SE507691C2 - Indunstningsapparat för indunstning av vätskor, såsom avlut från cellulosakokning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 507 691 2 bottendelen något ovanför den vätskepöl som bildas i den företrädesvis skålformade bottendelen av indunstad vätska.

Många olika konstruktioner av sådana indunstningsapparater förefinnes. Således kan indunstare vara anordnade för genomströmning av drivånga inuti tuberna medan den vätska som skall indunstas får rinna ner på utsidan. Även horisontellt ställda tuber kan förekomma samt lameller vars ytor får tjäna som indunstningsytor.

Inom cellulosaindustrin är det vanligt att man indunstar svartlut i flera steg, genom serie- eller parallellkoppling av flera indunstningsapparater. Enheterna, som kallas effekter, Färskånga tillföres således första effekten och i de numreras efter ångföringen i anläggningen. efterföljande stegen används den lutånga som har erhållits i föregående steg som värmekälla. Detta är möjligt genom den successiva trycksänkningen. Lutånga från sista effekten kondenserar i en eller flera ytkondensorer. Genom att låta lutångorna stegvis kondensera ut på olika värmeytor i anläggningen, går det att avskilja, dels starkt förorenade kondensat för rening i till exempel en stripperkolonn, och dels renare kondensat som kan användas direkt i fabriken utan luktbehandling eller annan rening.

TEKNISKT PROBLEM: Kraven på en renare miljö skärps numera undan för undan i de flesta länder. Det vatten som skall släppas ut i åar och liknande måste vara rent, åtminstone så rent att inga miljöproblem föreligger. Det går inte längre att släppa ut halvrena kondensat. Ett sätt att minska utsläppen kunde vara att kondensatet återanvänds som processvatten i fabriken.

Ett icke noggrant avskiljande av indunstad vätska från avdunstad ånga genom att små eller stora droppar får följa 10 15 20 25 30 35 507 691 3 med ångan, s.k. lutöverbäring, vilket ger det bildade kondensatet en brunaktig karaktär, gör att kondensatet ej utan, ytterligare rening kan återföras till fiberlinjen t.ex. för blekning. Avskiljningen av den indunstade vätskan från avdunstad ånga måste därför vara praktiskt taget fullständig om kondensatet skall kunna återanvändas som processvatten i de sista stegen av fiberlinjen, utan att slutproduktens, pappersmassans, kvalitet skall färsämras.

Enligt teknikens ståndpunkt har man därför anordnat ett vertikalt botten indunstningsytorna genom vilket ångan och dropparna får cylindriskt utrymme utan under strömma nedåt varvid de större dropparna slår sig ned i den underliggande bottnen i indunstningsapparaten medan de små dropparna kommer att följa med i ångströmmen som avlänkas uppåt och avskiljes i en droppavskiljare för vertikal anströmning. Efter denna avskiljning av de små dropparna som i droppavskiljaren slår sig samman och rinner ner i vätskepölen ledes den renade ångan ut från effekten.

Eftersom den på utsidan av det cylindriska utrymmet uppåtströmmande ångan kommer att ha olika hastigheter i olika delar av det utanför kjolen ringformiga utrymmet så också Hastigheten på ångan kommer att vara störst närmast kommer droppavskiljningen att bli olikformig. utloppsöppningen och på diametralt motsatt sida av denna kan man få mycket låga hastigheter och även nedåtgående strömmar genom droppavskiljaren. Det förefinnes därför ett starkt behov av en jämn anströmning av avdunstad ånga mot droppavskiljaren och en därigenom bättre avskiljning av dropparna under samtidig kostnadsminskning av konstruktionen.

LösNINGEN= Man har därför enligt föreliggande uppfinning löst ovannämnda problem med överbäring av vätskedroppar genom 10 15 20 25 30 35 507 691 4 åstadkommande av en indunstningsapparat för indunstning av vätskor såsom avlut från cellulosakokning, innefattande en vertikal cylinder med inlopps- och utloppsöppningar för ånga och vätska samt indunstningsytor i cylindern varvid apparaten är anordnad att alstra en nedåtgående ström av indunstad vätska och avdriven ånga, som kännetecknas av att en utloppsöppning för avdriven ånga befinner sig i en nedre, företrädesvis utvidgad del av cylindern och att en nedre del (4), "kjol" (4), av ett utrymme indunstningsytorna (3), som omger den indunstade vätskan under och avdrivna ångan är cylindrisk med en mindre tvärsektionsdiameter än den nedre delen av cylindern som har utloppsöppning för ånga och att kjolen förutom att den har en öppen botten också har en öppning för utströmmande kjolen som är vänd från ånga på den delen av utloppsöppningen i den yttre cylindern.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att öppningen i kjolen är gjord genom att denna har skurits snett nedåt.

Detta är emellertid möjligt enligt uppfinningen att öppningen i kjolen kan vara gjord genom att den har skurits i trappstegsform nedåt.

Kjolen med sin icke bortskurna nedre kant är enligt uppfinningen avsedd att sträcka sig ända ned i en underliggande pöl av indunstad vätska i cylinderns bottendel.

Det är enligt uppfinningen lämpligt att kjolen är insvängd vid sin övre del.

Enligt uppfinningen är droppavskiljare för horisontell anströmning av ånga lämpligen anordnade i ångans rörelseriktning före och på båda sidor av utloppsöppningen. 10 15 20 25 30 35 507 691 5 Droppavskiljarna kan enligt uppfinningen bestå av två eller flera ovanför varandra anordnade sektioner.

Den eller de övre sektionerna av droppavskiljarna är enligt uppfinningen lämpligen anordnade i anströmningsriktningen för ångan före den eller de underliggande sektionerna.

Enligt uppfinningen är lämpligen dräneringssystem för vätska utmynnande i vätskepölen i. cylinderns bottendel anordnade vid varje sektion av droppskiljare.

FIGURBEISKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade figurer där: Fig. 1 visar ett vertikalsnitt av nedre delen av en indunstare enligt teknikens ståndpunkt, Fig. 2 visar schematiskt en indunstare enligt föreliggande uppfinning, Fig.3A och 3B visar en droppavskiljaranordning enligt uppfinningen sedd uppifrån och från sidan, Fig. 4 visar en ytterligare utföringsform av föreliggande uppfinning och visar en andra Fig. SA och 5B utföringsform av avskiljaren.

DETALJERAD BESKRIVNING: På fig. 1 visas nedre delen av en vertikalt ställd cyliderformad indunstare 1 av känt slag med en utvidgad nedre del 2 och nedre delen av tubpaketet 3 där själva 10 15 20 25 30 35 507 691 6 indunstningen försiggår. Utrymmet nedanför indunstningstuberna 3 begränsas av en cylinderformad nedåt öppen s.k. kjol 4 genom vilken avdunstad ånga och indunstad vätska i form av droppar får strömma nedåt. Dropparna hopsamlas i den nedre delen 2 av cylindern 1 i form av en pöl 6 och den avdunstade ångan får strömma ut genom ett utlopp 7. Från den nedre delen 2 är icke närmare visade anordningar för uttagande av vätska från vätskepölen 6 gjorda. De stora vätskedropparna faller som ett regn ned i vätskepölen 6 medan de mindre gärna följer med ångan upp då den avböjes vid kjolkanten. För att fånga upp dessa små droppar är' därför enx droppavskiljare 8 anordnad. Denna anströmmes vertikalt. Droppavskiljare som sådana är väl kända, de består exempelvis av ett paket av böjda avlänkningsplåtar, och beskrives icke närmare här.

Droppavskiljarens förmåga att avskilja droppar från gasströmmen är starkt beroende av gasströmmens hastighet.

Ju högre gasström ju sämre droppavskiljning. Det är därför av betydelse att droppavskiljaren anströmmes med jämn hastighet på gasen vid alla delar. Så som denna anordning enligt känd teknik är gjord kommer emellertid droppavskiljaren ej att anströmmas med jämn hastighet överallt utan hastigheten kommer att bli högre ju närmare utloppsöppningen 7 gasströmmen genomlöper droppavskiljaren 8. På den sida av den utvidgade bottendelen 2 som ligger diametralt längst bort från utloppsöppningen 7 kommer ångströmmen att ha lägst hastighet och det kan till och med hända sig att nedåtströmmande ånga förekommer.

För att säkerställa att en droppavskiljare enligt den kända tekniken skall fungera så måste givetvis den nedre delen 2 av apparaten göras mycket stor så att tillräckligt låg ånghastighet nära utloppet 7 uppnås. Droppskiljaren 8 överbelastas annars i området närmare utloppsöppningen 7 och lutdroppar följer med den utströmmande ångan. 10 15 20 25 30 35 507 691 7 Fig. 2 visar schematiskt hur en indunstningsapparat l enligt föreliggande uppfinning är gjord. Den ser i princip likadan ut som den enligt fig. 1 men har en ändrad kjol 4.

Kjolen 4 har emellertid en öppning utåt åt vänster på figuren, vilken öppning har åstadkommits genom att kjolen 4 har skurits av snett vid kanten 9. Kjolen sticker med sin icke avskurna del ned i vätskepölen 6. Den tidigare vertikalt anströmmande droppavskiljaren 8 har enligt uppfinningen ersatts med horisontellt anströmmande droppavskiljare 10. Dessa droppavskiljare 10 är i och för sig icke nödvändiga i samtliga fall. Exempelvis kan den utströmmande ångan föras in medströms med luten i tuberna i en annan indunstningsapparat. Därmed påverkas den nedåtrinnande lutfilmen (mer turbulens) så att en högre värmeöverföring erhålls.

Den inuti kjolen nedåtströmmande ånga-vätskeblandningen kommer att allteftersom den strömmar ner genom kjolen att avlänkas i en radiell riktning utåt för att sedan avlänkas i en tangentiell riktning förbi kjolkanten 9 och mot droppavskiljarna 10. Härigenom ändras flödesriktningen i två steg. Först från. en axiell riktning nedåt till en radiell riktning utåt och sedan en tangentiell riktning i utrymmet mellan kjolen och mantelväggen på den utvidgande delen 2 av cylindern l. Därigenom slungas vätskedropparna vid avlänkningstillfällena lätt utåt och fastnar på en väggyta samt uppnås att droppavskiljarna 10 kommer att få en jämn horisontell anströmning. Därigenom blir det möjligt att bygga den nedre delen 2 av indunstningsapparaten 1 mindre eftersom anströmningen mot droppavskiljarna 10 blir praktiskt taget jämn.

Fig. 3A visar ett horisontalsnitt och fig. 3B ett vertikalsnitt av den nedre delen 2 av cylindern l som visas på fig. 2. Droppavskiljarna 10 utgöres av två stycken på vardera sidan av utloppsöppningen 7. Dessa droppavskiljare 10 15 20 25 30 507 691 8 10 stänger av hela det ringformiga utrymmet mellan kjolen 4 och cylinderväggen 2 i den nedre utvidgade delen av indunstningsapparaten varför all ånga måste strömma igenom dessa droppavskiljare 10. I föreliggande fall är droppavskiljarna 10 monterade upprättstående med relativt liten tjocklek men även andra typer av droppavskiljare kan förekomma.

För tydlighetens skull kan det nedre lutrummet delas in i tre flödesregioner.

I. Innanför den diagonalt skurna kjolen.

II. Den annulära korridoren utanför kjolen, före de horisontellt anströmmade droppavskiljarna. korridoren utanför kjolen, efter III. Den annulära droppavskiljaren, före utloppet.

Utformningen av nedre lutrummet skapar ett flöde som k ä n n e t e c k n a s av följande. 1. Flödet av ånga, då det lämnar tubplattan och går in i region I, är för hela tvärsnittet riktat nedåt.

Flödet har då endast en axiell hastighet. 2. Flödet i centrum av region I fortsätter axiellt nedåt.

Den axiella hastigheten minskar och den radiella hastigheten ökar. 3. Flödet, i de delar av region, I som. är öppna för transport in till region II, har en kraftig radiell hastighet. 10 15 20 25 30 35 507 691 4. Flödet, från region I som når kjolkanten, ändrar riktning då det går in i region II. Hastigheten blir tangentiell. 5. Denna ändring av flödesriktning sker successivt i axiell led. 6. Flödet, då det lämnar region II, har en mot droppavskiljaren jämn tangentiell hastighet. 7. Flödet, då det kommer in i region III, byter återigen riktning och accelererar mot utloppet.

Genom att utforma nedre lutrummet på det beskrivna sättet åstadkommes ett flöde som ligger mycket nära det optimala.

Den optimala utformningen ger följande resultat. l. En maximal avskiljning av droppar sker redan före droppavskiljaren, i och. med att ångan två gånger avlänkas vinkelrätt från sin ursprungliga rörelseriktning (endast.mycket små droppar med väldigt liten massa klarar av att hänga med ångan). Därmed minimeras droppavskiljarens belastning. 2. Droppavskiljaren anströmmas med en jämn hastighetsprofil och hela droppavskiljarens totala anströmningsyta utnyttjas. Således maximeras droppavskiljarens avskiljningsgrad. 3. Avskild vätska i droppavskiljaren kan ibland anrikas i stora droppar som kan ryckas med ångan ut efter droppavskiljaren, ett problem som kallas medryckning.

Den jämna hastighetsprofilen gör emellertid att hastigheterna efter droppavskiljaren är minimerade.

Därmed minimeras också risken för att dessa större droppar l0 15 20 25 30 35 507 691 10 följer med ångan ut ur indunstningsapparaten, istället faller de ner.

På fig. 4 visas en annan utföringsform av föreliggande uppfinning. Här är kjolen 4 insvängd vid partiet ll och kjolkanten 12 har skurits med en övre diagonal kant och en lägre vertikal kant. Den övre delen av det ringformiga utrymmet mellan kjolen 4 och den nedre delen 2 av indunstningsapparaten blir därvid större vilket ger ett gynnsammare långsammare flöde mot utloppet 7 och de eventuella droppavskiljarna 10.

Fig. 5A och 5B visar slutligen en tudelad form av droppavskiljaren. Denna visas dels sedd från sidan på figuren 5A och genom snittet A-A på figuren 5B.

Droppskiljaren består av en övre del 13 och en undre del 14. Anströmningen av ånga mot droppavskiljarna 13 och 14 sker i pilens riktning från höger och såsom framgår av figuren är den övre delen 13 något mera framskjuten mot strömningsriktningen än den undre delen 14. Mellan droppavskiljarna 13 och 14 finnes en skiljevägg 15 så att ångan ej skall kunna strömma förbi dessa. Dräneringstuber 16 är anordnade från varje droppavskiljare ned till vätskepölen 6.

För att ånga ej skall smita förbi droppavskiljarna då ytan på vätskepölen 6 kommer på för låg nivå är en horisontell plåt anordnad mellan kjolens nedre del och mantelväggen i den nedre delen 2 på undersidan av droppavskiljaren 14.

Dimensionerna på kjolen och den nedre delen 2 av cylindern 1 kan variera, men den yttre nedre delen 2 av cylindern 1 bör ha en radius som är 25-200% större än radien på kjolen 4, företrädesvis 50-100% större. 10 15 507 691 11 De strömningsförhållanden som är vanliga i indunstningsapparaten enligt följande uppfinning, då den används för indunstning av svartlut, är ett absoluttryck av 0-15 bar, företrädesvis 0,07-4 bar, en temperatur av 0-2500 Celsius, företrädesvis 40-1450 Celsius och en ångvolymitet av 0,12-40 m3 ånga per kilo ånga, företrädesvis 0,5-20 m3 ånga per kilo.

Indunstaren har beskrivits som en cylinder med ett runt tvärsnitt men ett tvärsnitt i form av en mångkant kan också tänkas förekomma. En stegvis avlänkning av ångströmmen vid ytterväggen kan därvid vara av godo för avskiljning av dropparna.

Uppfinningen är icke begränsad till de visade utföringsformerna utan den kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 C? \J OR \L1 ...X 12 PATENTKRAV:

1. Indunstningsapparat för indunstning av vätskor, såsom avlut från cellulosakokning, innefattande en vertikal cylinder (1) med inlopps- och utloppsöppningar för ånga och vätska (1), apparaten är anordnad att alstra en nedåtgående ström av samt indunstningsytor i cylindern varvid indunstad vätska och avdriven ånga k ä n n e t e c k n a d av att en utloppsöppning (7) för avdriven ånga befinner sig i en nedre företrädesvis utvidgad del (2) av cylindern (1) och att en nedre del (4), "kjol" (4), indunstningsytorna (3), som omger den indunstade vätskan av ett utrymme under och avdrivna ångan är cylindrisk med en mindre tvärsektionsdiameter än den nedre delen (2) av cylindern (1) som har utloppsöppning (7) för ånga och att kjolen (4) förutom att den har öppen botten också har en öppning för utströmmande ånga på den delen av kjolen (4) som är vänd från utloppsöppningen (7) i den yttre cylindern (2).

2. Indunstningsapparat enligt kravet 1, k ä n n e- t e c k n a d av att öppningen i kjolen (4) är gjord genom att denna har skurits snett nedåt (9).

3. Indunstningsapparat enligt kravet 1, k ä n n e- t e c k n a d av att öppningen i kjolen (4) är gjord genom att den har skurits i trappstegsform nedåt (12).

4. Indunstningsapparat enligt något av kraven 1-3 k ä n n e t e c k n a d av att kjolen (4) med sin icke bortskurna nedre kant är avsedd att sträcka sig ned i en underliggande pöl (6) av indunstad vätska i cylinderns bottendel (2). 10 15 20 507 691 13

5. Indunstningsapparat enligt något av kraven 1-4 k ä n n e t e c k n a d av att kjolen (4) är insvängd vid sin övre del (ll).

6. Indunstningsapparat enligt något av kraven 1-5 k ä n n e t e c k n a d av att droppavskiljare (10, 13, 14) för horisontell anströmning av ånga är anordnade i ångans rörelseriktning före och på båda sidor av utloppsöppningen (7).

7. Indunstningsapparat enligt kravet 6 k ä n n e- t e c k n a d av att droppavskiljarna består av två eller flera ovanför varandra anordnade sektioner (13, 14).

8. Indunstningsapparat enligt kravet 7 k ä n n e- t e c k n a d av att den eller de övre sektionerna (13) är anordnade i anströmningsriktningen för ångan före den eller de underliggande sektionerna (14).

9. Indunstningsapparat enligt något av kraven 7-8 k ä n n e t e c k n a d av att dräneringssystem (16) för vätska utmynnande i vätskepölen (6) i cylinderns bottendel (2) är anordnade vid varje sektion (13, 14).