DE1518883A1

DE1518883A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rueckgewinnung von Waerme aus heissen Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1518883A1
Application number: DE19651518883
Authority: DE
Inventors: Rothe D I Adolf; Herold Dr Hans; Karl Loeschner
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1965-10-28
Filing date: 1965-10-28
Publication date: 1969-09-25
Also published as: NL6614941A; US3527774A; BE689035A

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus heissen Flüssigkeiten"

Es ist "bekannt, aus heissen Flüssigkeiten, insbesondere aus heissen Abfallflüssigkeiten, Wärme durch indirekten Austausch an stationären Flächen zurückzugewinnen. Die bekannten Vfärmetauscher eignen sich jedoch wenig zur Rückgewinnung von Wärme ι-pus heissen Suspensionen:,, wie sie beispielsweise als Extraktions· flüssigkeiten in der Zuckerindustrie oder bei d€r Ölsaatverarbeitung oder als Verseiferablauf bei der Herstellung von Alkenoxyden nach dem Chlorhydrinverfahren anfallen, Die in solchen Suspensionen mitgeführten Festteilchen belegen zunächst die Äustauschflachen, so dass der Wärmeübergang schlechter wird» Nach kurzer Zeit setzen sich die Austauscher soweit zu, dass der Betrieb zur Reinigung unterbrochen werden muss«

Es ist zwar möglich, solche Suspensionen vor dem Eintritt in die Wärmetauscher durch Dekantieren oder Filtrieren von Fest-* teilchen weitgehend zu befreien. Dies erfordert jedoch einen zusätzlichen apparativen Aufwand und führt ausserdem zu beträchtlichen Wärmeverlusten. · -

Erhöht man andererseits die Strömungsgeschwindigkeit im Wärmetauscher so weit, wie es zum Vermeiden von Ablagerungen erforderlich ist, so führen die in den Suspensionen enthaltenen Festteilchea zu «iner nachhaltigen Erosion der Wärmetauscher,

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Es wurde nun gefunden, dass man Wärme aus heiseen Flüssigkeiten, insbesondere aus helssen Suspensionen, durch direkten Wärmetausch zurückgewinnen kann, wenn man gemäss der Erfindung durch die heisse Flüssigkeit einen Gasstrom derart leitet, dass er sich unter Verdampfung mindestens eines Teils der heiseen Flüssigkeit erwärmt und entsprechend dem Partialdruck bei der Betriebstemperatur mit Dampf belädt, worauf man den erwärmten und mit Dampf beladenen Gasstrom mit einer kälteren Flüssigkeit in Berührung bringt, wobei mindestens ein Teil der von dem Gasstrom aufgenommenen Wärme unter gleichzeitiger Kondensation von Dampf in der kälteren Flüssigkeit an diese abgegeben wird.

Es ist dabei zweckmässig, das Gas - vorzugsweise Luft - im Gegenstrom zu der heiseen und der kälteren Flüssigkeit zu führen.

-In einer besondere vorteilhaften Aueführungsform des Verfahrens wird der Gasstrom mit der heiseen Flüssigkeit bei leichtem Unterdruck und mit der kälteren Flüseigkeit bei leichtem Oberdruck in Berührung gebracht. Durch diese Maßnahme wird einerjBteitB die Sättigung des Gasstroms mit Dampf bei der vorgegebenen Betriebstemperatur erleichtert, andererseits die Kondensation des Dampfes aus dem Gasstrom in der kälteren Flüssigkeit begünstigt.

Das Gas kann nach dem Durchgang durch die kältere Flüssigkeit abgeblasen werden. Wird als Trägergas nicht Luft verwendet ~ soifiera beispielsweise Stickstoff -,so kann es jedoch zweckmässig sein, das Gae im Kreislauf zu führen.

Heben der Funktion als Wärme- und Dampf träger kann der dizrch die beiden Flüssigkeiten geführte Gasstrom gleichzeitig zum Ausblasen unerwünschter, fltiohttger, in Lösung befindlicher Be-? standteile benutzt werden» Wild der Gasstrom im Kreislauf geführt, »o wird er zweckmäseig nach dem Verlassen der zweiten Austauschstufe einer Wäsche unterworfen, um auf diese Weiss die unerwünschten Eettanöteile auszusöhleueea» Ia diesem Fall kann

die Waschflüssigkeit gleichzeitig als Betriebsflüssigkeit zur Aufrechterhaltung des Umlauf-Gasatromes verwendet werden. Die Wascheinrichtung wird in diesem "Fall zweckmässig als Strahlpumpe oder als hydraulischer Kompressor ausgebildet. .

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäSBen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung bestellt aus einer Tauschkammer mit Zu- und Ableitungen für die heisse Flüssigkeit sowie Zu- und Ableitungen für den Gasstrom, einer Tauschkammer mit Zu- und Ableitungen für die kältere Flüsaigkeit sowie Zu- und Ableitungen für den Gasstrom, wobei die Ableitung für den Gasstrom aus der ersten TauBchkammer mit der Zuleitung für den Gasstrom in die zweite Tauschkammer verbunden ist, und einer Vorrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Gasstroms durch die beiden Tausciakammern.

Um eine möglichst innige Berührung des Gasstroms mit den Flüssigkeiten längs des jeweiligen Gegenstromweges herbeizuführen, werden in den Tauschkammern Einbauten vorgesehen, die Tropfkanten für die Flüssigkeiten bilden. Diese Einbauten können grundsätzlich aus Latten oder dergleichen bestehen. Besonders zweckmässig ist es, als Einbauten alternierend stehende" Kegel und hängende Kegelstümpfe vorzusehen? wesentlich ist aber, dass diese Einbauten nicht zur Verlegung des Apparates führen dürfen. Deshalb scheiden Haschigringe aus.

Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des GasBtroms durch die beiden Tauschkammern ist an sich jedes entsprechende Gebläse geeignet. Das Gebläse kann den Gasstrom entweder durch beide Kammern drücken oder durch beide Kammern saugen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, das Gebläse so anzuordnen, dass es das Gas aus der ersten Tauschkammer absaugt und in die zweite Tauschkammer drückt.

Wird das Gas im Kreislauf geführt, so wird es zweckmässig nach dem Verlassen der zweiten Tauachkammer einer Wäsche unterworfen. In. diesem Fall kann mit der Waschflüssigkeit

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ein hydraulischer Kompressor (Fallwasserkompressor) oder eine Flussigkeitsstrahlpumpe betrieben werden, die gleichzeitig den ' Kreislauf-Gasstrom durch die Tauschkammern aufrechterhält. Vielfach ist es zweckmässig, dem hydraulisch betriebenen Gebläse ein mechanisches Gebläse, beispielsweise - einen Radialoder Axialventilator nachzuschalten*

Um Wärmeverluste zu vermeiden, soll die Verbindung zwischen den beiden Tau^chkammern möglichst kurz sein. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die beiden Tauschkammern aufeinander zu setzen und durch einen Ttillenboden zu trennen.

Der zwischengeschaltete Ttillenboden für den Durchtritt des - dampfbeladenen Gasstroms besitzt vorzugsweise e4ne einzige zentrale, oben geschlossene Tülle, die in ihrem oberen Bereich tangentiale Austrittsschlitze aufweist. Der ringförmige Auffangboden unterhalb der Tülle wird zweckmäseig geneigt, um Feetstoffablagerungen zu verhindern.

Durch die Anbringung tangentialer Auetrittsschlitze im oberen Bereich der oben geschlossenen Tülle erhält der Gasstrom beim Eintritt in die zweite Tauschkammer eine Drallkomponente. Durch tangentiale Einführung des Gasstroms auch in die erste Tausohkammer bewegt sich das Gas in beiden Tauschkaminern auf einer Schraubenlinie mit anfangs schwacher Steigung aufwärts und teilt die von den Tropfkanten ablaufende Suspension in ziehendem Schnitt auf.

Die Aufgäbe der heissen wie auch der kalten Flüssigkeit am oberen Ende der jeweiligen Tauschkammer erfolgt durch Düsen. Zweckmässig werden hier Dralleprühdüsen vorgesehen, die der eingeführten Flüssigkeit einen mit dem Drall des Gasstromes gleichsinnig drehenden Drall verleihen. Durch diese Maßnahme wird einerseits ein zu hoher Zerstäuburigegrad vermieden und zum anderen die nach dem oberen Ende der Tiuschkammern allmählich abnehmende Drallkomponente des Gasstrome wieder aufgerichtet. Es ergibt sich damit ein solider Tangential-Abscheideeffelct, der den Übertritt von Plüeeigkeitstropfohen aus der ersten Tauschkammer in die zweite Tauöchkammer verhindert·

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In der Abbildung ist eine Vorrichtung gemäss der Erfindung mit übereinander gesetzten Tauachkammern in beispielsweiser Ausführungsform gezeigt.

Die heisse Flüssigkeit tritt über eine Rohrleitung (1) in die unter© Tauschkammer (2) ein und belädt den vom Gebläse (7) kommenden Gasstrom entsprechend seiner Tension mit Dampf. Die dadurch abgekühlte Flüssigkeit verläeet die Tauschkammer am Boden (6)· Das aufgeheiett und mit Dampf beladene Gas tritt durch den Tüllenboden (11) in die obere Tausohkammer (4). Dem heissen Dampf-Luft-Gemisehafcrömt die aufzuheizende, über eine Rohrleitung (3) »ingeführteFlüssigkeit entgegen, wobei der Dampf kondensiert und seine Wärme an dieselbe abgibt. Die aufgeheizte FlU&sigkeit verläeet die obere Tausohkammer über einen Siphon (5). Daa Gas entweicht bei Abblasebetrieb über ein Ventil am Kopf (a) ins freie»

Bei Kreisgasbetrieb wird das Kreisgas vom Kopf des Apparates bei geschlossenem Ventil (a) über ein weitere· Ventil (b) und die Kreislaufleitung (8) auf die Saugseite dee Gebläses (7) zurückgeführt* ·

Durch entsprechende Stellung der Ventile (a bis g) ist auster dem Kreisgasbetrieb sowohl ein Betrieb möglich, bei dem das Gas durch die Apparatur gedrückt wird, als auoh ein Betrieb, bei dem das Gas durch den Apparat gesaugt wird.

Wildan Stelle des Gebläses (7) eine Förderung des Gases mit Strahlpumpe oder Fallwasserkompressor gewählt, so wird die Leitung (8) durch, die Fallwasserleitung (10) ersetzt· Da· Fallwasser tritt am oberen Ende der Leitung (9) ein und verlässt das Rohr am unteren Ende über einen Siphon.· ...

Auoh bei Fallwaeser- bzw. Strahlpumpenbetrieb ist sowohl Saugwie Druck- ale auch Kreisfahren bei entsprechender Stellung der Ventile möglich· .

Bei Kreiefehren mii.Wasohwaeaer verlauf η die unerwünschten Verunreinigungen «· In wasser golöst - die unteren Eüöt über den Siphon*

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Ein Wärmetauscher gemässder Erfindung wurde zur Büekge- · winnung von Wärme aus dem Verseiferablauf in einer Anlage zur Herstellung von Alkenoxyd nach dem Chlorhydrinverfahren eingesetzt. Bekanntlich wird bei diesem Verfahren dae intermediär anfallende Alkenchlorhydrin mit Kalkmilch zu Alkenoxyd umgesetzt. Für diese Verseifung wird meistens Carbidkalk verwendet, so dass die Kalkmilch noch Acetylen und Ammoniak enthält· Beide Stoffe treten als Verunreinigungen im Alkenoxyd auf. Um diese Verunreinigungen mögliohst niedrig zu halten, wird üblicherweise die Kalkmilch vor ihrem Einsatz im Verseifer mit Wasserdampf und Luft geblasen« Fro Tonne Alkenoxyd sind hierbei mehrere Tonnen Dampf erforderlich.

Erhebliche Dampfmengen erfordert ausserdem das Aufheizen der Ohlorhydrinlösung und der ca. t2-prozentigen Kalkmilch auf die für die Verseifung erforderliche Temperatur von etwa 100° C. Die Dampfkosten belasten den Preie des Alkenoxyds spürbar.

Die den Verseifer verlassende oalciumohloridhaltige, verdünnte Abkalkmilch hat eine Temperatur von etwa 100 bis 102° 0 und enthält demgeiaäse grosse Wärmemengen, die mit den bisher bekannten Wärmetauschern aus den.eingangs geschilderten Gründen nicht zurückgewonnen werden konnten.

Mit Hilfe des erfindungsgemässen Wärmetauschers gelang es, den Dampf verbrauch um 2,5 Tonnen pro Tonne Äthylenoxyd zu senken, wobei mit der aus dem heiesen Vereeifungebalauf zurückgewonnenen Wärme in der zweiten Tausohkammer die friaohe Kalkmilch aufgeheizt wurde. Dabei werden gleichzeitig die Verunreinigungen aus der frischen Kalkmilch abgeblasen·

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BAD ORIGINAL

Claims

Patentanspruch et

1.) Verfahren zum Rückgewinnen vm Wärme aus heissen Flüssigkeiten durch direkten Wärmeaustausch, dadurch gekennzeichnet, dass durch die heisse Flüssigkeit ein Gasstrom derart geleitet wird, dass er sich unter Verdampfung mindestens eines Teils der heissen Flüssigkeit erwärmt und entsprechend dem Partialdruck bei der Betriebstemperatur mit Dampf belädt, und dass der erwärmte und mit Dampf beladens Gasstrom mit einer kälteren Flüssigkeit in Berührung gebracht wird, wobei mindestens ein !Teil der von dem Gasstrom aufgenommenen Wärme unter gleichzeitiger Kondensation von Dampf in der kälteren Flüssigkeit an diese abgegeben wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom im Gegenstrom zu der heissen und der kälteren Flüssigkeit geführt wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Inberührungbringen des Gasstroms mit der heissen Flüssigkeit bei leichtem Unterdruck und mit der kälteren Flüssigkeit bei leichtem Überdruck erfolgt, ·

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom im Kreislauf geführt wird,

5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom gleichzeitig zum Ausblasen unerwünschter gas- oder dampfförmiger Bestandteile aus einer der Flüssigkeiten benutzt und nach dem Durchgang durch die kältere Flüssigkeit entweder abgeblasen oder einer ^v'äsche unterworfen wird,

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit als Betriebsflüssigkeit zur Aufreunterhaltung des Gasstrome verwendet wird.

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7.) Verfahren naeh Anspruch 1 bis 6 zum Rückgewinnen der

. Wärme aus dem heissen Verseiferablauf bei der Herstellung . von Alkenoxyden nach dem Chlorhydrinverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass durch den heissen Verseiferablauf ein Gasstrom geleitet wird, der sich beim Durchgang mit Dampf belädt und erwärmt, und dass der so erwärmte und mit Dampf beladens Gasstrom mit der für die Verseifung erforderlichen Frischkalkmilch in Berührung gebracht wird und an diese Wärme und Dampf abgibt.

8.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bis 7, bestehend aus einer Tausc-hkamner mit Zu- und Ableitungen für die heisse Flüssigkeit sowie Zu- und Ableitungen für den Gasstrom, einer Tauschkanmer mit Zu- und Ableitungen für die kältere Flüssigkeit sowie Zu- und Ableitungen für den Gasstrom, wobei die Ableitung für den Gasstrom aus der ersten Tauschkammer mit der Zuleitung für den Gasstrom in die zweite Tauschkammer verbunden ist, und einer Vorrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Gasstroms durch die beiden Tauschkammern.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Tauschkammern durch entsprechende Einbauten Tropfkanten für die eingeführte Flüssigkeit vorgesehen sind.

10.) Vorrichtung naoh Anspruch 8 und 9_t dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Gasstroms ein Gebläse so angeordnet ist, dass es das Gas aus der ersten Tauschkammer absaugt und in die zweite Tauschkammer drückt.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Gasstroms ein hydraulischer Kompressor (Fallwaaserkompressor) oder eine Flüssigkeitsstrahlpumpe vorgesehen ist.

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12.) Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die' beiden Tauschkammern unter Zwischenschaltung eines Tüllenbodens unmittelbar aufainandergesetzt sind.

13.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der TUllenboden für den Durchtritt des dampfbeladenen Gasstroms eine einzige zentrale Tülle besitzt, die oben geschlossen ist und in ihrem oberen Bereich tangentiale Austrittsschlitze aufweist.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuleitung der ersten Tauschkammer so angeordnet ist, dass der Gasstrom tangential in die Tauschkammer eintritt.

15.) Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 14t dadurch gekennzeichnet, dass für die Flüssigkeitsabgabe in beiden Tauschkammern Drallsprühdüsen vorgesehen sind, die der eingeführten Flüssigkeit einen mit dem Drall des Gasstroms gleichsinnig drehenden Drall verleihen.

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