DE3123365C2

DE3123365C2 - Vorrichtung zum Konzentrieren von Alkalilauge

Info

Publication number: DE3123365C2
Application number: DE3123365A
Authority: DE
Inventors: Hans 4414 Füllinsdorf Kühnlein; Hans Rudolf 4402 Frenkendorf Küng; Georg 4414 Füllinsdorf Molnar
Original assignee: BERTRAMS AG 4051 BASEL CH
Current assignee: BERTRAMS AG 4051 BASEL CH
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPS6058166B2; GB2081114A; DE3123365A1; GB2081114B; FR2486515A1; IT1137259B; FR2486515B1; US4383887A; CH644568A5; IT8122553A0; JPS5761622A

Abstract

Das Hochkonzentrieren von Alkalilauge auf annähernd wasserfreie Schmelze erfolgt nach dem Fallfilmprinzip bei Atmosphärendruck in Verdampferrohren (1). Jedes Rohr (1) ist von einem Heizmantel (2) umgeben; die Heizmäntel (2) sind aus einer gemeinsamen Leitung (6) mit Wärmeträgerflüssigkeit gespeist. Dem unteren Ende jedes Verdampferrohres (1) ist eine ringförmige Auffangrinne (8) zugeordnet. Die vom Rohr (1) ablaufende Schmelze wird von der Rinne (8) getrennt von den Brüden aufgefangen. Alle Rinnen (8) sind an eine gemeinsame Schmelzenablaufleitung (9) angeschlossen. Die im Rohr (8) nach unten ziehenden Brüden dagegen gelangen durch die Ringöffnung (8a) der Auffangrinnen (8) hindurch in einen gemeinsamen Sammelkanal (10). Durch die Trennung von Schmelze und Brüden an den Rohrenden wird eine erneute Herabsetzung der Alkalikonzentration vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Alkalilauge, bestehend aus mindestens einem mit einem Heizmantel versehenem, als Fallfilmträger dienendem zylindrischem Verdainpferrohr mit Zu- und Ableitungen für das Heizmedium.

NaOH- und KOH-Laugen fallen z. B. bei der Chlorherstellung durch Kochsalzelektrolyse als 11 bis 50%ige Lösung an. Es ist bekannt, solche Lösungen in Fallfilmverdampfern zu praktisch wasserfreier Schmelze aufzukonzentrieren und die Schmelze anschließend in Fässer zu gießen oder zu Schuppen oder Prills weiter zu verarbeiten. Als besonders wirtschaftlich im Hinblick auf die Energiekosten hat sich das Arbeiten unter Atmosphärendruck erwiesen, da in diesem Falle die entstehenden Brüden ohne Verdichtung direkt zum Vorkonzentrieren der Lauge verwendet werden können, was eine beträchtliche Energieeinsparung bedeutet.

Es bestand aber bisher eine Schwierigkeit, solche Hochkonzentrierungen unter Atmosphärendruck zu betreiben, weil NaOH- und Kalilösungen sehr hohe Siedetemperaturen bei Atmosphärendruck aufweisen und gleichzeitig sehr korrosiv sind, so daß die verwendeten Konstruktionsmaterialien äußerst großen thermischen und korrosiven Belastungen ausgesetzt waren.

Aus diesen Zusammenhängen heraus war es bisher in der Praxis kaum möglich, Alkalischmelze-Hochkonzentriervorrichtungen zu betreiben. Denn entweder wurden sie unter Vakuum betrieben und es konnte keine Rückgewinnung der Brüdenwärme stattfinden, oder aber sie wurden unter Atmosphärendruck betrieben — bei gleichzeitiger Rückgewinnung der Brüdenwärme — mit dem Nachteil, daß die Betriebstemperaturen so . hoch lagen, daß die Dauerhaftigkeit der Konstruktionsmaterialien stark begrenzt war.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der unter weitestgehender Vermeidung der Nachteile vorbekannter Vorrichtungen sowohl eine Wärmeenergie sparende als auch diese Vorrichtung schonende Arbeitsweise möglich ist Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die

ι ο Erfindung eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gemäß dem Kennzeichnungsteil des ersten Anspruches vor.

Damit erreicht man ein getrenntes Auffangen und Wegführen von Schmelze und Brüden und verhindert daß sich die konzentrierte Schmelze und die Brüden nach dem Austritt aus den Verdampferrohren wieder vermischen.

Dies würde nämlich den Wassergehalt der konzentrierten Schmelze wieder beträchtlich erhöhen, da die Brüdendämpfe, wenn sie das Verdampferrohr verlassen, mit der Schmelze nicht im Siedegleichgewicht stehen, d.h. eine Temperatur aufweisen, welche unter der Siedetemperatur der Schmelze liegen. Dies rührt daher, daß im Oberteil des Verdampferrohres ausgedampfte Brüden auf dem Wege bis zur Rohrunterkante längst nicht auf Siedetemperatur der konzentrierten Schmelze aufgeheizt werden.

Die sofortige Trennung von Schmelze und Brüden an der Rohrunterkante ist nun insofern von wirtschaftlieher Bedeutung, als bereits bei, relativ gesehen, niedrigen Betriebstemperaturen die verlangten hohen Endkonzentrationen erreicht werden können, und zwar auch bei Betrieb unter Atmosphärendruck. Es können also zwei Ziele erreicht werden, nämlich die Wiederverwendung der Brüdenwärme als Folge des Betriebes bei Atmosphärendruck und gleichzeitig die, relativ gesehen, niedrige Betriebstemperatur und die damit zusammenhängende längere Lebensdauer der Konzentriervorrichtung.

Demgegenüber erfolgt bei üblichen Verdampfersystemen, velche nicht mit einer Auffangrinne für die konzentrierte Schmelze ausgerüstet sind, im Sammelkanal, d. h. im Brüdenabscheider, eine Durchmischung der konzentrierten Schmelze und der Brüden und somit eine beträchtliche Verdünnung der konzentrierten Schmelze, bis diese und die Brüden wieder im Temperaturgleichgewicht sind. Es wurde beobachtet, daß unter diesen Bedingungen die Konzentration der Schmelze wieder um nahezu ein halbes Prozent abnehmen kann. Dies führt zu einer ungenügenden Konzentration, wenn die Schmelze zu Schuppen oder Prills verarbeitet werden soll.

Abgesehen von den erwähnten Vorzügen bringt das von den Brüden getrennte Auffangen und Ableiten der konzentrierten Schmelze noch den Vorteil, daß die hochkorrosive Schmelze nicht mit dem ganzen Abscheidersystem für Schmelze und Brüden in Berührung kommt, sondern nur dessen Schmelze führenden Teilen, welche eine relativ geringe Menge an hochwertigem Konstruktionsmaterial erfordern und leicht ausgewechselt werden können, während der voluminöse Teil des Abscheidersystems, nämlich der Brüdenabzugkanal, aus sehr dünnem Material bestehen kann, da er nicht mehr in Kontakt mit der korrosiven Schmelze steht und damit keinen Korrosionsabtrag erleidet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch im Vertikalschnitt eine Konzen-

triervorrichtung nach der Erfindung mit mehreren Fallfilmverdampferrohren sowie

F i g. 2 in größerem Maßstab und im Axialschnitt die untere Partie eines Verdampferrohres mit Auffangrinne für die Schmelze.

In der Zeichnung sind mit 1 zylindrische Verdampferrohre bezeichnet, die je von einem relativ engen Heizmantel 2 umschlossen sind. Auf dem oberen Ende jedes Verdampferrohres 1 ist ein Verteilkopf 3 angeordnet; diese Verteilköpfe 3 sind an eine Lauge-i-Zuführleitung 4 angeschlossen. Der innerhalb des Verteilkopfes 3 liegende, obere Rand 5 des Rohres 1 ist als gezackter Überlaufrand ausgebildet Die Heizmäntel 2 sind unten an eine Zuführleitung 6 für eine Wärmeträgerflüssigkeit, z. B. eine anorganische Salzschmelze, und oben an eine Sammelleitung 7 zur Rückführung der Wärmeträgerflüssigkeit zu einer nicht gezeichneten Aufheizvorrichtung angeschlossen. Am unteren Ende jedes Verdampferrohres 1 ist je eine der Stirnradfläche 13 dieses Rohres zugeordnete ringförmige Auffangrinne 8 vorgesehen; alle Auffangrinnen 8 sind über Auslaßrohre Sb an eine gemeinsame Ablaufleitung 9 angeschlossen, die zu einem nicht gezeichneten Sammelbehälter führt. Durch die Ringöffnung 8a der Ablaufrinnen 8 hindurch steht der Innenraum jedes Verdampferrohres 1 mit einem Brüdensammelkanal 10 in Verbindung, dessen Auslaß mit einem Tropfenabscheider Il versehen ist

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der unteren Rohrpartie mit Auffangrinne ist in F i g. 2 dargestellt. Die Innenwand der mit hochgezogener und einwärts gebogener Außenwand am Verdampferrohr 1 anliegenden Auffangrinne 8 endet mit ihrer oberen Stirnrandfläche 12 in geringem Abstand unter der unteren Stirnrandfläche 13 des Verdampferrohres 1 und besitzt einen geringfügig größeren Innendurchmesser als das Rohr 1. Sowohl die Stirnrandfläche 13 des Rohres 1 als auch die Stirnrandfläche 12 der Innenwand der Auffangrinne 8 sind unter Bildung einer scharfen Außen- bzw. Innenkante spitzwinklig konisch nach außen abgeschrägt. Der Kantenwinke] kann zwischen 16° und 45° gewählt sein, wobei sich ein Winkel von etwa 27° als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Die Anordnung ist dabei zweckmäßig so getroffen, daß die scharfen Endkanten der beiden Stirnrandflächen 12, 13 etwa in der gleichen Ebene liegen.

Beispielsweise wird beim Betrieb der beschriebenen Konzentriervot richtung die Wärmeträgerflüssigkeit mit einer Temperatur von 450°C über die gemeinsame Zuführleitung 6 zu der Verdampfervorrichtung und von dort zu den einzelnen Wärmeträgermänteln 2 geleitet und verläßt die Vorrichtung über die Sammelleitung 7 mit einer Temperatur von 390°C. 50%ige NaOH-Lösung wird mit einer Temperatur von 40° C durch die

Leitung 4 in die Verdampferrohre 1 eingespeist, in welchen sie in Form eines zusammenhängenden Films nach unten Fließt Im obersten Teigstück der Rohre 1 wird die NaOH-Lösung zunächst auf eine Siedetemperatur von 140° C aufgewärmt und anschließend im

Verlaufe der weiteren Rohrdurchströmung bis auf eine Konzentration von 99,3% aufkonzentriert. Der Film aus konzentrierter Schmelze wird mit einer Temperatur von 430° C in den Auffangrinnen 8 aufgefangen. Dabei fließt der Schmelzenfilm längs der konischen Stirnrand-

fläche 13 der Rohre 1 nach außen, fällt von der Rohrkante nach unten auf die Stirnrandsfläche 12 der Auffangrinne 8 und gelangt von dort sicher in diese Rinne. Es hat sich gezeigt, daß sich im Verdampferrohr 1 selbst, hauptsächlich in dessen unteren Teil, bereits eine

ausgeprägte Trennung zwischen Flüssigkeitsfilm (Schmelze) und Wasserdampfstrom (Brüden) ausbildet und diese Trennung wird vollständig, wenn am unteren Rohrende, wie erwähnt, der Schmelzenfilm nach außen fließt und in die Auffangrinne 8 gelangt, während die im Rohr 1 nach unten ziehenden Brüden durch die Ringöffnung 8a der Auffangrinnen 8 hindurch in den Brüdenkanal 11 gelangen. Es ist bermerkenswert, daß an dieser Stelle die Brüdentemperatur nur 330° C beträgt. Dies entspricht einer Mischtemperatur der zwischen

140 und 430° C ausdampfenden Wassermenge.

Die beschriebene Trennung von Schmelze und Brüden gewährleistet, daß die am Rohrende erreichte hohe Alkalikonzentration auch tatsächlich erhalten bleibt.

Es versteht sich, daß das untere Ende des Verdampferrohres 1 statt konisch angeschrägt auch entsprechend konisch ausgeweitet sein kann; wesentlich ist nur, daß die untere Ablaufkante des Rohres radial außerhalb der Oberkante der Innenwand der Auffangrinne 8 liegt,

⁴⁽¹ wobei der Innendurchmesser dieser Innenwand höchstens gleich dem Innendurchmesser des Rohres 1 sein sollte, um zu verhindern, daß die im Rohr 1 relativ wandnah nach unten strömenden Brüden durch die Innenwand der Auffangrinne ebenfalls nach außen

⁴^ abgelenkt werden. Es ist andererseits auch möglich, die Innenwand der Auffangrinne mit einer wandnah in das Ende des Verdampferrohres 1 hineinragenden Schälkante zu versehen, die schon unmittelbar vor dem Rohrende eine Trennung von Schmelzfilm und Brüden-

'° strom bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Konzentrieren von Alkalilauge, bestehend aus mindestens einem mit einem Heizmantel versehenem, als Fallfilmträger dienendem zylindrischem Verdampferrohr mit Zu- und Ableitungen für das Heizmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der unteren Stirnrandfläche (13) eines Verdampferrohres (1) eine an eine Ablaufleitung angeschlossene, ringförmige Auffangrinne (8) für die Schmelze zugeordnet ist, während der Innenraum des Verdampferrohres durch eine Ringöffnung {Sa) der Auffangrinne (8) hindurch mit einem Brüdensammelkanal (10) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stirnrandfläche (12) der Innenwand der Auffangrinne (8) nach außen hin konisch abgeschrägt ist, wobei Rohrwand und Innenwand der Auffangrinne (8) etwa in vertikaler Flucht miteinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die untere Stirnrandfläche (13) des Verdampferrohres (1) unter dem gleichen Winkel wie die Stirnrandfläche (12) der Rinnen-Innenwand nach außen hin scharfkantig konisch abgeschrägt ist, wobei der Kantenwinkel beider Flächen (12, 13) zwischen 16° und 45° liegt und vorteilhaft 27° beträgt

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Verdampferrohres (1) unter einem zwischen 16° und 45° liegenden Winkel konisch erweitert ist.