Verfahren zum kontinuierlichen Eindampfen unter Luftleere von Flüssigkeiten mit hohem Siedepunkt und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das Problem des kontinuierlichen Eindampfens unter Luftleere von Flüssigkeiten mit hohem Siedepunkt, wie z. B. Laugen (Natron und Kalilaugen), Säuren und Salz lösungen, konnte bis heute auf Grund folgender Tatsachen nicht in befriedigender Weise gelöst werden:
1. durch die Unmöglichkeit, in ein und demselben Kessel Schichten dieser Flüssig keit von verschiedenen Konzentrationen zu erhalten, da das Aufheizen des Kesselinhaltes stets mittels Schlangen oder Doppelmantel so erfolgte, dass der Dampf oder die Heizflüsr siglSeit oben zugeleitet wurde, während das Kondensat oder die abgekühlte Flüssigkeit am untern Teil des Kessels abzug;
2. durch die Schwierigkeit, während des Einkochens, das meist unter Luftleere stattfindet, die eingedampfte Flüssigkeit regelmässig aus dem Kessel ablaufen zu lassen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Sehichtenbildlmg der zu konzentrierenden Flüssigkeit im Kessel durch zwangsweisen Umlauf. eines flüssigen Heizmittels in der Heizschlange des Kessels von unten nach oben zu fördern und durch die geeignete Anordnung eines Überlaufes das ununterbrochene Abziehen der am stärksten konzentrierten Flüssigkeit aus der betref fenden, meist der untersten, Schicht des Kes- sels zu ermöglichen.
Demgem J3 betrifft die Erflirdung ein Verfahren zum kontinuierlichen Eindampfen unter Luftleere von Flüssigkeiten mit hohem Siedepunkt in einem an seinem untern Teil mit einer Heizschlange versehenen Verdampfer, welches Verfahren sich dadurch kennzeichnet, dass man ein flüssiges Wärme übertragungsmittel mittels einer Förderpumpe derart umwälzt, dass es die lleizschlange von unten nach oben durchläuft, während das einzudampfende Produkt im entgegengesetzten Sinne oben in den Verdampfer zum Einlauf gebracht und unten abgezogen wird.
Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Anlage, von der in der - Zeichnung ein beispielsweises Schema gezeigt ist.
Die Anlage hat- zwei geschlossene, auf ver schiedenen Höhen angeordnete, Verdampfer bildende Behälter 1 und 2, von denen jeder aussen an seinem untern Teil mit einer Heizschlange la bzw. 2" versehen ist. Der Behälter 1 ist mit einer Speiseleitung 3 versehen, die in den obern Teil einmündet und durch eine Do- sierpumpe 3a gespeist wird. Die Verbindung der beiden Verdampfer ist durch ein Überlaufrohr 5 bewerkstelligt, das vom Boden des ersten Verdampfers ausgehend unter dem Flüssigkeitsniveau aus diesen letzteren heraus geführt ist und unter dem Flüssigkeitsniveau des zweiten endigt.
Die beiden Verdampfer sind oben mit je einem Aufsatzstutzen ib und 2'versehen, an den eine in einem Kondensator 7 mündende Leitung 6 angeschlossen ist.
Der Kondensator 7 ist seinerseits durch eine Leitung pa mit einer Vaktitunpumpe 8 verhunden. Die Überlaufleitung 5 ist an ihrem obern Bogenteil ausserhalb des Behälters 1 mittels einer Hilfsleitung 9 mit dem Aisatz- stutzen lb verbunden, so dass sie, solange ein Hahn 9E offen ist, unter der Wirkung des im obern Teil des Verdampfers herrschenden Unterdruekes steht. Durch Schliessen des Hahnes 9" wird die Überlaufleitung in einen gewöhnlichen Siphon für das Entleeren des Verdampfers verwandelt.
Der Verdampfer 2 ist mit einem ähnlichen Überlaufrohr 10 versehen, das seinerseits mit dem Kondensator 7 verbunden ist und dessen Ablauf in ein Ba rometergefäss 12 mündet, dessen Überlauflei innig 12a das Abfüllen des fertigen Produktes gestattet. In der überlaufleitung 10 des Verdampfers 2 ist ein Thermostat 13 eingebaut, der mit Hilfe bekannter Steuermittel, einschliesslich eines Bypassventils 4 die Leistung der Dosierpumpe 3a in Abhängigkeit der Temperatur des eingedampften Produktes regelt.
Die lleizschlangen la und 2a sind in Reihe in die Umlaufheizung mittels eines flüssigen Wärmeübertragungsmlttels eingeschaltet. Die Wärmequelle dieser Heizung ist ein Erhitzer 14, dessen Vorlaufleitung 14a entspreehend dem Prinzip der Gegenstromheizung unten in die Heizschlange 2" des Verdampfers 2 mündet und wieder unten in die Heissehlange 1a des Verdampfers : 1.
Das erkaltete Wärme- übertragungsmittel verlässt diesen am obern Ende der Schlange la und wird durch die Rücklalifleitung 16 mittels einer Umwälzpumpe 17 zum Wiederaufwäzmen in den Erhitzer 14 zurückbefördert, wo es wieder nach dem Gegenstromprinzip ein Rohrsystem durchläuft, das durch den Brenner 18 von oben nach unten beheizt wird. Da die Umlaufleitung des Wärmeübertraglmgsmittels ganz geschlossen ist, ist ein Expansionsgefäss 19 vorgesehen, das die Volumenänderungen der Heizfiüssigkeit aufnimmt.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Anlage ist folgende:
Die einzudampfende Flüssigkeit (alkalische Lauge, Säure oder Salzlösung) wird mittels der Dosierpumpe 3a dem Verdampfer 1 zugeführt, in dem sie zum Sieden gebracht wird und dadurch der Wärmezufuhr entsprechend einen Teil ihres Wassers in Form von Dampf verliert. Die schwerer gewordene, eingedampfte Flüssigkeit sinkt in den untern Teil des Verdampfers hinab, füllt die Überlaufleitung 5 und fliesst in den Verdampfer 2 ab, in dem sie durch das wärmere Wä-. rme- übertragtmgsnüttel erneut zum Sieden gebracht und das übrigbleibende Wasser bis zum erwünschten Trockengehalt ausgetrieben wird.
Die bis zum gewünschten Grade eingedampfte Flüssigkeit sammelt sieh wieder infolge ihrer grösseren Schwere im untern Teil des Verdampfers und fliesst unter dem Druck der aus dem Verdampfer 1 nachfliessenden Lange usw. durch die überlaufleitung 10 in das Barometergefäss 12 ab, in welchem sie unter atmosphärischem Druck steht und frei für ihre weitere Behandlung ablaufen kann.
Das Sieden in den beiden Verdampfern findet unter Luftleere statt, die jeweils den physikalischen Bedingungen des Produktes angepasst ist. Der Siedepunkt der Flüssigkeit zeigt den Grad ihrer Konzentration an. Der Thermostat 13 in der Überlaufleitung 10 des Endverdampfers erlaubt deshalb, dem registrierten Wärmegrad entsprechend, die Leistung der Dosierpumpe 3" zu vermindern oder zu vergrössern, je nachdem die Temperatur des Endproduktes zu tief oder zu hoch ist.
Der Einlauf der Flüssigkeit in die Verdampf er erfolgt tangential, wie auch der Auslauf, damit die Flüssigkeit eine leichte Kreisbewegung erhält, die wie bei Absetzgefässen das Niedersinken der schweren Teile erleichtert und anderseits den Abzug der Dampfblasen fördert. Die Trennung von Dampf und Produkt erfolgt demnach im Kes- sel selbst nach zwei entgegengesetzten Richtungen.
Das Wärmeübertraglmgsmittel durchläuft die Anlage im entgegengesetzten Sinne des Prodififtes. Es muss flüssig sein, damit es unter der Wirkung einer Umwälzpumpe die Heizschlangen von unten nach oben durchlaufen kann. Es wird im Erhitzer 14 auf die notwendige Temperatur, für schwere Laugen z.
B. auf 360 bis 380" gebracht, durchläuft die Schlange des Verdampfers 2, wo es seine Kalorien an das Endprodukt bis auf beispielsweise 300 abgibt, fliesst dann durch die Schlange des Verdampfers 1 und verliert dort, je nach dem Siedepunkt der einlaufen- den Lauge seine Kalorien bis auf 160-190" hinunter, so dass es stark abgekühlt die Umwälzpumpe erreicht und von ihr in den Erhitzer 14 befördert wird, indem wieder die Rauchgase bis zu einer relativ niederen Temperatur ausgenutzt werden können.
Die Vorteile der beschriebenen Anlage sind folgende:
1. Die Anlage arbeitet kontinuierlich. Es fallen alle Zeitverluste für das Leeren und Umfüllen der Behälter weg.
2. Die konsequente Durchführung des Gegenstromprinzips gewährleistet die bestmögliche Wärmeausnutzlmg, sowohl der Rauchgase, als auch des Wärmeübertragungsmittels.
3. Die Verteilung des Eindampfens auf mehrere Behälter ermöglicht es, die Arbeit eines jeden den gegebenen Verhältnissen bestens anzupassen, z B. die Höhe des Va lmums richtig zu bemessen und allzugrosse Differenzen zwischen der Wärmeübertra- gungsflüssigkeit und der Lauge usw. zu vermeiden, die stark korrosionsfördernd wirken.
4. Den Ablauf des Produktes vollständig von dem auf grosser Fläche stattfindenden Abziig des Dampfes zu trennen, wodurch das Mitreissen von Flüssigkeitspartikelchen auf das Mindestmass beschränkt wird.
5. Die Trennung von Produkt und Dampf schon im Kessel durch eine mässige kreisende Bewegung zu fördern.
6. Das Beibehalten der einfachen, kreisrunden Form des Verdampferinhaltes gestattet es, bei Eindampfen von korrosiven Flüssigkeiten in der Mitte die Anode einer Pola- risation zum Schutze des Mantels und des Bodens gegen den Angriff anzubringen.
7. Die durch kleine Lufthähne verschliess baren Verbindungsleitungen zwischen den Überlaufrohren und der zugehörigen Va kutimleitung ermöglichen den Wegfall aller Ventile und Hähne in den Verbindungsleitungen des erhitzten, oft stark korrosiven Produktes.
Process for the continuous evaporation of liquids with a high boiling point in a vacuum and system for carrying out this process.
The problem of continuous evaporation in a vacuum of liquids with a high boiling point, such as. B. alkalis (soda and potassium hydroxide), acids and salt solutions, could not be solved in a satisfactory way due to the following facts:
1. by the impossibility of obtaining layers of this liquid of different concentrations in one and the same boiler, since the boiler contents were always heated by means of coils or double jackets in such a way that the steam or the heating fluid was fed in from above while the condensate or the drain the cooled liquid from the lower part of the boiler;
2. Due to the difficulty of allowing the evaporated liquid to run off regularly from the kettle during the boiling process, which usually takes place in a vacuum.
The purpose of the present invention is to visualize the liquid to be concentrated in the kettle by forced circulation. of a liquid heating medium in the heating coil of the boiler from bottom to top and, through the suitable arrangement of an overflow, to enable the uninterrupted removal of the most concentrated liquid from the relevant, usually the lowest, layer of the boiler.
Accordingly, the invention relates to a method for the continuous evaporation of liquids with a high boiling point in a vacuum in an evaporator provided on its lower part with a heating coil, which method is characterized in that a liquid heat transfer medium is circulated by means of a feed pump in such a way that it the lleizschlange runs through from bottom to top, while the product to be evaporated is brought to the inlet in the opposite direction and drawn off at the bottom.
The invention also relates to a system intended for carrying out this method, an example of which is shown in the drawing.
The system has two closed, evaporator-forming containers 1 and 2, arranged at different heights, each of which is provided on the outside at its lower part with a heating coil 1 a or 2 ". The container 1 is provided with a feed line 3 which opens into the upper part and is fed by a metering pump 3a. The connection of the two evaporators is accomplished by an overflow pipe 5, which is led from the bottom of the first evaporator out of the latter below the liquid level and ends below the liquid level of the second .
The two evaporators are each provided with an attachment connection 1b and 2 ′ at the top, to which a line 6 opening into a condenser 7 is connected.
The capacitor 7 is in turn connected to a Vaktitun pump 8 by a line pa. The overflow line 5 is connected at its upper curved part outside the container 1 by means of an auxiliary line 9 to the auxiliary pipe lb so that as long as a tap 9E is open, it is under the effect of the negative pressure prevailing in the upper part of the evaporator. By closing the tap 9 ", the overflow line is transformed into an ordinary siphon for emptying the evaporator.
The evaporator 2 is provided with a similar overflow pipe 10, which in turn is connected to the condenser 7 and whose drain opens into a Ba rometer vessel 12, whose Überlauflei intimately 12a allows the finished product to be filled. A thermostat 13 is installed in the overflow line 10 of the evaporator 2, which regulates the output of the metering pump 3a as a function of the temperature of the evaporated product with the aid of known control means, including a bypass valve 4.
The wire coils la and 2a are connected in series to the circulation heating by means of a liquid heat transfer medium. The heat source of this heater is a heater 14, the flow line 14a of which, in accordance with the principle of countercurrent heating, opens at the bottom into the heating coil 2 ″ of the evaporator 2 and again at the bottom into the hot coil 1a of the evaporator: 1.
The cooled heat transfer medium leaves this at the upper end of the coil la and is conveyed back through the return line 16 by means of a circulating pump 17 for rewarming in the heater 14, where it again runs through a pipe system according to the countercurrent principle, which goes through the burner 18 from top to bottom is heated. Since the circulation line of the heat transfer medium is completely closed, an expansion vessel 19 is provided which absorbs the changes in volume of the heating fluid.
The described system works as follows:
The liquid to be evaporated (alkaline lye, acid or salt solution) is fed to the evaporator 1 by means of the metering pump 3a, in which it is brought to a boil and thereby loses part of its water in the form of steam, corresponding to the heat input. The heavier, evaporated liquid sinks down into the lower part of the evaporator, fills the overflow line 5 and flows into the evaporator 2, in which it through the warmer heat. rme-transfertmgsnüttel is brought to the boil again and the remaining water is expelled to the desired dryness.
The liquid that has evaporated to the desired degree collects again due to its greater gravity in the lower part of the evaporator and flows under the pressure of the length etc. flowing out of the evaporator 1 through the overflow line 10 into the barometer vessel 12, in which it is under atmospheric pressure and can expire freely for further treatment.
The boiling in the two evaporators takes place in a vacuum, which is adapted to the physical conditions of the product. The boiling point of the liquid indicates the degree of its concentration. The thermostat 13 in the overflow line 10 of the final evaporator therefore allows the output of the metering pump 3 ″ to be reduced or increased according to the registered degree of heat, depending on whether the temperature of the end product is too low or too high.
The inlet of the liquid into the evaporator is tangential, as does the outlet, so that the liquid has a slight circular movement, which, like with sedimentation vessels, facilitates the sinking of the heavy parts and on the other hand promotes the evacuation of the vapor bubbles. The separation of steam and product takes place in the boiler itself in two opposite directions.
The heat transfer medium runs through the system in the opposite sense of the Prodifift. It has to be liquid so that, under the action of a circulation pump, it can run through the heating coils from bottom to top. It is in the heater 14 to the necessary temperature, for heavy alkalis z.
B. brought to 360 to 380 ", passes through the coil of the evaporator 2, where it releases its calories to the end product up to, for example, 300, then flows through the coil of the evaporator 1 and loses there, depending on the boiling point of the incoming lye its calories down to 160-190 ", so that it reaches the circulation pump cooled down considerably and is conveyed by it into the heater 14, in that the flue gases can again be used down to a relatively low temperature.
The advantages of the system described are as follows:
1. The system works continuously. There is no time lost for emptying and transferring the containers.
2. The consistent implementation of the countercurrent principle ensures the best possible heat utilization, both of the flue gases and of the heat transfer medium.
3. The distribution of the evaporation over several containers makes it possible to adapt the work of each to the given circumstances as well as possible, for example to correctly measure the height of the volume and to avoid excessive differences between the heat transfer fluid and the lye etc. have a strong corrosive effect.
4. To completely separate the drainage of the product from the exhaustion of the vapor taking place over a large area, whereby the entrainment of liquid particles is limited to the minimum.
5. To promote the separation of product and steam already in the boiler with a moderate circular movement.
6. Maintaining the simple, circular shape of the evaporator contents makes it possible, when corrosive liquids evaporate, to attach the anode of a polarization to protect the jacket and the bottom against attack.
7. The connecting lines between the overflow pipes and the associated Va kutimleitung, which can be closed by small air taps, make it possible to eliminate all valves and taps in the connecting lines of the heated, often highly corrosive product.