DE2900342C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kondensation eines mit Wasserdampf beladenen Dampfstromes einer leicht flüchtigen Flüssigkeit, sowie die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus den BBC-Nachrichten, Bd. 57 (1975), Seite 458 bis 463 zum Trocknen und Entgasen von Transformatoren in einem Autoklaven, bevor die Transformatoren mit Öl gefüllt werden, bekannt. Im Autoklaven entsteht ein Dampfgemisch, das sich aus einer leicht flüchtigen Flüssigkeit (Solvent), Wasserdampf und Leckluft zusammensetzt. Dieses Gemisch wird einem Kondensator zugeführt. Die Leckluft wird aus dem Kondensator abgesaugt und das Wasser in einem Kondensatorsammelbehälter vom Solvent abgetrennt, wobei das Solvent wieder dem Verdampfer zugeführt wird. Die Menge des Gemisches, die dem Kondensator zugeführt wird, muß einstellbar sein und während des Trocknungsprozesses annähernd konstant bleiben. Das anfallende Kondensat muß möglichst tief, beispielsweise auf 30°C heruntergekühlt werden, damit der Wasserdampfpartialdruck genügend klein wird. Auf 1 Liter Wasser können bis 300 l Solvent entfallen, die dann bei einer Temperatur von 100 bis 300°C wieder verdampft werden müssen.

Die Mengenregulierung geschieht entweder mit einem durch den Kondensatanfall gesteuerten Drosselventil in der Dampfableitung aus dem Autoklaven zum Kondensator, oder durch den Kondensatstand im Kondensator, der sich so einstellt, daß gerade soviel Gemisch kondensiert, wie beispielsweise von einer regelbaren Dosierpumpe abgepumpt wird.

Ein Nachteil besteht hierbei darin, daß diese Art der Regulierung einen zusätzlichen Kondensator erfordert, damit mit der Leckluft nicht zuviel Wasser- und Solventdampf abgesogen wird. Ein weiterer gemeinsamer Nachteil der beiden erwähnten Prozeßabläufe ist darin zu sehen, daß neben der Kondensationswärme auch die Kühlwärme verloren geht und abgeführt werden muß, was einen entsprechend hohen Wasserverbrauch erfordert.

Weiterhin ist aus der DE-AS 10 25 833 und der US-PS 26 17 528 bekannt, bei einem zweistufigen Kondensator die aus der zweiten Stufe abfließende Flüssigkeit, nach Abtrennung der in Wasser nicht oder nur teilweise löslichen Stoffe, als Kühlmittel in der ersten Kondensationsstufe zu verwenden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, das die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 aufweist, so zu verbessern, daß die Kühlwärme weitgehend zurückgewonnen und damit auch der Kühlmediumverbrauch kleiner gehalten werden kann. Ferner soll die dazu erforderliche Vorrichtung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine weitgehende Rückgewinnung der Kühlwärme und damit auch eine Herabsetzung des Kühlmediumverbrauchs, vorzugsweise des Kühlwassers, gewährleistet wird.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in den Unteransprüchen charakterisiert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung vereinfacht dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschema der gesamten Kondensations-Trocknungsvorrichtung,

Fig. 2 eine zweite beispielsweise Anordnung der Kühlwärme-Rückgewinnung,

Fig. 3 eine dritte beispielsweise Anordnung der Kühlwärme-Rückgewinnung, und

Fig. 4 eine beispielsweise Ausführung einer Regelvorrichtung des zweiten Kondensatorteiles.

Gemäß Fig. 1 ist ein Autoklav 1 mit einem Verdampfer 3 über eine Dampfleitung a verbunden. Eine Dampfableitung c aus dem Autoklaven 1 führt zu einem zweiteiligen Kondensator 4, wobei der ersten Kondensatorteil 4′ über eine Verbindung e mit dem zweiten Kondensatorteil 4′′ verbunden ist. Eine Kondensatableitung d aus dem ersten Kondensatorteil 4′ führt über eine Kondensatleitung d₁ zum Autoklaven 1 oder über eine Kondensatleitung d₂ zum Verdampfer 3. Die Kondensatableitung i aus dem zweiten Kondensatorteil 4′′ führt zu einem Sammelbehälter 5, in dem sich das Wasser unten ansammelt und über eine Abflußleitung k abgelassen werden kann. Das sich im Autoklaven 1 und im Sammelbehälter 5 ansammelnde Solvent wird über Pumpen 9, 10 und über Kondensatableitungen b₁, b₂ und über ein Vorwärmsystem b₃-b (Kühlleitungen)-b₄, d. h. über eine Kondensatleitung b₃ über die Kühlleitungen b im ersten Kondensatorteil 4′ und einer Kondensatleitung b₄ dem Verdampfer 3 zugeführt.

Das Kühlmedium für den zweiten Kondensatorteil 4′′ wird über einen Kühlleitungs- Eintritt h₁ den Kühlleitungen h zugeleitet und fließt über einen Kühlleitungs-Austritt h₂ ab.

Der Autoklav 1 kann über eine Vakuumleitung f mit der Hauptvakuumeinrichtung 71 evakuiert werden. Durch eine Leckvakuumeinrichtung 72, beispielsweise Leckluftpumpe, wird die in die Apparatur eingedrungene Luft aus dem zweiten Kondensatorteil 4′′ abgesaugt. Ein Solvent-Vorratsbehälter 6 kann sowohl über Verbindungsleitungen g-g₁ und über die Kondensatleitung b₄ direkt mit dem Verdampfer 3 als auch über Verbindungsleitungen g-g₂ über die Kondensatableitung b₂ und das Vorwärmsystem b₃-b-b₄ mit dem Verdampfer 3 verbunden sein.

Gemäß Fig. 2 ist der erste Kondensatorteil 4′ als Einspritzkondensator 4′ _E ausgebildet. Das aufzuwärmende Solvent wird über die Pumpen 9, 10 und über die Kondensatableitungen b₁, b₂ und über die Kondensatleitung b₃ des Vorwärmsystems b₃-b-b₄ einem Zerstäuber 13 eines Kessels 14 des Einspritzkondensators 4′ _E zugeführt. Der teilweise an diesen Tröpfchen des Solventkondensates kondensierende Dampf aus dem Autoklaven 1 wird dem Verdampfer 3 über die Kondensatleitung b₄ zugeführt. Der nicht kondensierte Teil strömt über eine Verbindungsleitung e zum zweiten Kondensatorteil 4′′.

Eine Ausführung des Kondensators 4, in dem die miteinander verbundenen beiden Kondensatorteile 4′, 4′′ übereinander achsparallel in einem gemeinsamen, beispielsweise zylinderförmigen Gehäuse 41 untergebracht sind, ist in Fig. 3 dargestellt. Das Gehäuse 41 weist beidseitig Deckel 42, 43 auf und ist durch eine Trennwand 45, mit Ausnahme des Verbindungsbereiches e, in einen oberen und einen unteren Teil aufgeteilt, wobei der erste Kondensatorteil 4′ im oberen, der zweite Kondensatorteil 4′′ im unteren Teil angeordnet sind. Die Kühlleitungen b im ersten Kondensatorteil 4′ werden vom aufzuwärmenden Solvent und die Kühlleitungen h im zweiten Kondensatorteil 4′′ vom Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, durchströmt. Der Dampfeintritt über die aus dem Autoklaven 1 führende Dampfableitung c ist beim Solventaustritt in der Nähe der zum Verdampfer 3 führenden Kondensatleitung b₄ und die zum hier nicht dargestellten Sammelbehälter 5 führende Kondensatableitung i mit der Dosierpumpe 11 beim Kühlmedium-Eintritt h₁ angeordnet. Entsprechend der an der Dosierpumpe 11 eingestellten Menge stellt sich das Niveau 12 des Kondensats im zweiten Kondensatorteil 4′′ ein. Die Leckluftpumpe 72 hält über die Vakuumleitung f₁, in welcher ein Regler 8 angeordnet ist, den Druck, beispielsweise 40 mbar, in der Absaugzone 16 konstant. Dieser Absaugzone 16 sind Schikanen 15 vorgeschaltet. Ein Leitblech 46 beeinflußt den Abflußweg des Kondensats.

In Fig. 4 ist ein selbständiger und regelbarer zweiter Kondensatorteil 4′′ dargestellt, dem der erste Kondensatorteil 4′, beispielsweise Einspritzkondensator 4′ _E , vorgeschaltet ist. Das Kühlmedium tritt über den Kühlleitungs-Eintritt h₁ in die untere Hälfte eines Deckels 44 ein und fließt dann über U-förmige Kühlleitungen h zum oberen Teil des Deckels 44 und von dort weiter über den Kühlleitungs-Austritt h₂ ab. Eine Trennwand 45′ teilt die Kühlrohranordnung in eine obere und untere Hälfte, wobei beide durch eine Verbindung e₁ verbunden sind. Die Dampfzuleitung über die aus dem ersten Kondensatorteil 4′ führende Verbindung e ist beim Kühlleitungs-Austritt h₂ angeordnet. Beim Kühlleitungs-Eintritt h₁ fließt das Kondensat über eine Kondensatableitung i₁ in ein Überlaufgefäß 19 und über die Kondensatableitung i zum hier nicht dargestellten Sammelbehälter 5. Schikanen 15 sind der Absaugzone 16 vorgeschaltet, wobei die Absaugzone 16 einerseits über die Vakuumleitung f₁ mit der Vakuumeinrichtung 72 und zum anderen über die Vakuumleitung f₁ und eine Verbindungsleitung f₂ mit dem Überlaufgefäß 19 verbunden ist. Der Vakuumeinrichtung 72 ist ein Regelventil 17 vorgeschaltet, das durch die Soll-Ist-Wert-Abweichung eines Durchflußmessers 18 im Kühlleitungs-Eintritt h₁ gesteuert wird. Der Kühlleitungs-Austritt h₂ enthält ein Regelventil 20 mit Temperaturfühler, das die Austrittstemperatur des Kühlmediums, vorzugsweise Wassers, konstant hält. Es sind Entlüftungsleitungen m vorgesehen, die Zonen, in denen sich Luft ansammeln kann, mit der Absaugzone 16 verbinden, wobei die Entlüftungsleitungen m mit Kühlrippen 21 versehen sein können.

Gleiche Teile sind in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird wie folgt betrieben:

Vom Verdampfer 3 strömt über die Dampfleitung a Solventdampf in den Autoklaven 1. Wird der Totaldruck im Autoklaven 1, der sich aus Solventdampf-, Wasserdampf- und Luft-Teildrücken zusammensetzt, größer als der Druck in der Absaugzone 16, so beginnt dieses Gemisch in den zweiteiligen Kondensator 4 hineinzuströmen. Im zweiten Kondensatorteil 4′′ beginnt die Kondensation. Das sich im Sammelbehälter 5 ansammelnde Kondensat und das Kondensat aus dem Autoklaven 1 wird dann über die Kondensatableitungen b₂, b₁ über die Kühlleitungen b des Vorwärmsystems b₃-b-b₄ in den Verdampfer 3 zurückgepumpt, wodurch auch eine Kondensation im ersten Kondensatorteil 4′ beginnen kann. Das durchfließende Solvent wird im ersten Kondensatorteil 4′ erwärmt. Die Druck- und Temperaturverhältnisse im ersten Kondensatorteil 4′ sind so, daß dort nur Solvent kondensiert, wodurch das Kondensat aus dem ersten Kondensatorteil 4′ nicht in den Sammelbehälter 5 geleitet werden muß.

Die Anzahl und Länge der Kühlleitungen b für den ersten Kondensatorteil 4′ ist so berechnet, daß das austretende Solvent nur 10 bis 20°C kälter ist als der aus dem Autoklaven 1 austretende Dampf. Diese Differenz wird noch kleiner, wenn für den ersten Kondensatorteil 4′, wie in Fig. 2 gezeigt, der Einspritzkondensator 4′ _E eingesetzt wird.

Die beiden Kondensatorteile 4′, 4′′ müssen nicht separat angeordnet sein, sondern können auch in einem gemeinsamen Gehäuse 41 vereinigt werden. Die gewählte zylindrische Form des horizontal angeordneten Gehäuses 41 ermöglicht den Einbau der Schikanen 15, die eine Regelung durch das Kondensatniveau ohne einen Zusatzkondensator ermöglichen. In den Räumen zwischen den der Absaugzone 16 vorgeschalteten Schikanen 15 kondensiert der Solvent- und Wasserdampf bis auf einen genügend kleinen Restdruck.

Erfindungsgemäß kann der zweite Kondensatorteil 4′′ anstatt mit der Niveauhöhe des Kondensats durch den Druck in der Absaugzone 16 geregelt werden, wie in Fig. 4 gezeigt wird.

Die Absaugzone 16 ist über ein Regelventil 17 mit der Leckvakuumeinrichtung 72 verbunden. Erfindungsgemäß wird das Regelventil 17 durch den Kondensatanfall im zweiten Kondensatorteil 4′′ oder gemäß einer weiteren Ausbildung mit einer dazu proportionalen Größe gesteuert. Um eine zum Kondensatanfall proportionale Größe zu erhalten, wird in die Austrittsleitung h₂ des Kühlmediums ein Temperaturfühler eingebaut, der das Regelventil 20 so steuert, daß die Austrittstemperatur des Kühlmediums stets den vorbestimmten Wert aufweist. Bei konstanter Eintrittstemperatur des Kühlmediums ist dann der Kühlmitteldurchsatz proportional zur Kondensationsrate. Die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Soll-Durchsatz und dem durch das Regelventil 20 bestimmten Ist-Durchsatz kann erfindungsgemäß zur Steuerung des Regelventils 17 benutzt werden. Die Stabilität der Kondensationsrate in einem derart gesteuerten zweiten Kondensatorteil 4′′ kann durch Entlüftungsleitungen m verbessert werden. Bereiche außerhalb der Schikanen 15, wo sich Luft ansammeln kann, werden mit der Absaugzone 16 verbunden. Solche Entlüftungsleitungen m sollen zuerst senkrecht ansteigen und dort mit Kühlrippen 21 versehen sein. Im senkrechten Teil kondensiert Solvent und/oderWasser, während die Luft über die Entlüftungsleitungen m zur Absaugzone 16 strömt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1Autoklav2Trocknungsgut3Verdampfer4Kondensator4′erster Kondensatorteil4′′zweiter Kondensatorteil41, 41′Gehäuse42Deckel43Deckel44Basisdeckel45, 45′Trennwände46Leitblech für den Kondensatabfluß5Sammelbehälter6Vorratsbehälter7Vakuumeinrichtung71Hauptvakuumeinrichtung72Leckvakuumeinrichtung8Regler zur Konstanthaltung des Drucks in der Absaugzone 16 9Förderpumpe10Förderpumpe11Dosierpumpe12Regler zur Regelung des Kondensatanfalls durch die Höhe des Kondensatniveaus13Zerstäuber14Kessel15Schikanen16Absaugzone17Regelventil, durch das die pro Zeiteinheit abgesaugte Leckluft geregelt wird18Durchflußmesser19Überlaufgefäß20Regelventil mit Temperaturfühler21KühlrippenaDampfleitung aus dem Verdampfer zum AutoklavenbKühlleitungen des ersten Kondensatorteilesb₁Kondensatableitung aus dem Autoklaven b₂Kondensatableitung aus dem Sammelbehälter b₃Kondensatleitung b₁+b₂ gegebenenfalls +g₂ b₄Kondensatleitung zum Verdampfer b₃-b-b₄Vorwärmsystem cDampfableitung aus dem Autoklaven in den ersten Kondensatorteil d-d₁Kondensatableitung aus dem ersten Kondensatorteil in den Autoklaven d-d₂Kondensatableitung aus dem ersten Kondensatorteil in den Verdampfer eVerbindung zwischen dem ersten und zweiten Kondensatorteil e₁Verbindung zwischen dem oberen und unteren Teil des zweiten Kondensatorteils fVakuumleitung f₁Vakuumleitung f₂Verbindungsleitung zwischen der Vakuumleitung f₁ und dem Überlaufgefäß gVerbindungsleitung aus dem Vorratsbehälter zum Verdampfer g₁Verbindungsleitung zum Verdampfer über die Kondensatableitung b₄ g₂Verbindungsleitung zum Verdampfer über die Kondensatableitung b₂ und über das Vorwärmsystem b₃-b-b₄ hKühlleitungen des zweiten Kondensatorteiles h₁Kühlleitungs-Eintritt h₂Kühlleitungs-Austritt iKondensatableitung aus dem zweiten Kondensatorteil i₁Kondensatableitung aus dem zweiten Kondensatorteil zum Überlaufgefäß kAbflußleitung mEntlüftungsleitungen

Claims (15)

1. Verfahren zur Kondensation eines mit Wasserdampf beladenen Dampfstromes einer leicht flüchtigen Flüssigkeit, insbesondere einer Flüssigkeit mit niedrigerem Dampfdruck als Wasser, die bei einer höheren Temperatur als Wasser wieder verdampft werden muß, wobei der Dampfstrom aus einem Autoklaven, in dem Trocknungsgut durch Kondensationswärme eines Teiles des Dampfes aufgeheizt wird, zu einem Kondensator geleitet wird und Wasserdampf aus dem Trocknungsgut sowie in die Apparatur eingedrungene Luft transportiert und im Kondensator kondensiert, während gleichzeitig die Luft abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) aus einem Autoklaven (1) ein mit Wasserdampf und Luft vermischter Dampfstrom einer leicht flüchtigen Flüssigkeit in einen ersten Kondensatorteil (4′) und von dort in einen zweiten Kondensatorteil (4′′) geleitet wird, in welchen der Dampfstrom kondensiert und das sich in dem zweiten Kondensatorteil (4′′) ansammelnde Kondensat einen Sammelbehälter (5) zuführt und das Wasser von der leicht flüchtigen Flüssigkeit getrennt wird,
• b) das im Sammelbehälter (5) anfallende Kondensat der leicht flüchtigen Flüssigkeit wird über eine Kondensatableitung (b₂) in einem Vorwärmsystem (b₃-b-b₄) durch den ersten Kondensatorteil (4′) geleitet, dabei vorgewärmt und einem Verdampfer (3) zugeführt und
• c) das im Autoklaven (1) anfallende Kondensat der leicht flüchtigen Flüssigkeit wird über eine Kondensatableitung (b₁) über das Vorwärmsystem (b₃-b-b₄) ebenfalls dem Verdampfer (3) zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Vorratsbehälter (6) in den Verdampfer (3) intermittierend nachzufüllende leicht flüchtige Flüssigkeit durch eine Verbindungsleitung (g-g₂) über die Kondensatableitung (b₂) und das Vorwärmsystem (b₃-b-b₄) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der leicht flüchtigen Flüssigkeit aus dem ersten Kondensatorteil (4′) über eine Kondensatableitung (d-d₁) dem Autoklaven (1) zugeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der leicht flüchtigen Flüssigkeit aus dem ersten Kondensatorteil (4′) über eine Kondensatableitung (d-d₂) dem Verdampfer (3) zugeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatanfall in dem zweiten Kondensatorteil (4′′) über ein Regelventil (17) durch die pro Zeiteinheit aus dem zweiten Kondensatorteil (4′′) abgesaugte Luft gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (17) mit Hilfe des Kühlmitteldurchsatzes, einer zum Kondensatanfall proportionalen Größe, gesteuert wird, indem ein Regelventil (20) mit Temperaturfühler den Durchsatz so regelt, daß die Austrittstemperatur des Kühlmittels in einem Kühlleitungs-Austritt (h₂) stets einen vorbestimmten Wert annimmt und durch die Soll-Ist-Abweichung eines Durchflußmessers (18) das Regelventil (17) gesteuert wird.

7. Einrichtung zur Kondensation eines mit Wasserdampf beladenen Dampfstromes einer leicht flüchtigen Flüssigkeit, insbesondere einer Flüssigkeit mit niedrigerem Dampfdruck als Wasser, die bei einer höheren Temperatur als Wasser wieder verdampft werden muß, mit einem Autoklaven, in dem Trocknungsgut durch Kondensationswärme eines Teiles des Dampfes aufgeheizt wird, und mit einem Kondensator, in den der Wasserdampf aus dem Trocknungsgut und in die Apparatur eingedrungene Luft transportierende Dampfstrom aus dem Autoklaven eingeleitet wird und kondensiert nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (4) einen ersten Kondensatorteil (4′) und einen zweiten Kondensatorteil (4′′) aufweist und beide Teile (4′, 4′′) miteinander durch eine Verbindung (e) verbunden sind, und daß der erste Kondensatorteil (4′) Kühlleitungen (b) eines Vorwärmsystems (b₃-b-b₄) und der zweite Kondensatorteil (4′′) Kühlleitungen (h) für ein von außen zugeführtes Kühlmedium aufweisen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmsystem durch eine Kondensatleitung (b₃), Kühlleitungen (b) und einer zu einem Verdampfer (3) führenden Kondensatleitung (4) gebildet wird.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensatorteil (4′′) über eine Kondensatableitung (i) in einen Sammelbehälter (5) und von dort über eine mit einer Förderpumpe (10) versehene Kondensatableitung (b₂) an das Vorwärmsystem (b₃-b-b₄) angeschlossen ist.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Autoklav (1) über eine mit einer Förderpumpe (9) versehene Kondensatableitung (b₁) an das Vorwärmsystem (b₃-b-b₄) angeschlossen ist.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorratsbehälter (6) für leicht flüchtige Flüssigkeit durch eine Verbindungsleitung (g-g₂) über die Kondensatableitung (b₂) an das Vorwärmsystem (b₃-b-b₄) angeschlossen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensatorteil (4′) als Einspritzkondensator (4′ _E ) ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensatorteil (4′) und der zweite Kondensatorteil (4′′) horizontal, achsparallel zueinander und miteinander verbunden in einem gemeinsamen, zylinderförmigen Gehäuse (41) angeordnet sind, wobei im Gehäuse (41) zwischen den beiden Kondensatorteilen (4′, 4′′) eine Trennwand (45) vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensatorteil (4′′) eine Absaugzone (16) mit vorgeschalteten Schikanen (15) aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Absaugzone (16) eine oder mehrere Entlüftungsleitungen (m) münden, die im Gehäuse (41) mit Zonen außerhalb der Schikanen (15) verbunden sind.