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Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen und Destillieren.
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geschlagenem Dampf und nicht niederschlagbaren Gasen, beispielsweise Luft, die stets im oder beim Dampf zugegen sind, zusammengesetzt ist. Obwohl, wie es sich aus der angeführten Formel ergibt, der Koeffizient des Dampfhäutehens von Einfluss auf den allgemeinen Verhältniswert des W rmeüberganges zwischen der Dampfseite und der Flüssigkeitsseite der Rohre ist, wird doch bei der üblichen Anwendung von Rohren grossen Durchmessers und geringer Geschwindigkeit des Flüssigkeitsdurchflusses der Wider-
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Dampfhäutchens gegen den Wärmedurchgang von wesentlichem Einfluss.
Infolgedessen wird nicht nur der Koeffizient des Flüssigkeitshäutchens durch die Anwendung einer hohen Durchflussgesehwin- digkeit der Flüssigkeit durch die Rohre erhöht, sondern auch der Koeffizient des Dampfhäutehens dadurch gesteigert, dass das anhaftende Häutchen von nicht niedersehlagbaren Gasen und niedergeschlagenem Dampf auf der Aussenseite der Rohre verringert wird.
Zweck der Erfindung ist eine Vervollkommnung des Verfahrens und der Vorrichtung zum Verdampfen oder Destillieren.
Weiter bezweckt die Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen der
Koeffizient des Flüssigkeitshäutchens wesentlich gehoben ist, um so den Verhältniswert des Wärmeaustausches vom Heizmittel auf die behandelte Flüssigkeit zu steigern.
Eine weitere Aufgabe ist, die Vorrichtung und das Verfahren so auszubilden, dass der Häutchen- koeffizient des Heizmittels, falls gewünscht oder notfalls, noch weiter gehoben werden kann, um den Verhältniswert der Wärmeübertragung zu steigern.
Sodann will die Erfindung die Bildung von Kesselstein vermindern, wenn Flüssigkeiten verdampft werden, die zur Bildung von Kesselstein beim Erhitzen neigen.
Ferner bezweckt die Erfindung eine Verringerung der Schaumbildung beim Verdampfen von Flüssigkeiten, die zum Schäumen neigen.
Endlich will die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung schaffen, die eine Verminderung der Heizfläche gestatten, ohne dass der Verhältniswert der Verdampfung herabgesetzt, dieser vielmehr tatsächlich gesteigert wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht ; es sind : Fig. 1 Seitenansicht und Teilschnitt eines Verdampfers, Fig. 2 vergrösserter Querschnitt gemäss der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 vergrösserter Längsschnitt des Oberteiles des Erhitzers mit lotrechten Rohren gemäss der Linie 3-3 der Fig. 2.
Bei dem verbesserten Verfahren der Erfindung wird die behandelte Flüssigkeit kraftschlüssig mit einer hohen Eintritts-oder Anfangsgeschwindigkeit durch Heizrohre von verhältnismässig grosser Länge und kleinem Durchmesser hineingetrieben. Vermehrt unter der Wirkung der durch die Rohre auf sie eingeleiteten Hitze wird die Geschwindigkeit der behandelten Flüssigkeit sehr hoch, der Koeffizient des Flüssigkeitshäutchens steigt und die Hitze wird der Flüssigkeit schnell zugeführt. Die behandelte Flüssigkeit wird aus den Rohren in die Verdampfungskammer ausgestossen oder ausgeworfen.
Da sich die Geschwindigkeit erhöht, je mehr sich die Flüssigkeit den Austrittsenden der Rohre nähert, steigen der Koeffizient des Flüssigkeitshäutehens und der Verhältniswert des Wärmeüberganges in der Richtung des Austrittes.. Um die Verdampfung noch weiter zu beschleunigen, wenn ein Heizmittel wie Dampf angewandt wird, kann das Heizmittel an der Aussenseite der Heizrohre im Gegenstrom zur Richtung der behandelten Flüssigkeit fliessen, wodurch der niedergeschlagene Dampf und die nicht niederschlagbaren Gase von den Rohren entfernt werden ; dadurch wird das Häutchen vermindert und der Häutehen- koeffizient auf der Heizseite der Rohre erhöht, namentlich in dem Bereich, wo'der Koeffizient des Flüssigkeitshäutchens am höchsten ist.
Das verbesserte Verfahren eignet sich besonders zur Behandlung zäher Flüssigkeiten oder solcher, die einen hohen Siedepunkt haben oder in denen feste Teile aufgelöst sind, beispielsweise Teer, schweres Petroleum, Fette und Schmieren, harzige Mischungen, kaustische Soda, Kalziumchlorid, Salzlösungen und verschiedene chemische Mischungen ; das Verfahren eignet sich ferner für die Anwendung eines Heizmittels von hoher Temperatur.
Der als Ausführungsbeispiel gezeichnete Verdampfer gemäss der Erfindung besitzt. einen im wesentlichen zylindrischen Metallkörper 5 als Verdampfungskammer. Dieser Körper hat einen Deckel 6 und einen Boden 7. Ein Dampfrohr 8 ist durch den Deckel 6 an die Verdampfungskammer angeschlossen.
Dieses Dampfrohr dient in der bei Verdampfern üblichen Weise entweder für den Abfluss des beim Verdampfen gebildeten Dampfes oder auch für die Herstellung eines etwa gewünschten Vakuums.
Die behandelte Flüssigkeit in der Verdampfungskmnmer wird durch den Erhitzer 9 geheizt. Dieser Erhitzer besteht im allgemeinen aus einem langen rohrartigen Teil oder einer Trommel 10 und einem verhältnismässig kurzen erweiterten zylindrischen Teil 11. Der rohrartige Teil 10 liegt unterhalb der Kammer 5 und ragt durch. den Boden 7 noch um eine gewisse Strecke in die Verdampfungskammer aufwärts hinein. Der Rohrteil M hat. einen ringförmigen Flansch 12, durch den der Erhitzer an den Verdampfungskörper in geeigneter Weise angeschlossen ist, beispielsweise durch Schrauben 13. Ein
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oder durch Schrauben od. dgl. befestigt ist.
Das untere Ende des Rohrteiles 10 hat einen ringförmigen Flansch 16, an den der obere Flansch 17 des erweiterten Teiles 11 durch Schrauben oder sonstwie angeschlossen ist. Das untere Ende des Teiles 11 besitzt einen Flansch-M, an dem eine vereinigte Bodenplatte und untere Bohrenplatte-M durch Schrauben oder sonstwie befestigt ist. Diese Bodenrohrplatte ist mit einem abwärts gerichteten ringförmigen Flansch 20 ausgerüstet, in den das später beschriebene Einlassrohr für die Flüssigkeit eingesetzt ist.
Eine Reihe langer Rohre 22, die an beiden Enden offen sind, erstreckt sich durch die Dampftrommel und die Öffnungen in den zwei Rohrplatten 15 und 19. Die Enden dieser Rohre sind gepresst, aufgeweitet oder auf andere Weise dicht in den Rohrplatten befestigt, so dass der unter Druck in die Trommel auf der Aussenseite der Rohre eingeleitete Dampf nicht entweichen kann. Der Erhitzer gleicht einem Wasserrohrkessel, bei dem sich die Flüssigkeit im Innern der Rohre und das Heizmittel aussen davon befinden.
Der Dampf wird in den Raum der Trommel um die Rohre herum durch den Dampfeinlass 23 geleitet, der durch ein Ventil 24 geregelt wird. Ein unzulässiger Druck kann durch ein Minderungsventil26 vermieden werden. Der erweiterte Teil 11 bildet eine Kammer für die Ansammlung und Abscheidung des Niederschlagwassers und der nicht niederschlagbaren Gaóe, welche gewöhnlich den Dampf begleiten. Der Niederschlag kann durch den mit einem Ventil versehenen Abzug 26 entfernt werden, der amBoden der Sammelkammer angeordnet ist, während die Gase durch den mit einem Ventil ausgerüsteten Gasabzug 27 an der Oberseite der Kammer entweiehen können.
Die Seitenwand des Teiles 11 kann aus ziemlich dünnem Metallblech gefertigt sein, so dass die Kammer gleichzeitig die Aufgabe eines Ausdehnungselementes ausübt.
In der Trommel ist ein Dampfablenker untergebracht, welcher den dampfstrom abwärts an den Rohren entlang leitet. Dieser Ablenker hat die Form eines Rohres 30, das in der Dampfkammer zwischen der inneren Wandung des Trommelteiles 10 und der Rohrgruppe liegt. Sein unteres Ende passt in den einwärts gerichteten Rand 31 des Flansches 16. Entweder durch den dichten Sitz oder auf andere Weise wird zwischen dem Ablenker und dem Rohr 10 ein Dampfraum mit geschlossenem Boden hergestellt.
Das obere Ende des Dampfablenkungsrohres 30 ist offen und befindet sich etwas unterhalb der oberen Rohrplatte 16. Der durch den Einlass 23 in den Erhitzer tretende Dampf strömt also in der Kammer nach oben, u. zw. ohne Berührung mit den Rohren bis zu ihren oberen Enden, fliesst dann abwärts innerhalb des Ablenkerrohres 30, u. zw. an den Rohren entlang und in Berührung mit diesen in umgekehrter Richtung zu dem Flüssigkeitsstrom in den Rohren ; schliesslich sammelt er sich als Niederschlag in dem Abschnitt 11.
Der Niederschlag kann durch den Abfluss 26 und die Gase können durch den Lüfter 27 abgelassen werden. Falls gewünscht, kann sich das untere Ende des Ablenkerrohres 30 noch unterhalb des Flansches 16 etwas erstrecken, um im oberen Teil des Abschnittes 11 einen Gasverschluss zu bilden.
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch die mit einem Ventil ausgerüstete Leitung 32 in den Verdampfungskörper geleitet. Die Flüssigkeit wird aus dem Körper durch den Flüssigkeitsauslass 32 abgezogen, der zu einer Pumpe 34, beispielsweise einer Schleuderpumpe führt. Ein mit einem Ventil ausgerüstetes Rohr 35 schliesst sich an die Abflussseite der Pumpe 34 an, ist mit seinem oberen E1J. de dicht in den Flansch 20 der Bodenplatte 19 angepasst und daran befestigt, so dass die Pumpe unmittelbar und kraftschlüssig die abgezogene Flüssigkeit aufwärts in die unteren Enden der Heizröhren hineindrückt.
Ein ungefähr kegelförmiger Schirm 36 ist über den offenen Enden der Rohre 22 im Körper 5 angeordnet, um die heisse Flüssigkeit, die aus den Röhren beim Betriebe des Verdampfers ausgeworfen wird, zu zerteilen und zu zerstreuen. Die eingedickte Flüssigkeit oder andere durch die Verdampfung entstandenen Stoffe können durch den mit einem Ventil versehenen Auslass 37 in dem Rohr 35 abgelassen werden.
Die Heizrohre sind verhältnismässig lang und haben kleinen Durchmesser. Beispielsweise werden diese Rohre für gewöhnliche Verdampfungsvorgänge ungefähr 1-8-3-0 m (6-10 Fuss) lang gemacht, bei einem inneren Durchmesser von 19-25'4 mm (%-1 Zoll). Die Länge der Rohre vergrössert die Höhe des Verdampfungskörpers nicht wesentlich, da die grössere Länge der Rohre ausserhalb des
Körpers liegt.
Beim Betrieb des Verdampfers gemäss dem verbesserten Verfahren der Erfindung wird die Flüssigkeit, die aus dem Verdampfungskörper abgezogen wird, kraftschlüssig, unmittelbar aufwärts mit grosser
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der Dampf abwärts an der Aussenseite der Rohre entlang, u. zw. entgegengesetzt zu dem hindurchgehenden Flüssigkeitsstrom und in derselben Richtung, in welcher die Schwerkraft auf das Häutchen der Niederschläge und Gase, die an den Rohren haften, wirkt. Da der Dampf durch den Dampfablenker nach abwärts gerichtet ist, erzeugt der Niederschlag einen abwärts gerichteten Strom von Dampf, der an den Rohren mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit entlang streicht. Die Dampfgeschwindigkeit ist am oberen Ende der Heizrohre am grössten, also in derselben Gegend, wo die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ebenfalls am grössten ist.
Infolgedessen ist der Koeffizient des pampfhäutrheus in dem-
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jenigen Bereich des Erhitzers am höchsten, wo der Koeffizient des Flüssigkeitshäutehens ebenfalls am grössten ist.
Die Eintrittsgeschwindigkeit der gepumpten Flüssigkeit am Fussende der Rohre kann beispielsweise ungefähr auf 1-5-2-1 m/sec (5-7 Fuss in der Sekunde) oder mehr gesteigert werden. Vergleichsweise ist die Eintrittsgeschwindigkeit bei natürlichem Flüssigkeitsumlauf wahrscheinlich weniger als 0-3-0-6 mlsee (1-2 Fuss in der Sekunde). Mit. dieser hohen Anfangsgeschwindigkeit erreicht die behandelte Flüssigkeit, wenn sie beim Durchgang durch den Erhitzer in Dampf umgewandelt wird, eine grosse Geschwindigkeit und Beschleunigung, indem sie aufwärts durch die Rohre fliesst.
Die hohe Geschwindigkeit des aufwärts durch die Rohre gehenden Flüssigkeitsstromes vermindert das anhaftende Flüssigkeitshäutchen auf der Innenseite der Rohre und sucht ebenso die Ablagerung und Ansammlung von Kesselstein zu entfernen und zu verhüten, so dass der Koeffizient des Flüssigkeitshäutehens gesteigert und der Widerstand des Steinansatzes gegen den Wärmedurchgang verringert wird. Infolgedessen sind die Verhältniswerte des Wärme durchganges und der Verdampfung hoch, und daher kann man durchaus eine hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeit anwenden, ohne dass eine aussergewöhnliche Leistung der Pumpe und hoher Kraftverbrauch erforderlich wären.
Der abwärts gerichtete und grosse Geschwindigkeit besitzende Strom des Heizdampfes schiebt den Niederschlag und die nicht niederschlagbaren Gase mit sich entlang, die ziemlich fest anhaften und ein Häutchen auf der Aussenseite der Rohre bilden, das dem Wärmedurehgang widersteht. Der Dampfstrom unterstützt dabei die Wirkung der Schwerkraft, so dass der Niederschlag zu der gemeinsamen Sammel-und Abscheidekammer am Fusse befördert wird, wo der Niederschlag und die Gase abgelassen werden. Der Dampf fegt also das Häutchen von der Dampfseite der Rohre hinweg und daraus ergibt sich eine Steigerung des Koeffizienten des Dampfhäutchens und eine vermehrte Wärmeübertragung.
Dieser höhere Verdampfungskoeffizient tritt besonders im oberen Teil der Rohre in Erscheinung, wo der Koeffizient des Flüssigkeitshäutehens ebenfalls am höchsten ist.
Die Erhöhung des Verhältniswertes der Wärmeübertragung gestattet die Anwendung einer kleineren Heizfläche für die Behandlung oder sogar eines grösseren Volumens der zu behandelnden Flüssigkeit, so dass ein dauerhaftes, wenn auch teueres Metall für die Rohre angewandt werden kann.
Beispielsweise kann Nickel benutzt werden, welches für viele Zwecke weitaus das günstigste Metall ist, da es nicht rostet, wogegen sein Preis gewöhnlich bei den bekannten Verfahren und Verdampfern seine Anwendung verhütet hat, da diese eine verhältnismässig grosse Heizfläche erforderten.
Die besonders hohe Geschwindigkeit, mit der die behandelte Flüssigkeit und die Dämpfe durch die Heizrohre aufwärts steigen, verhütet in weitem Masse die Bildung und Zurückhaltung von Gasblasen im Körper der behandelten Flüssigkeit. Werden aber doch solche Blasen gebildet, so werden sie durch die ausserordentlich hohe Geschwindigkeit, mit der die aus den Rohren ausströmende Masse vonFlüssigkeit und Dämpfen gegen den Ablenker 36 aufstösst, zerstört. Diese Gasblasen bilden den Hauptanlass zur Entstehung von Schaum.
Es wird also bei dem neuen, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Verfahren das Bestreben zur Schaumbildung verringert, da das Verfahren die Bildung und Zurückhaltung von Gasblasen im Flüssigkeitskörper vermindert oder verhütet, und da jeder Schaum, der sich gebildet haben könnte, durch die Wirkung des Schirmes 36 vernichtet wird.
Da man den Heizkörper als ein Ganzes von aussen am Verdampfungskörper ansetzen kann und da alle Anschlussleitungen daffir vollständig ausserhalb der Verdampfungskammer liegen, ist die Anbringung und Entfernung des Heizkörpers eine verhältnismässig einfache Sache und die Anzahl der Öffnungen und Anschlüsse durch die Wandung der Verdampfungskammer ist gering, wobei aber doch die wertvolle Eigenschaft beibehalten bleibt, dass der Dampf am Kopfende des Erhitzers eingelassen wird. Sollte sich der Erhitzer verstopfen oder aus andern Gründen nachgesehen und instand gesetzt werden müssen, so kann er. von dem Verdampfungskörper entfernt und durch einen ändern ersetzt werden.
Infolgedessen wird ein ununterbrochener und wirkungsvoller Betrieb gesichert, ohne dass die verhältnismässig grossen Anlagekosten durch die Vorrätighaltung eines weiteren Verdampfungskörpers verdoppelt. würden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verdampfen und Destillieren, bei welchem die Flüssigkeit in das untere Ende von lotrechten, von einem Heizmantel umgebenen Rohren gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstehung einer Flüssigkeitssäule oberhalb der oberen Enden der Heizrohre vermieden und die Flüssigkeit innerhalb der Rohre zum Sieden gebracht wird, so dass eine grosse Steigerung der Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei ihrer Bewegung gegen die oberen Enden der Rohre hin erreicht wird, aus welchen Enden die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit austritt.