged in concentric rings 66, which allow condensate to pass down through the plate 64. In the holes 66 are Distribution pins (not shown) with shafts of considerably smaller diameter than the holes 66 and used in cross-section cross-shaped conical heads, which with the lower end of the cone into the Intervene holes 66 and due to their cross-shaped cross-section passages of considerable Cross-section free for condensate to flow through holes 66 down along the shafts leave. The job of these pins is to slow down the flow of condensate and the condensate around it to distribute on the shafts to a large surface area of condensate in contact with the relaxed Bring vapors that flow upward through the annular gap 63. These vapors are consequently condense, mix with the condensate and down the wall part 61 into the cylindrical part 60 flow, from where the process repeats itself, in which the condensate through the holes 66 in the underneath located plate 64 flows down along the shafts of the distributor pins.

Die Löcher 66 sparen das Zentrum der Platte 64 aus. wo sich statt dessen eine einzige vergrößerte Durchbrechung 75 befindet, die das Ende eines Rohres 76 aufnimmt. Das obere Ende 77 dieses Rohres erstreckt sich nach aufwärts über den normalen Kondensatpegel innerhalb des zylindrischen Teils 60 hinaus und ist von einer Kappe 78 abgeschirmt, die das Eindringen von Flüssigkeit verhindert, jedoch das Heraustreten nichtkondensierbarer Dämpfe ermöglicht. Diese Dämpfe finden ihren Weg nach aufwärts durch die öffnung 75 in der nächsten Platte 64 und durch das nächste Rohr 76 usw., bis sie das System am oberen Ende verlassen.The holes 66 cut out the center of the plate 64. where instead there is a single enlarged opening 75 is located, which receives the end of a tube 76. The upper end 77 of this tube extends extends upward beyond the normal level of condensate within cylindrical portion 60 and is off shielded by a cap 78, which prevents the penetration of liquid, but the leakage of non-condensable Allows vapors. These vapors find their way up through opening 75 in the next plate 64 and through the next pipe 76 and so on until they exit the system at the top.

Obgleich sich die Flüssigkeit in der untersten Stufe A auf höchster Temperatur und höchstem Druck befindet und demzufolge das Bestreben hat, von Stufe zu Stufe nach aufwärts durch die Säule zu fließen, reichen Temperatur und Druck hierzu nicht ganz aus. Die Flüssigkeit wird deshalb auf jeder Stufe in ein großes Rohr 79, das an eine öffnung an der Seitenwandung 55 anschließt, geleitet. Das Rohr 79 ist nach unten abgebogen und am unteren Ende mit einem beckenförmigen Teil 80 abgeschlossen, der im Bedarfsfall durch Lösen einer Flanschverbindung 81 entfernt werden kann. Von dem nach unten abgewinkelten Teil 83 des Rohres 79 führt ein zentrisch darin angeordnetes kleineres Rohr 82 nach aufwärts und mündet mit seinem abgebogenen Ende in das Innere der nächsthöheren Stufe.Although the liquid in the lowest stage A is at the highest temperature and pressure and consequently tends to flow upward through the column from stage to stage, the temperature and pressure are not quite sufficient for this. The liquid is therefore passed into a large pipe 79, which connects to an opening in the side wall 55, at each stage. The tube 79 is bent downwards and terminated at the lower end with a basin-shaped part 80 which, if necessary, can be removed by loosening a flange connection 81. From the downwardly angled part 83 of the tube 79, a smaller tube 82 arranged centrally therein leads upwards and opens with its bent end into the interior of the next higher step.

Am unteren Ende ist das Rohr 82 bei 84 kegelstumpfförmig verjüngt und bildet den Sitz für ein konisches Schwimmerventil 85. Solange das Schwimmerventil 85 als Folge des Pegelstandes und des Drucks der Flüssigkeit L in der Wirkungsstufe C angehoben ist wie dies in F i g. 2 gestrichelt angedeutet ist, kann Flüssigkeit nach aufwärts in das Rohr 82 fließen. Da der Druck auf die Flüssigkeit dort wegen der Verbindung des Rohres 82 mit der Entspannungskammer der nächsten Stufe vermindert ist, wird eine Verwirbelung hervorgerufen und aus sich heraus Druck aufgebaut. Dies ergibt den notwendigen zusätzlichen Auftrieb für die weitere Aufwärtsströmung der Flüssigkeit durch den Rohrabschnitt 50 in die nächste Wirkungsstufe. Auf Grund der Entspannung besteht dieAt the lower end the tube 82 is tapered in the shape of a truncated cone at 84 and forms the seat for a conical float valve 85. As long as the float valve 85 is raised as a result of the level and the pressure of the liquid L in the efficiency level C , as shown in FIG. 2 is indicated by dashed lines, liquid can flow upward into the tube 82. Since the pressure on the liquid there is reduced because of the connection of the pipe 82 with the expansion chamber of the next stage, a turbulence is caused and pressure builds up on its own. This results in the necessary additional buoyancy for the further upward flow of the liquid through the pipe section 50 into the next stage of action. Because of the relaxation, the

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Flüssigkeit in diesen Strömungsabschnitt aus einem zweiphasigen Gemisch, dessen spezifisches Gewicht etwas vermindert ist.Liquid in this flow section from a two-phase mixture, its specific gravity is somewhat diminished.

Diese Anordnung und Wirkungsweise ist von Stufe zu Stufe über die gesamte Höhe der Säule die gleiche. Die durch das Rohr 50 in die letzte Stufe M eingeleitete Flüssigkeit entspannt sich dort weiter, und die verbleibende Flüssigkeit fließt durch die Leitung 46 nach unten. Wenn der Pegel der sich in der letzten Stufe sammelnden Flüssigkeit hoch genug ist, betätigt eine Pegelsteuerung 86 (Fig. 1) über eine Steuerleitung 87 ein Ventil 88, über das die Flüssigkeit als Endprodukt durch eine Rohrleitung 89 abgezogen wird. Die zurückbleibende Flüssigkeit kehrt, wie bereits erläutert, mit zusätzlichem Einspeisungsgut über die Pumpe 47 zum Wärmetauscher 48 zurück.This arrangement and mode of operation is the same from step to step over the entire height of the column. The liquid introduced through the pipe 50 into the last stage M relaxes there further, and the remaining liquid flows down through the line 46. When the level of the liquid collecting in the last stage is high enough, a level control 86 (FIG. 1) actuates a valve 88 via a control line 87, via which the liquid is drawn off through a pipeline 89 as the end product. As already explained, the remaining liquid returns to the heat exchanger 48 via the pump 47 with additional feed material.

Die nichtkondensierbaren Gase verlassen das System durch eine am oberen Ende der Säule angeordnete Leitung 90 und eine Vakuumpumpe 91.The non-condensable gases leave the system through one located at the top of the column Line 90 and a vacuum pump 91.

Das im heißesten Zustand durch die Leitung 49 nach unten gelangende Kondensat wird von einer Pumpe 93 durch den indirekten Wärmetauscher 48 gepumpt, wo es den Hauptteil seiner Wärme an die kalte Flüssigkeit abgibt. Nach dem Verlassen des Wärmetauschers 48 wird das Kondensat in einem weiteren indirekten Wärmetauscher 94 im Zuge einer Leitung 92 durch Kühlwasser weiterhin abgekühlt, das durch eine Leitung 95 ein- und durch eine Leitung % wieder herausfließt, und gelangt durch einen Leitungsteil 92a in das domförmige obere Ende der obersten Wirkungsstufe M. Hierauf beginnt das Kondensat seinen bereits beschriebenen Weg nach unten durch die Säule.The condensate, which comes down through the line 49 in the hottest state, is pumped by a pump 93 through the indirect heat exchanger 48, where it gives off most of its heat to the cold liquid. After leaving the heat exchanger 48, the condensate is further cooled in a further indirect heat exchanger 94 in the course of a line 92 by cooling water, which flows in through a line 95 and out again through a line%, and passes through a line part 92a into the dome-shaped upper part End of the uppermost level of action M. The condensate then begins its path down through the column, as described above.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

ι. Process for evaporating a liquid through multiple flash evaporation in a large number of stages arranged vertically one above the other, in the lowest of which the highest pressure and in the uppermost of which the lowest pressure prevails, with the Liquid to be evaporated the steps in between arranged connecting lines flowed through gradually upwards with condensation of the Liquid vapors through direct heat exchange with a coolant, characterized in that the upward flow of the liquid to be treated takes place in that the Fluid in the connecting lines between the individual stages is relaxed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the condensate as the coolant next higher level is used.

3. Device for performing the method according to claims 1 and 2 with vertical Relaxation chambers arranged one above the other, each of which is divided into a through »lröinkamnier for Condensate, which is connected to the flow-through chambers of the adjacent stages, and in each one Flow-through chamber for the liquid to be treated, from which the steam is in direct contact with from the overlying stage downward flowing condensate can occur, characterized in that each two expansion chambers are connected to one another by connecting lines (82, 83) in which a throttle device (84, 85) is arranged in each case.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the connecting line in the form of a downward curved pipe (83) connects to the lower end of the expansion chamber and in its lower part forms a pin space which, with the upper chamber, has a narrower tube (82) is connected.

5. Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that the throttle device (84, 85) is arranged in the "fiteren part of the narrower tube (82).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the one check valve for r! Ie Drosseleinrichu ig (84, 85) forming the flow of liquid from a valve seat (84) and one with this cooperating valve body (85) consists.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the valve seat (84) of a constriction is formed in the narrower tube (82).

8. Apparatus according to claim 3, characterized in that each expansion chamber downwards is limited by a perforated floor (64).