DE146090C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

/ Z¹ KLASSE 89 # H. ^ A

RMEYER in HALLE a. S.

mit Maschinenabdampf geheizt wird.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. März 1902 ab.

In Zuckerfabriken sind bei der Herstellung von Dicksaft aus Dünnsaft große Wassermengen zu verdampfen, und es erfolgt diese Verdampfung bekanntlich in sogenannten Mehrkörperapparaten, deren Heiz- und Safträume behufs mehrfacher Ausnutzung der der Heizkammer des I. Verdampfkörpers zugeführten Wärme derart miteinander verbunden sind, daß jeder der folgenden Körper

ίο mit dem im vorhergehenden Körper erzeugten Saftdampf geheizt wird bezw. mit einem Teil desselben, wenn Saftdämpfe auch zum Heizen von Ko.chapparaten und Vorwärmern benutzt werden.

Der I. Verdampfkörper des in der Regel aus drei oder vier Körpern bestehenden Verdampfsystems wird mit Maschinenabdampf geheizt und außerdem, wenn nicht genug Abdampf vorhanden ist, auch noch entweder mit gedrosseltem direkten Dampf oder mit Saftdampf. Der letztere, welcher nicht weniger Spannung haben darf als der Maschinenabdampf, wird bekanntlich in mit direktem Dampf geheizten sogenannten Hochdrucksaftkochern (Pauly-Apparaten) erzeugt. Die bisherigen Verdampf systeme mit mehrfacher Ausnutzung der dem I. Körper zugeführten Wärme verlangen sämtlich die Anwendung eines Einspritzkondensators und einer Luftpumpe, weil wegen der niedrigen Temperatur des zur Verwendung kommenden Maschinenabdampfes von geringer Spannung die zur Verdampfung erforderlichen Temperaturgefälle nur dadurch erreicht werden können, daß man den Saft unter einem geringeren Druck als den der Atmosphäre sieden läßt.

Abweichend von dem bisher bekannten Verfahren soll zur Erzielung von Dampfersparnis und zur Vereinfachung des Verdampfsystems die - Heizkammer des Hochdrucksaftkochers hauptsächlich mit Maschinenabdampf von geeigneter Spannung beheizt werden und die I, Heizkammer des Vielkörperverdampfapparates ausschließlich mit Saftdampf aus einem Hochdrucksaftkocher. In dem letzten Körper dieses Verdampfsystems, welches in den meisten Fällen aus später noch erörterten Gründen nur aus drei Körpern zu bestehen braucht, siedet dann der Saft unter einem Druck, welcher etwas größer ist als der der Atmosphäre, so daß ein Einspritzkondensator und eine Luftpumpe nicht erforderlich sind. Der im letzten Körper erzeugte Saftdampf wird zum Heizen von Saftvorwärmern, Füllmassekochapparaten usw. benutzt und wird bei zweckentsprechender maschineller Einrichtung der Zuckerfabrik in normalem Betriebe ganz dazu verbraucht.

Das neue Verdampf sy stem besteht also aus einem Vielkörperverdampf system, dessen I. Körper mit Maschinenabdampf und, nur wenn nötig, auch noch mit direktem Kesseldampf beheizt wird, und dessen letzter Körper noch unter einem Druck siedet, der etwas

größer ist als der der Atmosphäre, so daß ein Einspritzkondensator und eine Luftpumpe nicht erforderlich sind.

Mit diesem neuen Verdampfsystem wird nicht nur eine Vereinfachung durch Fortfall einiger Verdampf körper, des Einspritzkondensators und der Luftpumpe erreicht, sondern es wird auch ganz besonders eine wesentliche Dampfersparnis gegenüber den vollkommensten bisher gebräuchlichen Verdampfsystemen erzielt.

Daß mit diesem vereinfachten Verdampfsystem, welches weniger Verdampfungsstufen hat, als im allgemeinen bisher üblich waren, und welches außerdem voraussetzt, daß der Maschinenabdampf wesentlich höher gespannt ist, als es bisher nötig war, Ersparnisse an Kesseldampf erzielt werden, ist nur durch genaues Eingehen auf die Betriebsverhältnisse der Zuckerfabriken verständlich.

Der für den Betrieb einer Zuckerfabrik erforderliche Dampf wird in einem Kesselhause erzeugt und findet auf drei Arten Verwendung:

I. Zur Krafterzeugung" in Dampfmaschinen, die dann einen Teil des Dampfes mit verringerter Spannung als sogenannten Retourdampf wieder abgeben.

II. Zum direkten oder indirekten Anwärmen von Flüssigkeiten (Säften) und Füllmassen.

III. Zum Eindampfen der Säfte, wobei aus den Säften wiederum Dampf, jedoch von niederer Spannung entwickelt wird (Saftdampf oder Brüden).

Der bei I. entstehende Retourdampf und ' der bei III. entstehende Saftdampf sind für die Zwecke II. und III. unter geeigneten Verhältnissen wieder verwendbar.

Die Dampfwärme, die bei dem Maschinenbetrieb durch Verluste und durch Umwandlung in mechanische Energie verbraucht Wird, kann nicht wieder nutzbar gemacht werden, findet also nur einmal Verwendung. Die Dampfwärme, die zum Anwärmen der Flüssigkeiten und Füllmassen gebraucht wird, wird auch nur in seltenen Fällen durch Wärmeaustausch wieder nutzbar gemacht, findet also im allgemeinen auch nur einmal Verwendung.

Ganz anders liegt der Fall bei der Dampfwärme, die zum Eindampfen der Säfte benutzt wird, .mag sie aus direktem Dampf oder aus Retourdampf herrühren. Der dabei entstehende Saftdampf wird zu verschiedenen Zwecken wiederbenutzt, nämlich erstens zum Betriebe eines Verdampfapparates, dessen Inhalt unter niederem Druck und niederer Temperatur siedet, was in ganz bekannter Weise mehrmals hintereinander geschehen kann, und zweitens zum Anwärmen von Flüssigkeiten.

Hierbei ist nun zu beachten, daß man zwar theoretisch beliebig große Saftmengen mit einem unendlich kleinen Wärmeaufwand eindampfen kann, wenn man das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle in unendlich viele Stufen zerlegt. Praktisch ist dies aber nicht durchführbar, da man mit den Temperaturstufen aus Rücksicht auf die Größe der erforderlichen Heizflächen nicht unter ein gewisses Maß gehen kann.

Der Wärmeaufwand für die Verdampfung wird daher praktisch zu einem ziemlich erheblichen.

Betrachtet man die minimale Größe der Temperaturstufen als gegeben, so ist ihre Zahl und damit im umgekehrten Verhältnis die Größe des Wärmeaufwandes abhängig von der Größe des zu Gebote stehenden Temperaturgefälles. Bei Benutzung direkten Kesseldampfes zum Kochen ist dieses Temperaturgefälle in der Verdampfstation nach oben begrenzt durch die Temperatur, die für den Saft gerade noch zulässig ist; nach unten durch den Siedepunkt bei Luftleere.

Bei Benutzung von Retourdampf ist das Temperaturgefälle nach oben begrenzt durch die bisher übliche Spannung und Temperatur des Retourdampfes, den man mit Rücksicht auf die Maschinen nicht viel über atmosphärischen Druck kommen ließ.

Man kann nun, wie es die Praxis bisher ergeben hat, bei der Beheizung mit direktem Dampf zweckmäßig sechs Temperaturstufen anwenden, .nämlich zwei Saftkocher und einen vierfachen Verdampf apparat, bei der Beheizung mit Retourdampf aber höchstens vier Stufen, nämlich einen vierfachen Verdampfapparat.

Ferner hat die bisherige Praxis ergeben, daß der zur Verfügung stehende Retourdampf in neueren Fabriken in den vier Stufen bei weitem nicht zur Verdampfung ausreicht, so daß man noch ungefähr die gleiche Menge direkten Dampfes verwenden muß, dem man, wie erwähnt, zur besseren Ausnutzung ein höheres, in sechs Stufen geteiltes Temperaturgefälle gibt, indem zwei Hochdrucksaftkocher vor dem Vierfachverdampf apparat angewendet werden. Man hätte also zwei Verdampfsysteme nebeneinander, ein Sechskörper- und ein Vierkörpersystem. Man vereinigt aber die vier letzten Körper beider Systeme und erhält so ein Sechskörpersystem, dessen I. Körper mit direktem Kesseldampf und dessen III. Körper mit Brüden vom II. Körper (II. Hochdrucksaftkocher) und mit Retourdampf beheizt wird.

Denkt man sich aber diese Vereinigung nicht vorgenommen, sondern das Sechskörper- und Vierkörpersystem getrennt, so übt der direkte Dampf eine sechsfache, der Retour-

dampf eine vierfache Verdampfungswirkung aus.

In Wirklichkeit ist es aber nicht so, denn wie anfangs schon erwähnt wurde, braucht man für Anwärmezwecke und zum Verkochen der Dicksäfte im sogenannten Vakuum sehr erhebliche Dampfmengen. Diese entnimmt man in durchaus rationeller Weise nicht direkt den Kesseln, sondern den Verdampfapparaten,

ίο wo sie schon ein- oder mehrmal verdampfend gewirkt haben, und zwar entnimmt man sie, ihrem Verwendungszwecke entsprechend, dem I., IL, III. usw. Körper.

Infolge der Entnahme dieser Dampfmengen, die sehr bedeutend sind, ergibt sich gerade in besteingerichteten Fabriken, daß der direkte und der Retourdampf zusammen, die zur Verdampfung aufgewendet werden, durchschnittlich noch nicht einmal das Dreifache ihres Gewichtes verdampfen, obwohl sie in einem Sechs- bezw. Vierkörperapparat wirken. Eine Möglichkeit, diesem Übelstand zu begegnen, liegt darin, daß man das Temperaturgefälle nach oben hin erweitert, damit der Dampf schon öfter verdampfend gewirkt hat, bevor er dem Verdampf sy stem zu anderen Zwecken entnommen wird. Bei dem direkten Dampf ist eine Erweiterung des Temperaturgefälles nach oben mit Rücksicht auf die Erhaltung des Zuckers in den Säften nicht möglich. Bei dem Retourdampf aber kann diese Erweiterung des Temperaturgefälles vorgenommen werden, indem der Gegendruck auf die Maschinen erhöht wird.

Die für die Fabrik von den Dampfmaschinen zu leistende Arbeit ist eine bestimmte. Wird der Gegendruck auf die Maschinen erhöht, so arbeiten die Maschinen mit geringerer Expansion, aber mit größerer Füllung und natürlich mit entsprechend größerem Dampfverbrauch.

Der Wärmeverbrauch durch Verluste und durch Umwandlung in Arbeit bleibt annähernd der gleiche, dagegen verbleibt im Retourdampf beinahe das Doppelte an Wärme wie bei geringem Gegendruck. Die Maschinen

- als solche arbeiten also sehr unrationell. Aber es wird jetzt ein Retourdampf erzeugt, der die gleiche Spannung und Temperatur hat, wie der vorher zum Kochen benutzte direkte Dampf, ein Retourdampf also, der dem direkten Dampf für den vorliegenden Zweck vollkommen gleichwertig ist. Man kann jetzt den Retourdampf an Stelle des direkten Dampfes verwenden.

Hierin liegt tatsächlich eine erhebliche Ersparnis an Dampf, denn man bringt jetzt nur noch solchen Dampf in die Verdampfstation hinein, der von der höchsten Stufe derselben ab seine vielfach verdampfende Wirkung äußern kann und nicht erst, wie früher der Retourdampf, von der dritten Stufe ab. Es wird infolgedessen überhaupt weniger Dampf für die Verdampfstation erforderlich.

Wenn nun vorher gesagt ist, daß das neue Verdampf sy stern ohne Einspritzkondensator und ohne Luftpumpe arbeiten soll, indem sein letzter Körper unter einem Druck-siedet, der höher ist als der der Atmosphäre, so ist dies gleichbedeutend mit der Aufgabe einiger bisher angewendeter Temperaturstufen, also scheinbar auch gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Wärmeaufwandes für die Verdampfstation. Daß diese Erhöhung des Wärmeaufwandes nicht eintritt, sondern im Gegenteil sogar eine Verringerung, ist lediglich begründet in den praktisch ermittelten quantitativen Anforderungen an Dampf für verschiedene Anwärmezwecke und die Verkochung des Dicksaftes in den Vakuumapparaten usw. Die für diese Zwecke aufgewendete Wärme kann im allgemeinen nicht wiedergewonnen werden. Man entnimmt sie, wie früher schon erwähnt wurde, zweckmäßig nicht dem direkten oder dem Retourdampf, sondern dem Saftdampf eines ■ Verdampfkörpers, der für den gerade in Frage kommenden Zweck die geeignete Temperatur haben muß.

Nun ist praktischen Erfahrungen gemäß go der Bedarf an Dampf von etwas über atmosphärischer Spannung für das Anwärmen des Saftes, in der Diffusion, für die Beheizung der Vakuumkochapparate und dergl. so bedeutend, daß bei der durch das neue Verfahren bedingten verhältnismäßigen Vergrößerung der Leistung der höhergespannten Verdampfer, nämlich der jetzigen Saftkocher, überhaupt nur noch gerade ausreichend Saftdampf entsprechender Spannung für die vorgenannten Zwecke erzeugt wird.

Der Dünnsaft wird also schon in einem Verdampfsystem, dessen letzter Körper mit etwas höherer als atmosphärischer Spannung siedet, vollkommen zu Dicksaft konzentriert. Die bisherigen Verdampfkörper mit geringerer als atmosphärischer Spannung und der zugehörige Kondensator mit Luftpumpe kommen dadurch in Fortfall.

Man wird also bei der neuen Einrichtung meistens nur mit drei Apparaten arbeiten, die in bezug auf Druck und Temperatur ungefähr den bisherigen beiden Hochdrucksaftkochern und dem I. Körper des vierfachen Verdampf Systems entsprechen.

Um verstehen zu können, daß man mit diesem dreifachen System günstiger arbeiten kann als mit dem bisherigen teils vier-, teils sechsfachen, muß man sich vergegenwärtigen, daß infolge der großen Dampfentnahme besonders aus dem sogenannten I. Körper überhaupt nicht einmal eine dreifache Verdampfung

erzielt wurde. Wenn aber eine solche erzielt wurde oder gar~ noch eine höhere, so geschah es dadurch, daß man zu Anwärmezwecken oder zum Verkochen der Dicksäfte direkten oder Maschinenretourdampf benutzte, dessen Wärme noch gar nicht verdampfend gewirkt hatte. . Der Gesamtwärmeverbrauch der Fabrik war dabei aber natürlich ein noch größerer.

Am einfachsten läßt sich dieses, sowie die

ίο Vorteile des neuen Verdampfsystems an einem Zahlenbeispiel erläutern, wie es im folgenden geschehen ist.

Eine Zuckerfabrik mit einer Verarbeitung von 750 000 kg Rüben in 24 Stunden muß in den Verdampfapparaten etwa 31000 kg Wasser pro Stunde aus dem Saft abscheiden. Zu Anwärmezwecken sind etwa 6 700 kg Dampf pro Stunde erforderlich, zum Verkochen der Dicksäfte im Vakuum 7300 kg Dampf pro Stunde.

Diese Aufgabe kann nach drei verschiedenen Methoden gelöst werden.

Es sei bemerkt, daß im folgenden mit I. Körper stets ein Verdampfapparat gemeint ist, der ungefähr dem I. Hochdrucksaftkocher entspricht, und daß die folgenden fortlaufend numeriert sind, so daß der sonst als I. Körper bezeichnete hier III. Körper genannt ist.

Der Verbrauch an Dampf für Kraftleistung und Verluste ist in allen Beispielen als konstante Größe außer Betracht gelassen.

I.Methode. Sechsfaches Verdampfsystem, beheizt im I. Körper mit direktem Dampf. Der Retourdampf, dessen Menge nach praktisehen Erfahrungen auf 7500 kg geschätzt werden kann, dient zur Beheizung der Vakuumapparate, wozu aber nur 7300 kg erforderlich sind. Der Rest von 200 kg wird mit zu Anwärmezwecken benutzt, zu denen außerdem noch 6700 — 200 = 6500 kg direkten Dampfes genommen werden müssen.

Da der sechsfachen Verdampfstation keinerlei Dampf für irgendwelche Zwecke entnommen wird, so hat sie, von Verlusten abgesehen, eine vollkommen sechsfache Verdampfung.

Man braucht also zu ihrer Beheizung —-— = rund 5 170 kg direkten Dampf pro Stunde.

I. Körper 500 + 2300 + II. Körper 2 300 +

III. Körper 3700 +

IV. Körper
V. Körper

VI. Körper
^F

Der Dampfverbrauch für die Verdampfstation, der in diesem Falle den Gesamtdampfverbrauch ausmacht, beträgt:

6 500 -|- ι 220 + 7 500 = 15 220 kg,

Der Gesamtdampfverbrauch beträgt also in diesem Falle vollkommener sechsfacher Verdampfung 7 300 + 6500 + 5 170=: 18970 kg Dampf pro Stunde.

II. Methode. (Entspricht dem heute üblichen Verfahren.) Der gesamte Retourdampf (7500 kg) soll zur Beheizung des III. Körpers des Sechskörpersystems dienen.

Zu Anwärmezwecken sollen 6700 kg der Verdampf station entnommen werden, und zwar dem I. Körper 500 kg und dem III. Körper 6200 kg.

Zum Kochen im Vakuum sollen der Verdampfstation 7300 kg, und zwar dem II. Körper 2300 kg und dem III. Körper 5000 kg Dampf entnommen werden.

Mithin werden entnommen

dem I. Körper 500 kg,

dem II. Körper 2 300 kg,

dem III. Körper 11 200 kg

14000 kg.

Die dem III. Körper zugeführten 7 500 kg Retourdampf verdampfen 7 500 kg, die dem Körper sofort wieder entzogen werden, es bleiben außerdem noch 11200 — 7500 = 3 700 kg abzugeben. Diese 3 700 kg müssen mit Saftdämpf aus dem II. Körper erzeugt werden, der damit 2 300 + 3 700 = 6000 kg zu leisten hat. Der I. Körper hat nochmals 500 kg mehr abzugeben.

Von den drei ersten Körpern sind nach vorstehendem zu verdampfen:

I. Körper 500 + 2300 + 3 700 = 6500kg, II. Körper 2 300 + 3 700 = 6 oookg,

III. Körper 3 700 + 7 500 =11 200kg,

—

23700 kg.

Da aber 31000 kg verdampft werden müssen, bleiben noch 7 300 kg, die sich gleichmäßig auf die sechs Stufen mit je 1 120 kg verteilen.

Für ihre Verdampfung sind noch 1 220 kg direkten Dampfes im I. Körper aufzuwenden.

Die Verdampfstation verdampft im ganzen:

3 700 + ι 220 = 7 720 kg,

3 700 + ι 220 = 7 220 kg,

7 500 + ι 220 = 12 420 kg,

ι 220 — ι 220 kg,

ι 220 = ι 220 kg,

ι 220 = ι 220 kg ^X15

31020 kg
= rund 31 000 kg.

ist also um 20 Prozent niedriger als nach Methode I, obwohl die Verdampfung nur eine 31 000

15 220

= 2,04fache ist.

III. Methode. (Neues Verfahren.) Der Retourdampf ist so hoch gespannt, daß er zur Beheizung des I. Körpers dienen kann. Seine Menge ist infolgedessen bei gleicher Maschinenleistung von 7 500 auf etwa 14000 kg/Stunde gestiegen.

Die Dampfentnahme aus der Verdampf-

Station für Heiz- und Vakuumkochzwecke ist wie bei der vorhergehenden Methode. Es werden also im ganzen 14000 kg entnommen. Da der gesamte Heizdampf dem I. Körper zugeführt wird, so müssen dies wenigstens 14000 kg sein und es würden dann verdampfen :

der I. Körper 14 000

der II. Körper 14 000 — 500 .......

der III. Körper 14 000 — 500 — 2300

■ Dies würden 38700 — 31000 = 7700 kg mehr sein, als überhaupt zu verdampfen sind. Um das richtige Verhältnis zu erzielen, muß man dem II. Körper 7 700 kg mehr entnehmen und dem III. Körper 7 700 kg weniger-Es verdampfen dann:

der I. Körper 14 000 kg,

der II. Körper 13 500 kg,

der III. Körper 3 500 kg

31 000 kg.

Die Verdampfung ist eine = 2,22 fache.

14000

Die auf 14 000 kg vermehrte Retourdampfmenge reicht gerade zur Beheizung der Verdampfstation aus. Der Gesamtdampfverbrauch beträgt 14000 kg gegen 18970 und 15220 nach den beiden ersten Methoden und ent

der I. Körper 14 000 — 7 700 der II. Körper 6 300 — 500 der III. Körper 13 500 — 2 300

Der Gesamtverbrauch sowie die Verdampfungsziffer der Verdampfstation werden dadurch nicht verändert. Ebenso bleibt die Ersparnis dieselbe. Es ist aber einem etwaigen Überschuß an Retourdampf vorgebeugt, da der Teil der Maschinen, der seinen Retourdampf jetzt auf den II. Körper abgibt, mit verringertem Gegendruck arbeitet und daher weniger Retourdampf liefert. Die drei letzten Körper fallen bei Methode III überhaupt fort.

14000 kg,
13 500 kg,
11 200 kg

38 700 kg.

spricht einer Ersparnis von 26 bezw. 8 Prozent gegenüber der I. und II. Methode.

Die Retourdampfmenge ist so groß angenommen, daß sie gerade zur Beheizung der Verdampfstation ausreicht, was den Ausmittlungen an Diagrammen und sonstigen Erfahrungen in der Tat sehr nahe kommt. Ist zu befürchten, daß dieselbe zu groß wird, so gibt es ein sehr einfaches Mittel dagegen. Die vorher aus dem III. auf den II. Körper verlegte Dampfentnahme von 7 700 kg wird ganz oder zum Teil in den III. Körper zurückgelegt. Angenommen, es geschähe dies ganz, so könnte man die Regulierung der Verdampf station, die jetzt zuviel Heizdampf haben würde, auch dadurch vornehmen, daß man den I. Körper mit 7 700 kg weniger beheizt und dem II. Körper statt dessen 7 700 -kg zuführt. Es würden dann verdampfen :

= 6 3OO kg, S₅

7700 = 13500 kg,

............. = 11 200 kg

31 000 kg.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Verdampf sys tem, vornehmlich zur Eindampfung von Dünnsäften in Zuckerfabriken, bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Verdampf körpern ohne Einspritzkondensator und ohne Luftpumpe, in welchem die Flüssigkeit unter einem Druck siedet, welcher größer ist als der der Atmosphäre, und dessen I. Körper mit Maschinenabdampf von geeigneter Spannung beheizt wird, zum Zwecke der Dampfersparnis und der Vereinfachung der Einrichtung.

   Berlin, öedruckt in der Reichsdruckerei,