DE455101C

DE455101C - Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE455101C
Application number: DEA39149D
Authority: DE
Original assignee: Kummler and Matter AG
Current assignee: Kummler and Matter AG
Priority date: 1923-01-09
Filing date: 1923-01-09
Publication date: 1928-01-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten.
Die Vorteile der sogenannten Langrohrverdampfer, in denen die zu verdampfende Flüssigkeit in einem Bündel von außen und evtl. innen beheizter Langrohre hinaufkletternd mittels einmaligen Aufstieges eine weitgehende Konzentration erfährt, sind bekannt. Diese Apparate sind manchmal auch mit einem Verdampfer, dem sogenannten Separator, verbunden. Das Dampfflüssigkeitsgemisch gelangt aus dem Heizapparat in den Verdampfer. Von hier strömt der Dampf ins Freie bzw. zu anderweitiger Verwendung. Die konzentrierte Flüssigkeit scheidet hier Dampf und Salz ab, das im Separator gewonnen wird, und fließt in den Langrohrapparat zurück.
Die Anwendung des Prinzips der Brüdendampfkompression auf solche Langrohr- oder ähnliche Verdampfer mit geringem Flüssigkeitsinhalt ist bisher an folgenden Schwierigkeiten gescheitert.
Bekanntlich ist das Haupterfordernis von Brüdendampfkompressionsanlagen die Aufrechterhaltung gleichmäßiger Betriebsbedingungen. Eine - Brüdendampfkompression arbeitet nur dann befriedigend, wenn der Temperaturunterschied der verdampfenden Flüssigkeit und des verdichteten Heizdampfes ständig auf einem Minimum erhalten bleibt. Schwankungen machen den Betrieb von Brüdendampfkompressionsanlagen unwirtschaftlich bzw. unmöglich.
Bei dem überaus geringen Flüssigkeitsinhalt der Langrohrverdampfer ist natürlich nach dieser Richtung hin eine entsprechend geringe Stabilität vorhanden, weil sich bei auch nur geringer Änderung im Zu oder Abfluß der verdampfenden Flüssigkeit die Siedebedingungen ändern. Die Folge ist Ungleichmäßigkeit des Verdampfungsbetriebes und die eingangs charakterisierten, für Kompressionsverdampfung höchst ungeeigneten Zustände. Um mit solchen Apparaten überhaupt nach dem Prinzip der Wärmepumpe arbeiten zu können, müßten Zu und Abfluß der dünnen und der konzentrierten Flüssigkeit aufs genaueste geregelt werden, weil der Verdampfer sonst aus den einmal festgestellten normalen Verhältnissen ständig herausfällt und der Kompressor ungünstige oder sogar entgegengesetzte Arbeit leisten müßte.
Die vorliegende Erfindung ist bestimmt, die geschilderten Mängel zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist an dem Verdampfer ein geschlossener Flüssigkeitsspeicher angeschaltet, dessen Fassungsraum ein Vielfaches des Flüssigkeitsfassungsraumes des Verdampfers beträgt.
Die Trennung von Dampf und konzentrierter Flüssigkeit findet hier im Langrohrverdampfer statt. Der Dampf wird in an sich bekannter Weise einem Kompressor und dann dem Heizkörper des Verdampfers zugeführt.
Die konzentrierte Flüssigkeit geht in den Flüssigkeitsspeicher und von dort aus wieder in den Verdampfer zurück. Der Flüssigkeitsspeicher erhöht die Stabilität der Verdampfung derart, daß auch die Verdampfer mit geringen Flüssigkeitsvolumen, Langrohrapparate usw., nach dem Prinzip der Wärmepumpe arbeiten können. Er erlaubt ferner den sonst nur für kontinuierlichen Zu und Abfluß geeigneten Langrohrapparat für Chargenbetrieb zu verwenden und dadurch auch für kleine Leistungen, speziell Kleinanlagen, geeignet zu machen.
Daher ist die Wirksamkeit des Flüssigkeitswärmespeichers mit einem mit Brüdendampfkompression arbeitenden Verdampfer eine durchaus verschiedene von der des bekannten Separators an Langrohrapparaten, weil der nur nach dem eigenen Verdampfungssystem hin offene und Flüssigkeit aufnehmende Behälter eben nur den Betriebsausgleich bildet, aber nicht wie der Separator der Verdampfung bzw. Salzausscheidung und Gewinnung dient.
Der Verdampfer kann bei dem vorliegenden Verfahren an sich auch ohne Flüssigkeitsspeicher arbeiten; Bei dem Langrohrapparat mit Separator kann jedoch der Prozeß ohne den Separator nicht durchgeführt werden. Der grundsätzliche Unterschied der beiden Kombinationen tritt auch insofern zutage, daß bei der Kombination mit dem Separator gewöhnlich mehrere Heizapparate auf einen Separator geschaltet sind, vor allem zu dem Zweck, die einzelnen Heizkammern während des Betriebes abzutrennen und zu reinigen, während bei dem vorliegenden Verfahren gewöhnlich mehrere Flüssigkeitsspeicher auf einen Verdampfer geschaltet sind.
Einige Vorrichtungen zur Ausführung des neuen Verfahrens sind in den beiliegenden Abbildungen beispielsweise dargestellt.
I ist die Heizkammer mit Langrohren des Verdampfapparates, die unten durch das Unterteil 2 abgeschlossen ist und an deren oberem Ende der Brüdenraum 3 des Verdampfapparates sitzt, in dessen Ringraum 4 sich die von den Rohren ausgestoßene Mischung von Dampf und Flüssigkeit sammelt. Zur besseren Trennung von Dampf und Flüssigkeit ist in dem Brüdenraum 3 eine Abscheidevorrichtung 5 angebracht. Der im Verdampfapparat erzeugte Dampf wird durch die Brüdenleitung 6, 12 abgeführt zu einem Brüdenverdichter I3, der die verdichteten Dämpfe in die Heizkammer I fördert.
Die konzentrierte Flüssigkeit läuft durch die Leitung 7 nicht zu einem folgenden Apparat oder nicht überhaupt weg wie normalerweise beim Langrohrapparat, sondern sie gelangt in den geschlossenen Flüssigkeitsbehälter 8, von wo sie durch die Leitung 9 wieder in das Unterteil 2 des Verdampfers kommt, von wo der Kreislauf aufs neue beginnt. Da während des Aufstiegs durch die langen Rohre die Flüssigkeit erheblich konzentriert wird, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Ableitung 7 unten an dem Flüssigkeitsbehälter angeschlossen, damit die bereits konzentrierte schwerere Flüssigkeit im Vorratsbehälter 8 die leichtere, noch nicht konzentrierte Flüssigkeit verdrängt und in erster Linie die leichte Flüssigkeit wieder der Verdampfung zuführt.
Auf diese Weise können bei einem Chargenbetriebe und bei steigenden Siedepunktsverhältnissen möglichst günstige Verdampfungsverhältnisse herbeigeführt werden, die für den Betrieb mit Brüdenverdichter besonders wichtig sind. Damit das Flüssigkeitsvorratsgefäß 8 nicht als Luftpuffer wirkt, ist durch die Leitung eine Dampfverbindung mit dem Brüdenraum 3 geschaffen.
Die Lage und Dimensionierung des Flüssigkeitsbehälters 8 richtet sich von Fall zu Fall nach der einzudampfenden Flüssigkeit und nach den Betriebsverhältnissen. Bei vielen kleinen Chargen kann man den Behälter 8 so groß machen, daß er eine ganze Charge von Anfang an aufnehmen kann, und daß dann mit zunehmender Verdampfung der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 8 sinkt bis zur Beendigung der Charge. Dies gibt den einfachsten Betrieb, währenddessen keine Lauge zugespeist noch abgezogen werden muß. Bei größeren Chargen wird man den Flüssigkeitsbehälter 8 so bemessen, daß er das Endvolumen einer Charge aufzunehmen vermag; man muß dann während des Betriebes wohl nachspeisen, aber keine Charge ablassen.
Der Langrohrapparat hat bekanntlich die Eigenschaft, daß er selbst als Flüssigkeitspumpe wirkt, d. h. daß die Rohre unten nur bis zu einer geringen Höhe mit Flüssigkeit gefüllt werden müssen, und daß dann der entwickelte Dampf die Flüssigkeit von selbst mit sich nach oben reißt, so daß sie durch eigenes Gefälle wieder dem Vorratsbehälter zuläuft. Es ist nun dtlrchaus nicht nötig, daß der Flüssigkeitsstand im Vorratsbehälter übereinstimme mit dem Flüssigkeitsstand in den Rohren des Verdampfapparates. Er kann und wird normalerweise höher liegen; die Einstellung erfolgt durch ein von Hand oder automatisch bedientes Drosselorgan 10 in der Verbindungsleitung 9.
Abb. 2 stellt eine Erweiterung des Gedankens dar, indem auf -einen zentralen Eindampfapparat I, beispielsweise 2, unter Umständen verschieden große Flüssigkeitsbehälter 2 und 3 geschaltet werden können, von denen jeder durch Abschließungen 4-6 und 5-7 vollständig vom Verdampfapparat abgesperrt werden kann. Der Gedanke ist in Abb. 3, die einen Grundriß darstellt, noch weitergeführt, indem auf einen zentralen Eindampfapparat 1 sechs verschiedene Flüssigkeitsbehälter 2 bis 7 zum oder abgeschaltet werden können. Dies ist dann von Vorteil, wenn verschiedene kleine Chargen einzudampfen sind, wobei nicht eine und dieselbe Flüssigkeit zur Verarbeitung kommt, sondern wobei sehr verschiedene Flüssigkeiten rasch hintereinander zu verarbeiten sind. Während eine Charge in Arbeit ist, kann die folgende schon vorbereitet werden, und falls sich die Flüssigkeiten nicht vermischen dürfen, so kann ein Flüssigkeitsbehälter speziell als Spülbehälter verwendet werden, der dann mit einer Spülflüssigkeit, am besten mit heißem Kondensat, arbeitet. Es wird dann also zwischen jede eigentliche Charge eine kurze Eindampfung von Kondensat eingeschaltet, wodurch die Apparatur am besten gereinigt wird.
Diese Möglichkeit, einzelne Chargen und auch das Auswaschen unmittelbar aufeinander folgen zu lassen, ist für die Brüdenverdichtung besonders angenehm, wo es immer eine Störung bedeutet, wenn man den Kompressor abstellen muß.
Das Zuschalten von verschiedenen Flüssigkeitsbehältern auf einen Verdampfapparat hat aber auch noch einen weiteren Vorteil bezüglich der Wahl des Konstruktionsmaterials.
Wenn z. B. verschiedene Flüssigkeiten zur Eindampfung gelangen, von denen einzelne Eisen angreifen, so kann man den verhältnismäßig kleinen Verdampfungsapparat aus Kupfer oder einem entsprechend widerstandsfähigen Material bauen, ebenfalls einzelne Flüssigkeitsbehälter, während die übrigen aus Eisen genommen werden können. Es wird also nur das dringend Nötigste aus dem teueren Material hergestellt.
Abb. 4 zeigt eine weitere Ausbaumöglichkeit speziell für Flüssigkeiten, die beim Erwärmen und Verdampfen geringe Inkrustationengeben, wie z. B. gewöhnliches Wasser, welches beim Erhitzen das Bicarbonat abgibt.
An den Verdampfapparat 1 ist wieder ein Flüssigkeitsbehälter 2 angeschlossen. Die aus dem Verdampfer kommende Flüssigkeit läuft durch das Rohr 3 unter ein Filter 4, durch welches suspendierte Stoffe zurückgehalten werden, steigt dann geklärt in den oberen Teil 5 des Gefäßes 2 und von dort wieder durch die Leitung 6 zum Eindampfungsapparat. Da dieFlüssigkeit sehr rasch durch die Rohre des Eindampfapparates geht, so findet die Ausscheidung solcher Carbonate gewöhnlich erst nachher statt, und durch die Filtration der Flüssigkeit nach dem Verdampfapparat kann die größte Menge der Inkrusten vermieden werden. Zu diesem Zwecke wird auch die zugespeiste frische Flüssigkeit vor das Filter gegeben, wie beispielsweise durch das Rohr 7 in die Leitung 3, so daß sie sofort erhitzt und die Bicarbonate ebenfalls ausgeschieden werden.
Letzterer Vorgang kann nach Abb. 5 auch so bewerkstelligt werden, daß die Flüssigkeit den Flüssigkeitsbehälter 2 von oben nach unten durchfließt, und daß die frisch zugespeiste Flüssigkeit durch die Leitung 7 in den oberen dampferfüllten Teil 5 des Flüssigkeitsbehälters 2 über eine Rieselvorrichtung 8 geführt wird, wo sie erwärmt und zum Abgeben der Inkrusten veranlaßt wird. Es ist m Abb. 5 in der Leitung 6 beispielsweise noch eine Pumpe g vorgesehen, welche den natürlichen Flüssigkeitsumlauf unterstützen kann, wenn die Widerstände des Filters 4 zu groß waren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeiten unter Beheizung mit verdichteten Brüdendämpfen in Verdampfungsbehältern mit geringem Flüssigkeitsinhalt, insbesondere sogenannten Langrohrapparaten, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Eindampfapparat wenigstens ein geschlossener Flüssigkeitsspeicher angeschaltet ist, dessen Fassungsraum ein Vielfaches des Flüssigkeitsinhaltes des Verdampfungsapparates beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung der mehr und der weniger konzentrierten Flüssigkeit im Flüssigkeitsspeicher verhindert wird, so daß der Verdampfapparat stets eine möglichst wenig konzentrierte Flüssigkeit zum Verdampfen enthält.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flüssigkeitsspeicher auf einen Verdampfapparat geschaltet sind, so daß nacheinander verschiedene Chargen und verschiedene -Flüssigkeiten verarbeitet werden können.
4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit beim Durchgang durch den Flüssigkeitsspeicher filtriert wird.
5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfer bzw. einem besonderen Teil desselben eine Trennung von Dampf und Flüssigkeit erfolgt, worauf der Dampf in an sich bekannter Weise nach erfolgter Kompression wieder dem Heizraum des Verdampfers und die konzentrierte Flüssigkeit dem Flüssigkeitsspeicher zugeführt wird.
6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitsspeicher unterhalb des Flüssigkeitsniveaus im Brüdenraume und oberhalb des Flüssigkeitsniveaus in den Verdampfrohren liegt, so daß die Zirkulation vom Brüdenraum durch den Speicher zum Unterteil des Verdampfers durch das Gewicht der Flüssigkeit bewirkt wird und die Flüssigkeit durch die Verdampfung wieder hochgehoben wird.
7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation der Flüssigkeit durch eine Pumpe bewirkt wird.
8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nachAnspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstand in den Verdampferrohren durch Drosselung in der Leitung zwischen Speicher und Flüssigkeitsteil des Verdampfers eingestellt und verändert werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspeicher Anfang- und Endvolumen einer Charge aufzunehmen vermag.
IO. Vorrichtung nach Anspruch I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspeicher das Endvolumen einer Charge aufzunehmen vermag.
11. Vorrichtung nach Anspruch I bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Flüssigkeitsspeicher zurückfließende, bereits konzentrierte Flüssigkeit die noch nicht oder nur weniger konzentrierte Flüssigkeit ohne wesentliche Mischung nach dem Flüssigkeitsauslaufe des Speichers zum Apparate treibt, so daß dem Verdampfapparate möglichst wenig konzentrierte Flüssigkeit zufließt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis II, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flüssigkeitsspeicher auf einen Verdampfapparat zuschaltbar und abschaltbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch I bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Flüssigkeitsspeicher mit Spülflüssigkeit zwischen den verschiedenen Chargen benutzt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch I bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfapparat aus Material besteht, das allen zum Eindampfen kommenden Flüssigkeiten widersteht, während die Speicher je nach den Chargen teilweise aus einfacherem Material bestehen.
15. Vorrichtung nach Anspruch I bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsspeicher ein Filter angeordnet ist, das die Flüssigkeit, die aus dem Verdampfapparat zurückfließt, vor dem Wiedereintreten in den Apparat beim Durchtritt durch den Speicher filtriert.
I6. Vorrichtung nach Anspruch I bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß die frisch zufließende Flüssigkeit in die vom Brüdenraum kommende heiße Flüssigkeit vor das Filter gegeben witd.
17. Vorrichtung nach Anspruch I bis I6, dadurch gekennzeichnet, daß die frisch zufließende Flüssigkeit im Dampfraum des Apparates oder des Speichers durch eine Rieselvorrichtung gereinigt wird, bevor sie zum Filter oder zum Unterteile des Verdampfapparates gelangt.