Verfahren zum Konzentrieren von Flüssigkeiten durch Verdampfen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind bereits Einrichtungen zum Konzentrieren von Flüssigkeiten durch Verdampfen vorgeschlagen worden, bei denen die zn konzentrierende Flüssigkeit durch eine Pumpe im Kreislauf geführt wird Bei solchen Konstruktionen hat man auch schon mittels der Pumpe solche Überdrucke erzeugt, dass der zu konzentrierenden Flüssigkeit auf der Über- druckseite die zur Verdampfung nötige Wärme zugeführt werden kann, ohne dass an der Wärmeübergangsstelle eine Verdampfung eintritt.
Dies hat den Vorteil, dass die im Hinblick auf gute Wirkung meistens kompliziert gebauten Wärmeüberträger nicht Gefahr laufen, durch Verkrustungen, wie sie beim Ver dampfungsvorgang meistens eintreten, verunreinigt und in ihrer Funktion gestört zu werden. I)ie Verdampfung wird dann durch Entspannung der unter Druck stehenden Flüssigkeit lierbeigeführt und kann an einer passenden Stelle der Apparatur erfolgen, wo eine Verkrustung weniger störend oder durch periodische Reinigung leicht entfernbar ist (siehe z. B. Schweizer Patent Nr. 166207 und DRP. Nr. 580928).
Es wurde nun gefunden, dass Einrichtun- gen der genannten Art, in denen die zu konzentrierende Flüssigkeit mittels einer Pumpe im Kreislauf geführt und auf der Überdruck- seite derart erwärmt wird, dass an der Wärme übergangsstelle keine Verdampfung eintritt, mit Vorteil so konstruiert werden, dass die zur Verdampfung führende Entspannung der Flüssigkeit an mindestens einer Düse erfolgt, die tangential in ein zyklonartiges Trenngefäss führt.
Die Entspannungsdüsen können in beliebig ger Zahl, zweckmässig in der Nähe des obern Randes des zyklonartigen Trenngefässes, angebracht sein. Bei kleinen Gefässen kann eine einzige Düse genügen; bei grösseren Gefässen verwendet man zweckmässig zwei bis vier oder noch mehr Düsen, die längs des Gefässumfanges verteilt sind. Die Düsen können in an sich bekannter Weise, z. B. nach im Turbinenbau verwendeten Systemen, regulierbar ausgebildet sein.
Das zyklonartige Trenngefäss kann durch eine konzentrische Trennwand in einen äussern und einen innern Teil getrennt werden, welehe Teile miteinander einerseits durch mindestens eine, gegebenenfalls auch mehrere Ablauföffnungen für die Flüssigkeit und anderseits durch tangential angeordnete Düsen für den Dampfdurchtritt miteinander in Verbin- dung stehen. Auf diese Weise erhält man im gleichen Trenngefäss zwei Zyklonwirkungen.
Im äussern Teil erfolgt vorwiegend die Verdampfung der überdruckseits erhitzten Flüssigkeit und eine grobe Trennung von Dampf und Flüssigkeit. Im innern Teil erfolgt eine Trennung des Dampfes von den noch mitgeris senen Flüssigkeitsteilen, wobei aber die aus der ersten und zweiten Trennung herrührenden Anteile an Flüssigkeit gemeinsam in den Kreislauf zurückgeführt werden.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbei- spiele der Einrichtung nach der Erfindung, an welchen auch das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert ist
Fig. 1 stellt den schematischen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem im Schnitt gezeichneten, als Doppelzyklon gebauten Trenngefäss dar.
Fig. 2 stellt den Schnitt gemäss Linie Ä-B der Fig. 1 dar.
Fig. 3 stellt den schematischen Schnitt durch ein als einfacher Zyklon gebautes Trenngefäss dar.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den Veidampfungs raum mit der oben zylindrisch, unten konisch ausgebildeten Zyklonwand 2, welche in den axialen Auslauf 11 übergeht. Mittels der tangential in die Zyklonwand 2 eingebauten Düsen 3, welche gewünschtenfalls durch einen nicht eingezeichneten Verstellmechanismus im Querschnitt reguliert werden können, steht der Flüssigkeitsmantel 5 in Verbindung mit dem Verdampfungsraum 1. Die Aussenwand des Flüssigkeitsmantels bildet die Heizfläche 6 des Heizmantels 15. In den Flüssigkeitsmantel 5 mündet unten der tangential angeordnete Eintrittsstutzen 10 ein. Die Heizfläche 6 wird umschlossen vom Heizmantel 15 mit dem Eintrittsstutzen 16 und dem Austrittsstutzen 17.
Im Verdampfungsraum befinden sich oberhalb der Düsen 3 die Prallbleehe 8 und der durch eine konzentrische Trennwand gebildete, zyklonartige Abscheider 13 mit den tangential angeordneten Eintrittsöffnungen 12, dem zentralen Brüdenabzugrohr 9 und dem Plüssig- keitsrüeklaufrohr 14. Das Trenngefäss wird durch die Isolation 7 gegen Wärmeverluste geschützt. Fernerlbezeichnen 18 ein Schwimmergefäss mit Regulierung 26, 19 eine Umlaufpumpe, 20 einen Vorwärmer für die Dünnlösung, 21 ein gegebenenfalls automati sches Ventil für den Vorlauf der Dünnlösung, 22 ein Dichtemessgefäss, 23 den Konzentratablauf,'24 einen Wärmeaustauscher und 25 ein Druckausgleichsrohr für das Schwimmergefäss.
In Fig. 3 bezeichnet 27 Prallbleche für Sprühflüssigkeit aus den Düsen.
Die Wirkungsweise ist die folgende: Die mittels der Pumpe 19 in Zirkulation gehaltene Lösung wird durch Regulierung des Zulaufes an Dünnflüssigkeit mittels des Ventils 21 in gewünschter Konzentration unter demjenigen Druck dem Wärmeaustauscher 24 zugeführt, welcher durch das Druckgefälle der Düsen 3 bzw. die Austrittsgeschwindigkeit aus den Düsen bestimmt wird, jedoch stets grösser ist als der der Oberflächentemperatur der Heizfläche 6 und der Heizfläche im Wärmeaustauscher 24 entsprechende Verdampfungs druck. Das Regulierventil 21 wird durch die Niveauregulierung 26 gesteuert.
Die erwärmte Lösung tritt durch den Eintrittsstutzen 10 in den Flüssigkeitsmantel 5 ein, in welchem sie wirbelförmig unter einem Drall, der durch nicht gezeichnete Leitbleche verstärkt werden kann, aufsteigt und gleichzeitig durch die Heizfläche 6 weiter erwärmt wird bis nahe an die dem Flüssigkeitsdruck entsprechende Siedetemperatur. Die Wärmezufuhr im Heizmantel 15 und im Wärmeaustauscher 24 kann mittels elektrischer Energie, Heizdampf oder verdichtetem Brüdendampf erfolgen. Bei entsprechendem Temperaturgefälle genügt gegebenenfalls schon die durch die Heizfläche 6 übertragene Wärmemenge, sO dass der Wärmeaustauseher nicht benötigt wird.
Die Flüssigkeit expandiert nun durch die Düsen 3 und strömt mit grosser, tangentialer Geschwindigkeit wirbelförmig an der Wand 2 nach unten unter gleichzeitiger Verdampfung bei einer grossen Oberfläche und dünner Flüssigkeits- schicht, so dass die Gefahr des Schäumens stark herabgesetzt wird. Die im Flüssigkeitsmantel 5 aufsteigende Flüssigkeit wirkt gleich zeitig als Wärmeträger und gibt durch die Wand 2 des Verdampfers bei kleinem Temperaturgefälle Wärme an die in dünner Schicht herabströmende Flüssigkeit ab, was eine Abkühlung derselben an der Wand verhindert.
Im untern Teil des kegelförmig ausgebildeten Verdampferraumes sammelt sich die konzentrierte Flüssigkeit 4 und wird durch ein mit der Saugleitung der Pumpe 19 verbundenes Schwimmergefäss 18, mittels Regu liervorrichtung 26, welche auf das Vorlaufventil 21 wirkt, auf konstantem Niveau ge halten. Der Konzentratablauf wird entsprechend dem Dichtcmcssgefäss 22 durch das Ventil 23 reguliert.
Die im Verdampferraum 1 entstehenden Brüdendämpfe scheiden an den Prallblechen X die groben Flüssigkeitsteilchen ab und gelaugen dann durch die tangential angeordneten Eintrittsöffnungen 12 in den zyklonartigen Abscheider 13, in welchem die restlichen Fl üssigkeitsteilchcn abgeschieden werden und durch das in die Flüssigkeit 4 eintauchende Rücklaufrohr 14 in den Kreislauf zurückgeführt werden, während die Brüdendämpfe durch das Brüdenabzugrohr 9 abgeführt werden. Die Dämpfe können dann in einem Kon dellsatol niedergeschlagen oder zwecks Wärmerückgewinnung verdichtet und als Heizdampf verwendet werden.
Die in Fig. 3 gezeigte Variante unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 dadurch, dass das zyklonartige Trenngefäss nur VOll einem Isolationsmantel 7 umgeben ist.
Eine Ahkühlung der Wand wird damit vermieden. Die zu konzentrierende Flüssigkeit wird unter Pumpendruck in den Verteilring 5 geführt und auf die Düsen 3 verteilt, durch welche die Expansion stattfindet mit nach folgender Verdampfung entsprechend der nach Fig. 1 geschilderten Wirkungsweise. Der Verteilring 5 kann dabei spiralförmig ausgebildet sein, entsprechend der bei jeder Düse abgezweigten Flüssigkeitsmenge. Die zur Ver dämpfung benötigte Wärmemenge kann in einem zwischen Pumpe 19 und Verteilnug 5 eingeschalteten Wärmeaustauscher zugeführt werden.