DE3014831A1

DE3014831A1 - Kaskadenverdampfer fuer kondensations-trocknungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE3014831A1
Application number: DE19803014831
Authority: DE
Inventors: Fritz Urdorf Benkert; Hans-Ulrich Dr. Ennetbaden Nabholz
Original assignee: Micafil Ag 8048 Zuerich; Micafil AG
Current assignee: Micafil Vakuumtechnik AG
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE3014831C2; SE8101264L; CH646068A5; SE448210B

Description

Kaskadenverdampfer für Kondensations-Trocknungsvorrichtungen
Die Erfindung betrifft einen Kaskadenverdampfer mit Sammelbehälter für eine Trocknungsvorrichtung für getränkte Isolationen, wobei das Trocknungsgut in einem Autoklaven mittels Kondensationswärme eines flüssigen, leicht flüchtigen Arbeitsmedium aufgeheizt wird, und die Tränkflüssigkeit als höher siedendes Medium anfällt und sich mit dem Arbeitsmedium vermischt und anschliessend einem Verdampfer zugeführt und dort aufkonzentriert wird.
In derartigen Vorrichtungen werden beispielsweise Transformatoren behandelt bevor sie mit Oel gefüllt werden. Falls die Transformatorspulen vorimprägniert sind oder es sich um einen bereits im Betrieb gewesenen Transformatoren handelt, enthält die Isolation Oel. Bei der Trocknung soll nicht nur Wasser, sondern auch das Oel der Isolation entzogen werden. Wird dabei die Konzentration des Oels im Arbeitsmedium zu hoch, so beeinträchtigt der damit verbundene Dampfdruckverlust den Verfahrensablauf. In diesem Fall muss das Oel aus dem Kreislauf des Arbeitsmediums, beispielsweise des Kerosins, abgetrennt werden.
Mit den heute üblichen Arbeitsmedien und bei einer Trocknungstemperatur von zwischen 120 bis 130 °C, kann das Oel nicht mit der angestrebten Reinheit direkt aus dem Verdampfer extrahiert werden.
Das vorkonzentrierte Gemisch im Sammelbehälter kann in Anschluss an den Trocknungsprozess im Verdampfer weiter auf- konzentriert werden, oder laufend während der Trocknung in der gewünschten Reinheit uber eine Destillationseinrichtunq abgezogen werden.
Um die erforderliche Konzentration des (leims zu erreichen, sind verschiedene Massnahmen zur Anwendung gekommen, beispielsweise die Verwendung von Grossverdampfern mit einem separaten Teil für die Aufkonzentrierung des Oels, Dünnschichtverdampfern mit separater Vorwärmung des Arbeitsmediums oder Kleinverdampfern mit eingebauter Trenneinrichtung.
Die an sich bekannten Fallfilmverdampfer ermöglichen zwar eine zuverlässige, wartungsfreie Arbeitsweise, haben jedoch den Nachteil, dass sie für derartige Trocknungsvorrichtungen zu voluminös sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren vorteilhaften Ausbildung des Bekannten insbesondere in bezug auf eine Volumverringerung eines nach dem Prinzip der Fallfilmverdampfung arbeitenden Verdampfers.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 8 angegebene Erfindung gelöst.
Durch den erfindungsgemässen nach dem Kaskadenprinzip arbeitenden Verdampfer, im folgenden Kaskadenverdampfer qenannt,der eine Weiterentwicklung des Fallfilmverdampfers ist, wird der gegenüber üblichen Fallfilmverdampfern benötigte Raumbedarf, dank der hohen mit dem Kaskadenprinzip pro Flächeneinheit erreichbaren Verdampfungswerten, wesentlich herabgesetzt.
Um eine genügend hohe Aufkonzentrierung des Tränkmittels zu erreichen, ist eine Rückführung des Konzentrates aus dem Sammelbehälter notwendig. Mit dem als Puffervolumen arbeitenden Sammelbehälter kann erreicht werden, dass die Kapazität der Destillationseinrichtung dem nur kurze Zeit dauernden maximalen Oelanfall nicht angepasst werden muss.
Erfindungsgemäss sind zwei Ausführungsformen des Kaskadenverdampfers vorgesehen, je nach dem ob die Trocknungsvorrichtung mit einem oder mehreren Autoklaven ausgerüstet ist. Im ersten Fall wird mit Vorteil ein Platten-Kaskadenverdampfer verwendet, der wenig Platz beansprucht und in den Autoklaven eingebaut werden kann, so dass in vorteilhafter Weise der Verdampfer und der Autoklav eine Einheit bilden, oder im zweiten Fall, ein Wendel-Kaskadenverdampfer, der zwar vom Autoklaven getrennt angeordnet wird, bei welchem jedoch eine gesonderte Vorwärmung des zugeführten Arbeitsmedium entfällt, da der erste Kreislauf im oberen Abschnitt der wendelförmig .angeordneten Heizrohre hierfür optimal ausgelegt ist. Als besondere Vorteil ist zu werten, dass die Bauhöhe des Wendel-Kaskadenverdampfers gegenüber üblichen Fallfilmverdampfern wesentlich kleiner ist.
Ln den zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig.1 eine schematische Darstellung einer Trocknungsvorrichtung mit einer ersten beispielsweisen Ausführungsform eines Kaskadenverdampfers, welcher als Platten-Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, Fig.2 eine schematische Darstellung einer Trocknungsvorrichtung mit einer zweiten beispielsweisen Ausführungsform des Kaskadenverdampfers, welcher als Wendel-Kaskadenverdampfer ausgebildet ist und Fig.3 einen Längsschnitt des Wendel-Kaskadenverdampfers gemäss Fig.2 In Fig.l ist eine Kondensations-Trocknungsvorrichtung mit einem Platten-Kaskadenverdampfer 1', einem Autoklaven 2, einer Destillationseinrichtung 3 mit einem Auffangbehälter 4 für das abgetrennte ûel, Kondensatoren 51,52, Leckpumpen 61,62, einem Wasserabscheider 7, Förderpumpen 81,82, einem Vorwärmer 9, sowie einem Vorratstank 10 für das flüssige, leicht flüchtige Arbeitsmedium, vorzugsweise Kerosin, gezeigt. Der Platten-Kaskadenverdampfer 1' ist aus oben 11 und unteren 12 Heizrohren gebildet, welche übereinander als Heizschlangen an einer im wesentlichen senkrecht angeordneten Platte 18 angebracht sind. Unterhalb der Heizrohre 11,12 sind Leitbleche 13 vorgesehen, wobei die Platte 18 auch leicht geneigt sein könnte, so dass dann die Leitbleche 13 entfallen könnten. Der Platten-Kaskadenverdampfer 1' ist im Autoklaven 2 eingebaut, wobei gegenüber dem Nutzraum des Autoklaven 2 eine Trennwand 14 angeordnet ist. Am Boden des Platten-Kaskadenverdampfers 1' ist ein Sarsmelbehälter 16 vorgesehen, welcher über einen Ueberlauf 17 mit dem ~Nutzraum des Autoklaven 2 verbunden ist.
Aus dem Vorratstank 10 wird das Kerosin mittels der Förderpumpe 81 über den Vorwärmer 9 dem Platten-Kaskadenverdampfer 1' zugeführt. Das Kerosin rieselt über die als Heizschlangen aus--gebildeten Heizrohre 11,12,unter Führung der Leitbleche 13, wobei das leicht flüchtige Kerosin verdampft. Der zwischen den Leitblechen 13 und der Trennwand 14 aufsteigende Dampf stromt durch den Dampfe#intritt b2 in den Nutzraum des Autoklaven 2.
Das sich im Sammelbehälter 16 befindliche Konzentrat wird mit der Förderpumpe 82 über eine Leitung c und eine Rückleitung d wieder dem Platten-Kaskadenverda-mpfer 1' zugeführt. Sobald eine ausreichende Delkonzentration erreicht ist, kann die Destillationseinrichtung 3 mit dem Auffangbehälter 4, dem Kondensator 51 und der Leckpumpe 61 in Betrieb genommen werden. Der aus dem Trocknungsgut 19 entweichende Wasserdampf kondensiert zusammen mit dem Kerosin im Kondensator 52, wobei die beiden Flüssigkeiten im Wasserabscheider 7 voneinander getrennt werden.
Das Kerosin wird mit der Förderpumpe 81 über den mit Heizrohren 91 versehenen Vorwärmer 9 wieder dem Platten-Kaskadenverdampfer 1' zugeleitet. Mittels der Leckpumpen 61,62 wird die in die Trocknungsanlage eingedrungene Luft abgesaugt.
In Fig.2 ist eine der in Fig.1 dargestellten Kondensations-Trocknungsvorrichtung gezeigt, wobei jedoch anstelle des Platten-Kaskadenverdampfers 1' mit Vorwärmer 9 gemäss Fig.l ein Wendel-Kaskadenverdampfer 1" vorgesehen ist, welcher in Fig.3 näher beschrieben wird. In Unterschied zum Prozessablauf der Trocknungsvorrichtung gemäss Fig.1 wird das Kondensat aus dem Autoklaven 2 und dem Wasserabscheider 7 nicht über einen Vorwärmer 9 sondern direkt dem Wendel-Kaskadenverdampfer 1" zugeführt. Alle anderen Funktionen entsprechen dem in Fig.
beschriebenen Prozessablauf.
Die Fig.3 zeigt einen, den speziellen Anforderungen der Kondensations-Trocknungsvorrichtung angepassten Wendel-Kaskadenverdampfer 1", welcher vorzugsweise für mit mehreren Autoklaven 2 arbeitende Trocknungsvorrichtung verwendet wird. Die Heizrohre 11,11',12 sind wendelförmig in einem zylindrischen Kessel 15 angeordnet. Im oberen Teil des Wendel-Kaskadenverdampfers 1 sind in einem ersten Kreislauf mindestens zwei wendelförmig angeordnete Heizrohre 11,11' parallel zueinander und im unteren Teil in einem zweiten Kreislauf mit einem oder mehreren Heizrohren 12 derart ausgebildet, dass di durch Heizrohre 11,11',12 und gegebenenfalls die Kesselwand begrenzte Fläche F1,F2,F3,F4 einer -Rinne von oben nach unten kleiner wird. Dadurch wird erreicht, dass das abgekühlte Kerosin-/Oel-Gemisch, welches oben im Eintritt a der Zuführleitung a dem Kaskadenverdampfer 1" zugeführt wird, im Strömungsquerschnitt F nach unten fliesst und sich dabei erwärmt ohne dass dabei viel Fallhöhe verloren geht. Dadurch kann ohne zusätzlichen Vorwärmer 9 (gemäss Fig.l) verfahren werden. Die Fläche F verringert sich, wie bereits beschrieben, im Wendel-Kaskadenverdampfer 1" nach unten hin, wodurch ein dosiertes Ueberlaufen der Fliessrinne F erfolgt und so eine hohe mittlere Verdampfungsrate pro Flächeneinheit erreicht wird.
Im unteren Teil ist ein Ueberlaufen der an sich kleinsten Rinne F4 wegen der zusätzlichen Flüssigkeit aus der Rückleitung d gewährleistet.
Ein kleiner Teil der Flüssigkeit fliesst nach unten bis zum Flüssigkeitsniveau des Sammelbehälters 16 (Fig.2) Die Heizleitungen können, insbesondere zur Begrenzung der Konzentrattemperatur, in mehrere einzeln regelbare Abschnitte (nicht dargestellt) unterteilt werden.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Kaskadenverdampfer 1' Platten-Kaskadenverdampfer 1" Wendel-Kaskadenverdampfer 11,11' Heizrohre, obere 12 Heizrohre, untere 13 Leitbleche 14 Trennwand 15 Kessel, zylindrisch senkrecht angeordnet 16 Sammelbehälter 17 Ueberlauf 18 Platte 19 Trocknungsgut 2 Autoklav 3 Destillationseinrichtung 4 Auffangbehälter für das abgetrennte Oel 5 Kondensatoren 51 Kondensator 52 Kondensator 6 Leckpumpen 61 Leckpumpe 62 Leckpumpe 7 Wasserabscheider 8 Förderpumpen 81 Förderpumpe 82 Förderpumpe 9 Vorwärmer 91 Heizrohre 10 Vorratstank für das Arbeitsmedium, vorzugsweise Kerosin a Zuführleitung in den Kaskadenverdampfer für das zu verdampfende Arbeitsmedium al Eintritt in den Kaskadenverdampfer b Dampfleitung bl Dampfaustritt b2 Dampfeintritt c Leitung für das Konzentrat cl Konzentrat austritt d Rückleitung dl Eintritt in den Kaskadenverdampfer F Fläche (Strömungsquerschnitt) F1,F2,F3,F4 Flächen der im Wendel-Kaskadenverdampfer sich von oben nach unten verkleinernden Strömungsquerschnitte - Rinnen L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Kaskadenverdampfer mit Sammelbehälter für eine Trocknungsvorrichtung für getränkte Isolationen, wobei das Trocknungsgut in einem Autoklaven mittels Kondensationswärme eines flüssigen, leicht flüchtigen Arbeitsmediums aufgeheizt wird, und die Tränkflüssigkeit als höher siedendes Medium anfällt und sich mit dem Arbeitsmedium vermischt und anschliessend einem Verdampfer zugeführt und dort aufkonzentriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer kaskadenartig ausgebildet ist, und die Kaskadenstufen durch im wesentlichen senkrecht übereinander angeordnete Heizrohre (11,12 bzw.11,11',12) gebildet werden und der Kaskadenverdampfer (1',1") mit dem Autoklaven (2) verbunden ist.
2. Kaskadenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizrohre (11,12) als parallel zueinander angeordnete Heizschlangen ausgebildet und an einer vorzugsweise senkrechten Platte (18) einen Platten-Kaskadenverdampfer (1') bilden.
3. Kaskadenverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Autoklaven (2) zwischen dessen Nutzraum und dem Platten-Kaskadenverdampfer (1') eine Trennwand (14) angeordnet ist.
4. Kaskadenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizrohre (11,11',12) in einem zylindrischen Kessel (15) wendelförmig angeordnet sind.
5. Kaskadenverdampfer nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Heizrohren (11,12 bzw.11,11',12) Leitbleche (13) vorgesehen sind.
6. Kaskadenverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dessen oberer Teil in einem ersten Kreislauf mindestens zwei wendelförmig angeordnete Heizrohre (11,11') parallel zueinander aufs= , und dass am unteren Teil des Wendel-Kaskadenverdampfers (1") ein zweiter Kreislauf mit einem oder mehreren Heizrohren (12) vorgesehen ist und die Heizrohre (11,11',12) derart ausgebildet sind, dass die durch Heizrohre (11,11',12) und gegebenenfalls die Kesselwand begrenzte Fläche (F1'F2,F3,F4) einer Rinne von oben nach unten kleiner wird.
7. Kaskadenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Gesamthöhe als Sammelbehälter (16) ausgebildet ist.
8. Kaskadenverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (16) über eine Leitung (c) und Rückleitung (d) mit dem Kaskadenver#dampfer (1',1") unterhalb des Arbeitsmedium-Eintrittes (al) verbunden ist.