Eindampfanlagen & Verdampfungsanlagen
Eindampf- und Verdampfungsanlagen sind essenzielle Technologien in diversen Industriebereichen, die sich auf die Konzentration von Lösungen und die Rückgewinnung von Lösemitteln spezialisieren. Diese Anlagen optimieren Prozesse durch präzise Stoffkonzentration und effiziente Lösemittelrückgewinnung, wobei sie in verschiedenen Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen.
In der industriellen Praxis finden Eindampfanlagen vor allem Anwendung in der Aufkonzentrierung von Prozesslösungen, der Aufkonzentrierung von Abwässern oder als Zwischenschritte in Kristallisationsanlagen.
Da in jedem Fall bei den hier diskutierten Verdampfungsanlagen ein Lösungsmittel (in der Regel Wasser) entzogen werden soll, muss dem Prozess entsprechend Wärme zugeführt werden, um die Energie zur Verdampfung des Wassers zuzuführen.
In der Regel werden Eindampfanlagen ausgeführt als:
- Ein- oder mehrstufige Anlagen mit Frischdampfbeheizung
- Anlagen mit mechanischer Brüdenkompression
- Anlagen mit thermischer Brüdenkompression
- Anlagen mit Entspannungseindampfung
- Anlagen zur Verdampfung mit Fallfilmapparaten
Bei allen oben beschriebenen Anwendungsfällen ist bis auf den Anwendungsfall der Entspannungseindampfung die Möglichkeit gegeben die Anlagen
- als klassischen Zwangsumlauf mit Verdampfungskörper
- Umwälzleitung, Umwälzpumpe und Heizkörper
- als Naturumlauf
- als Fallfilmverdampfer
auszuführen.
Hierbei muss schließlich immer die Gesamtheit der Anforderungen betrachtet werden.
Sollte beispielsweise davon ausgegangen werden, dass im Prozess teilweise mit dem Ausfall von Salzen zu rechnen ist, so ist vorzugsweise das Verfahren mit klassischem Umwälzkreislauf vorzusehen, da Fallfilmverdampfer tendenziell dazu neigen, vor allem bei verschiedener Betriebsweise und durch den Abriss des Flüssigkeitsfilms in den Rohren zu verkrusten.
Der Grund hierfür ist, dass die Verdampfung nicht wie beim klassischen Umwälzkreislauf im Ausdampfkörper stattfindet, sondern in den Rohren des Fallfilmverdampfers. Dies führt dazu, dass die Übersättigung entsprechender Inhaltsstoffe an dieser Stelle abgebaut wird, was zu Verkrustungen führt.
Eindampf- und Verdampfungsanlagen von EBNER: Maßgeschneiderte Technologie für Konzentration und Lösemittelgewinnung
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Von EBNER eingedampfte Medien:
EBNER – Ihr kompetenter Partner im Anlagenbau
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Häufig gestellte Fragen
Wie wird die Stufenanzahl bei Mehrstufigen Anlagen mit Frischdampfbeheizung gewählt?
Generell bedeuten kleine Stufenzahlen geringen Investitionskosten, aber hohe Betriebskosten.
Die maximale Stufenanzahl hängt von den thermodynamischen Eigenschaften der einzudampfenden Lösung ab. Ist zum Beispiel die Siedepunktserhöhung (Dampfdruckerniedrigung) der Lösung sehr hoch, wie dies bei Anlagen mit hohen Gehalten an Calciumchlorid (CaCl₂) oder Magnesiumchlorid (MgCl₂) der Fall ist, so kann nur eine geringe Stufenanzahl gewählt werden, da sonst das notwendige Temperaturgefälle zwischen erster und letzter Stufe der Anlage zu hoch oder die notwendige Wärmeübertragungsfläche, welche durch das zur Verfügung stehende Temperaturdifferenz bestimmt ist, sehr groß würde.
Was ist die maximale Stufenanzahl einer Eindampfanlage?
Bei Eindampfanlagen mit stehenden Einzelstufen ist es üblich, bis zu 6 Stufen auszuführen.
Ebenso besteht die Möglichkeit, eine höhere Stufenanzahl zu wählen, um den letztendlichen Energieverbrauch des Frischdampfes oder auch Kühlwasserverbrauch noch weiter zu reduzieren – dies wird dann mit Entspannungsverdampfungsanlagen durchgeführt, die zum Beispiel in der Viskosefaserindustrie zur Eindampfung von Spinnbad üblich sind.
Welche Möglichkeiten der Brüdenkompression gibt es und welches Verfahren wird wann angewendet?
Generell kann der entstehende Brüdendampf:
- komplett mir mechanischer Brüdenkompression verdichtet werden
- teilweise mit thermischer Brüdenkompression verdichtet werden
Die mechanische Brüdenkompression wird angewendet bei Lösungen mit geringen Siedepunktserhöhungen bis ca. 20°C, falls kein Kühlwasser oder Frischdampf zur Verfügung stehend oder wenn die Kosten für Elektroenergie im Vergleich zu den Kosten für Dampf niedrig sind. Ebenso sollte der geringere CO₂-Fußabdruck hier auch eine Rolle.
Sollen die Investitionskosten der Anlage gering sein und ist es unnötig, die Kapazität der Anlage stufenlos regeln zu können, können Anlagen mit thermische Brüdenkompression zum Einsatz kommen.
Was sind die Merkmale von Anlagen mit mechanischen Brüdenkompression?
Bei Anlagen mit mechanischer Brüdenkompression wird der gesamte entstehende Brüdendampf durch einen mechanischen Brüdenverdichter (einstufiger oder mehrstufiger Ventilator oder auch Turbokompressor) verdichtet und am Heizkörper der Anlage niedergeschlagen. Hierdurch ist es möglich, die Kondensationsenthalpie der Brüdendämpfe zu nutzen, um die notwendige Energie zur Verdampfung des Wassers aus der Lösung bereits zu stellen.
Der Verdichter muss also nur dir entsprechende Verdichtungsarbeit leisten, welche notwendig ist, um sowohl die Siedepunktserhöhung (Dampfdruckerniedrigung) der Lösung zu überwinden, als auch das notwendige Temperaturgefälle zu erzeugen, um die Kondensation des Brüdens an den Wärmeübertrager zu ermöglichen.
Diese Anlagen sind je nach Verhältnis von Verdampfungsmenge zur Eintrittsmenge in der Regel in der Lage, im Normalbetrieb ohne Frischdampf betrieben zu werden.
Da der Brüdenverdichter wie beschrieben, die Siedepunktserhöhung (Dampfdruckerniedrigung) der Lösung überwinden muss, und die entsprechenden Verdichter nur in der Lage sind, eine gewisse Druckerhöhung zu erreichen, werden je nach Anwendungsfall mehrere seriell angeordnete Verdichter benötigt.
Da neben dem elektrischen Energieverbrauch auch der CAPEX bei hoher Siedepunktserhöhung (Dampfdruckerniedrigung) steigt, ist die mechanische Brüdenverdichtung nur bis zu einer gewissen Siedepunktserhöhung der Lösung wirtschaftlich.
Bei Anlagen mit mechanischer Brüdenkompression ist es möglich, die Kapazität der Anlage im Arbeitsbereich stufenlos zu regeln.
Was sind die Merkmale von Anlagen mit thermischer Brüdenkompression?
Bei Anlagen mit thermischer Brüdenkompression wird ähnlich wie bei der mechanischen Brüdenkompression ein Teil des bei der Verdampfung entstehenden Brüdendampfes mittels eines Venturi-Dampfstrahlapparates verdichtet und auf ein höheres Druckniveau gebracht.
Das Gemisch aus Frischdampf und Brüdendampf ist dann in der Lage, am Heizkörper zu kondensieren. Da aufgrund der Bilanz im gesamten System schlussendlich ein Energieüberschuss herrscht, muss ein Teil des entstehenden Brüdendampfes an einem Mischkondensator oder Oberflächenkondensator niedergeschlagen werden.
Aufgrund der Vermischung von frischem, reinem Treibdampf mit Brüdendampf und somit Verunreinigung des Kondensates hat sich diese Eindampftechnik in den letzten Jahren in der Regel als nicht mehr wirtschaftlich erwiesen.
Da ein Dampfstrahlapparat einen kleinen Leistungsbereich hat, ist die Regelung der Kapazität erschwert. Zur Regelung der Kapazität der Anlage können mehrere Dampfstrahler verbaut werden, welche dann einzelne zu- oder abgeschaltet werden können. Somit kann die Kapazität in Stufen geregelt werden.