SE460950B - Saett vid kompressionsindunstning av en loesning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 460 950 2 Kokpunktsförhöjningen for en lösning - d.v.s. skillnaden mellan den kokande lösningens temperatur och den bildade àngans kondensationstemperatur - ökar även med stigande kon- centration.

Dessa fysikaliska fenomen gör att såväl investerings- kostnaderna som driftkostnaderna räknat per mängd avdunstat lösningsmedel ökar kraftigt ju mera koncentrerad den lösning som skall indunatas blir. Pà grund av detta är den.ekonomiska och praktiska gränsen vid indunstning av t.ax. svartlut för närvarande en slutkoncentration pà ca. 65 X torrsubstanshalt trots att det ur förbränningsteknisk och värmeekonomisk syn- vinkel vore önskvärt att kunna driva indunstningen betydligt längre. För indunstning av svartlut över ca. 60 1 torrsub- stanshalt fordras dessutom normalt även s.k. tvangscirkula- tionsindunstningsenheter som investerings- och driftsmässigt är dyrare än t.ex. Kestner-enheter som kan användas för in- dunstning upp till ca. 60 Z torrubstanshalt.

Den finska utlaggningsskriften 51 835 beskriver en kompressioneindunstningsanläggning för en lösning i vilken vätskan indunstas i tva steg av vilka det första steget är försett med en kompressionsanläggning för att mekaniskt komprimera de àngor som avgår fran det första indunstningsste- get och återföra dessa med ett överskott av värme som indirekt uppvärmningsmedium för indunstning av ytterligare lösning i detta första steg, varvid överskottsàngan fran det första steget används för indunstning av lösning i det andra steget.

I en kompressionsindunstningsanlaggning blir den kompri- merade àngan emellertid betydligt överhettad. Som känt ar värmeöverföringen vid kondensering av en överhettad ànga långsammare än vid kondensering av en mattad ånga om överhett- ningen är betydande. I en kompressionsindunstningsanläggning är det därför normalt att àngans överhettning avlägsnas genom befuktning av densamma med kondensat innan den leds in till indunstningsenheten för kondensation.

Föreliggande uppfinning avser att minska svårigheterna på grund av hög viskositet, kokpunktsförhöjning och inkruste- ringar vid indunstning av lösningar sasom t.ex. svartlut till hög koncentration. 10 15 20 25 30 3 460 950 De huvudsakliga kännetecknen för uppfinningen framgår-ur bifogade patentkrav 1.

Enligt uppfinningen koncentreras lösningen sålunda först genom indunstning pa känt sätt i en kompressioneindunstnings- anläggning där för indunstningen erforderlig värme tillföres lösningen indirekt genom en värmeyta genom kondensation av ånga på värmeytan i en eller flera indunstningsenheter. Denna ange utgörs av den anga som i huvudsak bildas vid indunstning av lösningen i ovannämnda indunstningsenheter, men vars tryck och temperatur höjts genom kompression för att erhålla erfor- derlig drivande temperaturdifferens över värmeytan. Vid denna kompression blir angan starkt överhettad, d.v.s. dess tempera- tur stiger betydligt mera än dess mättningstemperatur (konden- sationstemperatur). Ju lägre kompressorns verkningsgrad är desto större blir förhållandet mellan dessa temperatursteg- ringar. Vid 70 Z verkningsgrad, som är ett normalvärde för en god centrifugalkompressor. blir stegringen av ángans tempera- tur ca. 4,6 ganger större än stegringen av àngans mättnings- temperatur. Om t.ex. mättad ånga av 100°C komprimeras så mycket att dess kondensationstemperatur stiger till l24°C, stiger dess temperatur till 210°C.

Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas denna överhett- ning hos den komprimerade angan för slutindunstning av den på ovan angivet sätt förindunstade lösningen. Denna indunstning erhålles genom att lösningen i finfördelad form blandas med den överhettade ångan. Härvid sker ett värme- och materialut- byte mellan lösningen och ångan. Vid termodynamisk jämvikt är lösningens temperatur samma som angans temperatur och så mycket högre än àngans kondensationstemperatur som lösningens kokpunktsförhöjning blir efter att lösningen pà detta sätt indunstats. Pa grund av den stora kontaktytan mellan lösningen och ångan närmar sig blandningen snabbt termodynamisk jämvikt.

Denna direkta indunstning sker därför mycket snabbt varför lösningen efter kort uppehàllstid kan separeras fràn ångan.

Efter denna separation är àngans överhettning nagot större än den indunstade lösningens kokpunktsförhöjning. Denna överhettning kan pä känt sätt avlägsnas genom att angan befuk- tas med kondensat innan den leds till indunstningsenheterna. 10 15 20 25 30 35 460 950 4 Under denna direkta indunstning har lösningens tempera- tur och dess angtryck stigit. Lösningen kan därför ytterligare indunstas utan tillförsel av värme genom att leda den till ett expansionskärl som med en angledning star i förbindelse med t.ex. kompressorns sugledning.

Sättet enligt uppfinningen uppvisar flera fördelar: 1. Genom att slutindunstningen av lösningen sker med värme tillförd direkt från överhettad ånga och genom efterföljande expansion av lösningen elimineras problemet med inkruetering av värmeytorna. Enligt föreliggande sätt kan lösningen därför indunstas till högre clutkoncentration in vad som är ekono- miskt och praktiskt möjligt med känd teknik. 2. Genom att för elutindunstningen av lösningen utnyttjas potentialen hon överhettad ånga för att uppvärma och partiellt föranga vätska, sker denna slutindunstning utan tillförsel av extra energi. I känd teknik utnyttjas ej denna potential för indunstning av lösningen utan går förlorad när den överhettade ångan kondeneerar i indunetningsenheterna eller när den befuk- tas med kondensat. 3. Erforderlig utrustning är enkel och består av: a) Pump och dysa eller annan anordning för finfördelning av lösningen och inblandning till den överhettade ångan. b) Cyklon eller annan anordning for separering av lös- ningen fràn ångan. c) Expaneionskärl för expansionsindunstning av het lösning.

Föreliggande uppfinning beskrives i det följande mera detaljerat med hänvisning till bifogade ritningar,'pà vilka fig 1 illustrerar ett diagram som visar hur viskositeten för en typisk restlut från sulfatcellulosaprocessen (s.k. lut) svart- beror av restlutens torrsubstanshalt och temperatur, fig 2 illustrerar ett diagram som visar kokpunktsförhöjningens (°C) beroende av torrsubstanshalten (X) för en typisk svartlut och fig 3 illustrerar ett principiellt flödesschema av ut- loppsändan hos en kompressionsindunstningsanläggning. som modifierats så att sättet enligt uppfinningen utnyttjats däri.

I fig 3 betecknar hänvisningssiffran 1 den sista in- dunstningsenheten i en kompressionsindunstningsanläggning 10 15 20 25 30 35 5 460 950 bestående av en eller flera enheter. Indunstningsenheten 1 är försedd med en inloppsledning 9 för lösning samt en utloppe- ledning 10 för i indunstningsenheten 1 indunstad lösning.

Lösningen tillförs värme indirekt i indunstningssteget l medelst ånga 13 från kompreesionsanläggningen eller från nagot föregående indunstningssteg. Kondensat uttages från indunst- ningsenheten 1 via ledningen 14. Fran lösningen p.g.a. den indirekta värmeöverföringen avgående ånga avledes från in- dunstningsenheten l medelst rörledningen 15.

Hänvisningssiffran 4 betecknar en cistern för den upp- koncentrerade lösningen, hänvieningeeiffran 6 betecknar en kompressionsanläggning för komprimering av angan fran det sista indunstningssteget 1 och eventuellt även andra indunet- ningsenheter. Normalt år kompreesionsanläggningen 6 av “meka- nisk" natur d.v.s. en eller flera i serie kopplade t.ex. centrifugalkompressorer men kan även vara av ”termisk” natur d.v.s. en eller flera i serie kopplade ejektorer med ånga av högre tryck som drivande medium.

Till skillnad fran tidigare kända kompressionsindunst- ningsanläggningar ledes den uppkoncentrerade och medelst rörledningen 10 fran den sista indunstningsenheten 1 uttagna lösningen ej direkt till förradsbehallaren 4, utan vätskan i rörledningen 10 leds först till en dysa 7 där den finfördelas och blandas med den komprimerande och överhettade ångan fran kompressionsanläggningen 6, som medelst rörledningen 16 är förbunden med dysan 7, varefter blandningen ledes medelst rörledningen 17 fran dyean 7 till cyklonen 2 för àtersepare- ring av den ytterligare uppkoncentrerade lösningen från den kylda ångan som leds vidare via rörledningen 18 till en eller flera indunstningsenheter t.ex. indunstningsenhet 1 via rör- ledningen 13. Den uppkoncentrerade vätskan leds fràn cyklonen 2 via rörledningen 11 till ett expansionskärl 3 för expan- sionsindunstning av den heta uppkoncentrerade lösningen, som slutligen via rörledningen 12 leds till cisternen 4. Den vid expansionsindunstningen i expansionskärlet 3 uppstaende ångan leds via rörledningen 20, som direkt eller indirekt star i förbindelse med kompressionsanläggningens sugledning 8.

LW 10 15 460-950 6 Exempel Till hur mycket högre slutkoncentration man med sättet enligt uppfinningen kan indunsta en lösning än med känd teknik är beroende av flera faktorer såsom t.ex. typ av lösning, lösningens begynnelse- och slutkoncentration, kompressionsin- dunstningsanläggningens koppling och dimensionering etc. _ Svartlut från en sulfatcellulosaprocess indunstades fràn 15 Z begynnelsekoncentration till 65 1 koncentration genom indirekt värmetillförsel i en kompressionsanläggnings indunst- ningsenheter. Den 65-procentiga svartluten kunde därefter med den i fig 3 illustrerade kopplingen slutíndunstas till 75 1 genom direkt virmetillförsel från den överhettade komprimerade ångan. För en sulfatcellulosafabrik som producerar 1000 t massa/dygn blir energibesparingen med detta förfarande 210 000 GJ/a som motsvarar 5,15 Mmk/a vid ett oljepris på 1000 mk/t.

Claims (3)

460 950

1. Sätt för indunstning av en lösning med användning av en V en kompressionsindunstingsanläggning bestående av en eller flera indunstningsenheter (1) k ä n n e t e c k n a t av att lösningen (10) efter indunstning i indunstningsenheten (1) blandas (7) med överhettad ånga (16) erhàllen från kompressio- nen (6) för uppvärmning och ytterligare indunstning och att den uppvärmda och uppkoncentrerede lösningen (11) därefter skiljes (2) från ångan (18).

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den uppvärmda och avskiljda lösningen (11) utsättas för expan- sionsförångning (3) för ytterligare indunstníng.

3. Sätt enligt krav 2, k å n n e t e c k n a t av att ångan (20) från expensionsföràngningen (3) av lösningen (11) áterkomprimeras (6) och kyles (7) med indunstad vätska (10).