METHOD AND DEVICE FOR THE DEGASIFICATION OF LIQUIDS AND THEIR USE

Abstract: Liquids, especially spinning baths, are degassed by multi-stage expansion, heating of the liquid to be degassed, preferably by 1 DEG to 2 DEG C, being carried out between two successive expansion stages; in the case of aqueous liquids, this heating can be effected by waste energy. <IMAGE>

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Fitissig- keiten und deren Verwendung B e s c h r e i b u n g Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen von Flüssigkeiten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Die Erfindung betrifft weiterhin einen mehrstufigen Entspanner zur Durchführung des Verfahrens sowie die Verwendung des Verfahrens und des Entspanners. In Flüssigkeiten gelöst oder ungelöst enthaltene Gase werden überwiegend unter vermindertem Druck aus den Flüssigkeiten ausgetrieben. In der Regel werden die Flüssigkeiten zu diesem Zweck in eine Kammer hinein zerstäubt, in der ein Unterdruck herrscht. Durcll die Druckverminderung wird ein grosser Anteil der in der Flüssigkeit enthaltenen Gase freigesetzt. Mit zunehmenden Unterdruck wird zunehmend mehr Gas freigesetzt. Dieser Vorgang erreicht seinen Grenzwert, wenn in der Kammer ein Unterdruck herrscht, bei dem die Flüssigkeit bei ihrer aktuellen Temperatur siedet. Im Hinblick auf eine effektive Entgasung der Flüssigkeit gilt als optimal, wenn die zu entgasende Flüssigkeit auf eine Temperatur von 10bis 20 C unter ihren Siedepunkt bei dem jeweiligen Entspannungsunterdruck abgekühlt wird. Gleichzeitig verdampfen dabei grössere Flüssigkeitsmengen. Der dabei gebildete Dampf dient gleichzeitig als Träger für das freigesetzte Gas. Gleichzeitig tritt dadurch in erwünschter Weise eine Verringerung des Partialdruckes des oder der aus der Flüssigkeit freigesetzten Gase auf ein unter den jeweils herrschenden Zustandsbedingungen mögliches Minimum ein. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Gesamtmenge des aus der Flüssigkeit freigesetzten Gases in dem abziehenden Dampf enthalten und mit diesem mitgeführt wird. Dies erschwert sowohl die Wiedergewinnung des oder der aus der Flüssigkeit freigesetzten Gase als auch eine Rückführung oder Weiterverwendung der Dampfphase. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird das Entgasen von Flüssigkeiten auch zweistufig durchgeführt, und zwar insbesondere dann, wenn die Entspannung auf eine Abkühlung der Flüssigkeit um fobis 20 C unter die Siedetemperatur der Flüssigkeit bei dem gegebenen Unterdruck erfolgt. Bei diesem zweistufigen Verfahren wird die gasbeladene Flüssigkeit in einer ersten Entspannungsstufe soweit entspannt, dass ein signifikanter Teil deren der Flüssigkeit enthaltenen Gase freigesetzt wird, ohne dass jedoch bereits eine signifikante Verdampfung der Flüssigkeit eintritt. Dies bedeutet dann, dass in der nachfolgenden zweiten Entspannungsstufe unter Zuhilfenahme der Abkühlung der im gebildeten Dampf mitgeführte Gasanteil wesentlich geringer als beim einstufigen Verfahren ist, so dass die Kondensation des in der zweiten Entspannungs stufe gebildeten Dampfes unter wesentlich günstigeren Bedingungen und insbesondere auch mit wesentlich kleineren Anlagen erfolgen kann. Zur Verdeutlichung der Verhältnisse sei als Beispiel die Entgasung von Spinnbädern erläutert, die in der Zellwoll Industrie anfallen. Solche Spinnbäder führen ausser einer beachtlichen Menge Luft auch noch Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff in grösseren Mengen mit. Sowohl der Schwefelwasserstoff als auch der Schwefelkohlenstoff müssen vor einer Rückführung des Spinnbades in den Spinnprozess oder einer Beseitigung des Spinnbades praktisch vollkommen entfernt werden. Die Spinnbäder müssen also sorgfältig entgast werden, ehe sie verworfen oder rückgeführt werden können. In der Regel müssen die mit diesen Gasen abgezogenen Dämpfe verworfen werden. Angesichts der in heute arbeitenden Anlagen anfallenden relativ grossen Spinnbadmengen bedeutet dies in der Praxis, dass eine zur Entgasung optimale Abkühlung des Spinnbades um nur 10 bis 20 C einem Prozesswärmeverlust von 1 bis 3 t Dampf/h je Spinnmaschine entspricht. Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, das bei gleicher Leistung wie die bekannten Verfahren die Einsparung von Prozessengergie ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist. Die Anlage, speziell der Mehrstufenentspanner zur Durchführung dieses Verfahrens, weist die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 genannten Merkmale auf. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung werden vorzugsweise zum Entgasen der in der Zellwoll-Industrie anfallenden Spinnbäder verwendet. Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt also darin, die mehrstufige Entgasung von Flüsssigkeiten, insbesondere verdünnten wässrigen Lösungen, in der Weise zumindest dreistufig durchzuführen, dass die Energie für die bei der Abkühlung um 10 bis 20 C bei der Entspannung in die Unterdruckkammer hinein durch eine zwischen zwei aufeinanderfolgende Entspannungsstufen eingeschobene Heizstufe, also eine Zwischenaufheizung der Flüssigkeit, aufgebracht wird, wobei eine solche Aufheizung um 10 bis 20 C mit preiswerter und anderweitig kaum noch zu verwertender Prozesswärme erfolgen kann, beispielsweise mit Abdampf aus einer Eindampfanlage oder irgendwelchem anderen niedrigstenergetischen Abdampf für den sonst Kühlwasser eingesetzt werden muss, um ihn endgültig niederzuschlagen. Nach einer Ausgestaltung einer Erfindung wird dieses dreistufige Entgasungsverfahren vorzugsweise so geführt, dass in der ersten Stufe bei einem Unterdruck entgast wird, bei dem noch keine signifikante Verdampfung der Flüssigkeit, also insbesondere keine Siedeverdampfung der Flüssigkeit eintritt, so dass die in dieser ersten Stufe freigesetzten Gase so trocken sind, dass sie direkt oder gegebenenfalls nach Kühlung mit einer gebräuchlichen Luftpumpe oder Vakuumpumpe abgezogen werden können. Dabei wird insbesondere bei dieser Verfahrensführung in der ersten Entspannungsstufe die zu entgasende bzw. vorentgaste Flüssigkeit in der zweiten Entspannungsstufe nach der Aufheizung unter starker Verdampfung, vorzugsweise Siedeverdampfung, so weit entspannt, dass sie zumindest im wesentlichen und so nahe ohne unwirtschaftlichen technischen Aufwand erreichbar die Temperatur erreicht, die sie ursprünglich vor der Entspannung in der ersten Entspannungsstufe aufweist. Bei dieser Verfahrensführung liefert das Verfahren also als Verfahrensprodukt eine Flüssigkeit, die praktisch die gleiche Temperatur wie die aufgegebene Flüssigkeit aufweist, jedoch mit minimalem Abfallenergiebedarf praktisch vollkommen entgast ist, wobei "praktisch vollkommen" bedeutet, dass der Restgasgehalt in der entgasten Flüssigkeit nicht grösser als 5% des urspünglichen Gasgehaltes ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird das in der letzten Entspannungsstufe entstehende Dampf-Gas-Gemisch einem Kondensator, vorzugsweise Oberflächenkondensator, zugeführt, in dem der erforderliche Unterdruck durch einen Entlüftungsdampfstrahlapparat aufrecht erhalten wird, und in einem nachgeschalteten zweiten Kondensator, vorzugsweise ebenfalls ein Oberflächenkondensator, der Treibdampf des Dampfstrahlapparates weitgehend, das heisst praktisch vollkommen, kondensiert wird. Die bei dieser Kondensation freigesetzten Gase können ohne Bedenken direkt über eine Luftpumpe oder Vakuumpumpe abgezogen werden. Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich die Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung. Die in der Fig dargestellte beispielhafte Anlage zum Entgasen von Zellwoll-Spinnbädern besteht aus einem mehrstufigen Entspanner 3, zwei Oberflächenkondensatoren 14,18, einem Dampfstrahlapparat 17 und einer Vakuumpumpe 19. Der dreistufige Entspanner 3 besteht aus einer ersten Entspannungskammer oder Entspannungsstufe 4, einer nachgeschal teten Aufheizkammer oder Aufheizstufe 5 und einer dieser nachgeschalteten zweiten Entspannungsstufe 6. über einen Zulaufstutzen 1 und eine Zerstäuberdüse 2 wird das mit Gasen beladene Spinnbad mit einer Temperatur von 330 C eingesprüht. Der Druck in der ersten Entspannungsstufe ist auf 80 mbar eingestellt. Bei dieser Temperatur und diesem Unterdruck tritt noch keine nennenswerte Verdampfung des wässrigen Spinnbades ein. Unter Berücksichtigung einer Siedepunktserhöhung von 30 C in dem hier aus der Praxis gewählten Beispiel würde das Spinnbad erst bei einem Druck von 42,4 mbar sieden, während in der Kammer der ersten Entspannungsstufe ein Druck von 80 mbar eingeregelt wird. Andererseits reicht der Unterdruck von 80 mbar jedoch aus, um bereits den grössten Teil der in der Spinnbadflüssigkeit mitgeführten Luft, des Schwefelwasserstoffs und des Schwefelkohlenstoffs auszutreiben. Bei diesem Druck von 80 mbar werden grössenordnungsmässig 70% bis 80% der vom Spinnbad mitgeführten Gase freigesetzt. Das in die Kammer der ersten Entspannungsstufe 4 eingesprühte Spinnbad wird auf einem Auffangboden 6 gesammelt, der die Kammer der ersten Entspannungsstufe 4 gegenüber der nachfolgenden Kammer 5, nämlich der Heizstufe des Entspanners abschliesst. Der Boden 6 ist als Lochblech ausgebildet, durch den hindurch die Spinnbadflüssigkeit fein verteilt in die Kammer der anschliessenden Heizstufe 5 rieselt. Dabei wird die Kammer der Heizstufe 5 über eine Zuleitung 7 mit preiswertem Heizmittel beaufschlagt, in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit dem Abdampf aus einer Eindampfanlage, der nicht wesentlich wärmer als 340 C, meist 350 bis 360 C, ist. In der Kammer der Heizstufe 5 wird ein Unterdruck von 45 mbar aufrechterhalten, der bei einer Siedepunktserhöhung der Spinnbadflüssigkeit von 30 C einer Spinnbadtemperatur von 340 C entspricht. Zur Aufrechterhaltung und genauen Regelung des Unterdrucks in den Kammern der Stufen 4 und 5 sind die Kammer der ersten Entspannungsstufe 4 und die Kammer der Heizstufe 5 durch eine Unterdruckleitung 8,10 miteinander verbunden, in die ein regelbares Drosselglied 9 eingeschaltet ist. Über diese Leitung kann eine genau dosierbare und dosierte geringe Menge Gas und Luft zur Druckregelung aus der Heizstufe 5 in die erste Entspannungsstufe 4 überführt werden. Die in der Heizstufe 5 um mindestens 10 C aufgewärmte Spinnbadflüssigkeit wird anschliessend vom Boden der Heizstufe 5 über eine Düse 11 in die Kammer der zweiten Entspannungsstufe 6 hinein auf einen Unterdruck von 42,5 mbar entspannt. Dabei stellt sich wiederum die ursprüngliche Spinnbadtemperatur von 330 C ein, also die Temperatur, mit der die Spinnbadflüssigkeit am Zulaufstutzen 1 in den Entspanner aufgegeben wird. Unter diesen Bedingungen tritt jedoch in der Kammer der zweiten Entspannungsstufe 6 eine starke Verdampfung der Spinnbadflüssigkeit, hier des Wassers, ein. Dabei werden die restlichen Anteile der noch im Spinnbad enthaltenen Gase, insbesondere Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff in Restmengen, freigesetzt und mit dem Dampf abgeführt. Das am Ablauf stutzen 12 des Entspanners und Entgasers 3 aus der zweiten Entspannungsstufe 6 abgezogene Spinnbad enthält nicht mehr als 5% der urspünglich am Einlaufstutzen 1 mitgeführten Gase. Uber eine aus dem Dampfraum der Kammer der zweiten Entspannungsstufe 6 abzweigende Abzugsleitung 13 gelangt der in der zweiten Entspannungsstufe 6 freiwerdende Dampf mit den restlichen Anteilen an Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlen stoff in einen nachgeschalteten Oberflächenkondensator 14. Der Oberflächenkondensator wird mit Kühlwasser betrieben, das über einen Anschlussstutzen 15 aufgegeben wird und über einen Ablaufstutzen 16 abläuft. Für die Entlüftung und Aufrechterhaltung des Unterdrucks von 42,5 mbar in der Kammer der zweiten Entspannungsstufe 6 sorgt ein Entlüftungsdampfstrahlapparat 17, der dem Oberflächenkondensator 14 nachgeschaltet ist. In diesem Dampfstrahlapparat 17 wird das aus der zweiten Entspannerstufe 6 abgesaugte Dampf-Gas-Gemisch von 42,5 mbar auf beispielsweise 80 mbar komprimiert. Das so komprimierte Dampf-Gas-Gemisch kann dann unter Zwischenschaltung eines zweiten Oberflächenkondensators 18 mit diesen 80 mbar einer Vakuumluftpumpe 19 zugeführt werden, aus der das Gemisch mit Atmosphärendruck austritt. Das Gasgemisch wird dann über eine Rohrleitung 20 einer Rückgewinnungsanlage für den Schwefelwasserstoff und den Schwefelkohlenstoff zugeführt. Um möglichst hohe Anteile des von den abziehenden Gasen noch mitgeführten Dampfes zu kondensieren, wird das vom Oberflächenkondensator 14 benötigte Kühlwasser in der in Fig. 1 ersichtlichen Weise vorzugsweise zunächst über eine Rohrleitung 21 dem Oberflächenkondensator 18 zugeführt und läuft aus diesem über die Leitung 15 erst dann zum vorgeschalteten Oberflächenkondensator 14. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung des benötigten Kühlwassers erzielt. Über eine Abgasleitung 22 werden dem nachgeschalteten Oberflächenkondensator 18 auch die aus der ersten Entspannerstufe 4 abgezogenen Gase zugeleitet, von wo sie nach Kühlung von der Luftpumpe 19 abgesaugt und mit Atmosphärendruck in die Verwertungsleitung 20 gefördert werden.

Claims: Process for degassing gas containing liquids wherein the liquid is expanded in two expansion steps under degasing and cooling whereby the expansion in the first expansion step is performed at an underpressure at which a boiling evaporation does not yet take place, characterized in that the liquid is heated for 1 °C to 2 °C between the two expansion steps and is further expanded in the second expansion step at a further reduced pressure under boiling evaporation to that an extent that it reaches its original temperature again. Process according to claim 1, characterized in that the liquid is heated with waste steam which cannot be used otherwise. Process according to claim 1 or 2, characterized in that the vapour-gas-mixture released in the second expansion step is fed to a surface condensor or a direct contact condensation condensor, respectively, in which the necessary underpressure is maintained by an evacuation steamer injector and the booster steam of the steam injector is almost completely condensed in a downstream second surface condensor or a direct contact condensation condensor whereafter the gases still present or directly are supplied to an air pump. Process according to at least one of the claims 1 to 3, characterized in that spun rayon spin baths are used as a liquid containing a gas. Multi-step expander for performing the process according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the expander (3) consists of three chambers, i.e. a first expanding step or chamber (4), respectively, a heating step or chamber (5), respectively, and a second expanding step or chamber (6), respectively, which are equipped with means (23, 11) for feeding the liquid from one chamber to the following one. Expander according to claim 5, characterized by a vacuum pipe (22) which connects the gas space of the first expansion step (4) directly or by interconnecting a cooler (18) with a vacuum pump (19). Use of the expander according to claim 5 or 6 for degassing spun rayon spin baths.

Inventors: EBNER, KARL, EBNER, STEFAN, DIPL.-ING.
Applicants: EBNER & CO. KG ANLAGEN UND APPARATE
Application year: 1984
Main classification: B01D19
IPC codes: B01D19, D01D1