Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkeitsringgaspumpe

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpe mit einer Hilfs- oder Betriebsflüssigkeit im Arbeitsraum, insbesondere einer Flüssigkeitsringpumpe, zum Ansaugen eines gasförmigen Mediums, das Betriebsflüssigkeit im Dampfform enthalten kann. Während man bislang die Ansicht vertritt, daß ein niedrigerer Ansaugdruck als der Dampfdruck der Hilfsflüssigkeit einer solchen Pumpe nicht erreichbar sei, hat die Erfindung erkannt, daß ein niedrigerer Ansaugdruck erzielt werden kann, wenn das angesaugte Medium einen unterhalb der Temperatur der Hilfsflüssigkeit liegenden Taupunkt aufweist. Die Lehre der Erfindung besteht darin, das Medium mit einem unter der Temperatur der Betriebsflüssigkeit liegenden Taupunkt, bezogen auf den Dampfanteil an Betriebsflüssigkeit im Medium und dem Druck am Pumpeneintritt, zuzuführen. Vorteilhafterweise wird das Medium mit einer Temperatur zugeführt, die niedriger ist als die Temperatur der Betriebsflüssigkeit. Zweckmäßig ist ferner die Verwendung einer Betriebsflüssigkeit mit hoher Verdampfungswärme und mit großer Dampfdruckänderung bei geringerTemperaturänderung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpe mit einer Hilfs- oder Betriebsflüssigkeit im Arbeitsraum, insbesondere einer Flüssigkeitsringpumpe, zum Ansaugen eines gasförmigen Mediums, das Betriebsflüssigkeit in Dampfform enthalten kann.

[0002] Der minimal erreichbare Ansaugdruck wird bei Pumpen, die mit einer Betriebsflüssigkeit bzw. Hilfsflüssigkeit arbeiten, durch den Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit bei der Betriebstemperatur bestimmt. Ein niedrigerer ^-Ansaugdruck ist nach bisheriger Kenntnis nicht erreichbar, weil die Betriebsflüssigkeit bei diesem Druck verdampft. Nähert sich der Ansaugdruck dem Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit, geht das angesaugte Gasvolumen steil zurück.

[0003] Diese Erscheinung wird besonders nachteilig verspürt bei dem Einsatz von Flüssigkeitsringpumpen für die Absaugung von Gasen, die Dämpfe von niedriger als Wasser siedenden Lösungsmitteln enthalten. Zwar erlaubt die Verwendung von Wasser als Betriebsflüssigkeit die Erreichung verhältnismäßig niedriger Ansaugdrücke, bzw. bei niedrigen Drücken bei mäßiger Pumpengröße die Erreichung befriedigender Ansaugvolumina; jedoch muß das in der Pumpe sich niederschlagende Lösungsmittel später aufwendig vom Wasser getrennt werden, bevor es wieder verwendet werden kann bzw. das Wasser in die Kanalisation abgelassen werden kann. Demgegenüber hat man bei Verwendung des Lösungsmittels als Betriebsflüssigkeit der Pumpe den Vorteil, daß die in der Pumpe niedergeschlagenen Dämpfe unmittelbar zurückgewonnen werden; jedoch müssen für die Arbeit bei niedrigen Drücken größere Pumpen eingesetzt werden wegen des höher liegenden Dampfdrucks bei Betriebstemperatur bzw. es muß ein höherer Kühlaufwand zur Erreichung niedriger Drücke getrieben werden.

[0004] Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß die bisherige Ansicht, daB der mit einer Pumpe der eingangs genannten Art erreichbare Ansaugdruck der Betriebsflüssigkeit unrichtig ist, nämlich dann, wenn das angesaugte Medium einen unterhalb der Temperatur der Betriebsflüssigkeit liegenden Taupunkt aufweist.

[0005] Daraus leitet sich die erfindungsgemäß gegebene technische Lehre ab, eine Pumpe der eingangs genannten Art so zu betreiben, daß der Ansaugdruck des Mediums niedriger ist als der Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit bei Eintritt in die Pumpe, und daß das Medium mit einem unter der Temperatur der Betriebsflüssigkeit liegenden Taupunkt, bezogen auf den Dampfanteil an Betriebsflüssigkeit im Medium und den Druck am Pumpeneintritt, zugeführt wird.

[0006] Wenngleich eine wissenschaftlich abgesicherte Erklärung noch aussteht, vermutet man die-Gründe für die Wirkung der Erfindung darin, daß der Stoffaustausch des in die Pumpe eintretenden Mediums mit der Flüssigkeitsoberfläche zu einer beträchtlichen Abkühlung der Flüssigkeit führt. Dadurch wird der Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit im Ansäugereich gesenkt. Bei Flüssigkeitsringpumpen mag auch der Umstand eine Rolle spielen, daß der Druck innerhalb der Flüssigkeit mit dem radial nach außen gerichteten Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche zunimmt. Jedoch würde dies alleine nicht erklären, warum die Flüssigkeit nicht in der unterhalb der unmittelbar gekühlten Oberflächenschicht liegenden, ungekühlten Schicht, die von der Druckerhöhung aufgrund ihres radialen Abstands von der Oberfläche praktisch noch nicht betroffen ist, nicht ausdampft. - Von besonders großer Bedeutung wird in diesem Zusammenhang die Tatsache sein, daß alle Vorgänge innerhalb der Ansaugzelle sich mit unvorstellbarer Geschwindigkeit abspielen.

[0007] Der Taupunkt ist diejenige Temperatur eines Gas/Dampfgemisches, bei dem für ein gegebenes Gewichtsverhältnis der Gas- und Dampfmenge die relative Feuchte 100 % beträgt, d.h. Sättigung erreicht ist. Die Bedingung, daß das Medium mit einem Taupunkt zugeführt wird, der unter der Temperatur der Betriebsflüssigkeit bei deren Eintritt in die Pumpe liegt, bedeutet mit anderen Worten, daß das zugeführte Medium bei der Temperatur der zugeführten Betriebsflüssigkeit ungesättigt ist und somit im Stoffaustausch mit der im Saugraum und/oder in der Ansaugzelle der Pumpe befindlichen Betriebsflüssigkeit noch Dampf dieser Betriebsflüssigkeit aufnehmen kann. Das Medium kann bei Eintritt in die Pumpe sowohl höhere als auch niedrigere Temperatur haben als die zugeführte Betriebsflüssigkeit. Die Temperatur des Mediums beim Eintritt in die Pumpe ist nicht von großem Einfluß, weil die Abkühlung oder Aufwärmung der Flüssigkeit infolge von Wärmeaustausch mit dem Gas eine wesentlich geringere Rolle spielt als die Abkühlung der Flüssigkeitsoberfläche durch die Flüssigkeitsverdampfung. Dennoch ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des Mediums beim Eintritt in die Ansaugzelle der Pumpe niedriger als die der Betriebsflüssigkeit ist.

[0008] Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Medium vor dem Eintritt in die Pumpe gekühlt wird. Dies ist eine Bedingung, die beim Ansaugen von mit Lösungsmittel angereicherter Luft im allgemeinen erfüllbar sein wird, weil man das Medium zur Rückgewinnung des Lösungsmittels im allgemeinen durch einen Kondensator führen wird.

[0009] Es ist erwünscht, daß die Flüssigkeit im Saugbereich der Pumpe eine möglichst starke Dampfdruckabsenkung erleidet. Vorteilhaft ist es hierfür - wenn man von einer bestimmten Temperaturabsenkung der Flüssigkeit ausgeht - eine steile Dampfdruckkurve, d.h. eine große Dampfdruckänderung bei geringer Temperaturänderung.

[0010] Für eine gegebene Gasfeuchte ist aber auch die Temperaturabsenkung der Flüssigkeit von Stoffkonstanten der Flüssigkeit abhängig. Beispielsweise ergibt eine hohe Verdämpfungswärme - eine bestimmte Verdampfungsmenge vorausgesetzt - eine hohe Temperaturabsenkung.

[0011] Es ist auch bekannt, daß noch andere Flüssigkeitseigenschaften für den Stoffübergang und die sich daraus ableitenden Temperaturverhältnisse von Bedeutung sind (vgl. Krischer-Kast: Trocknungstechnik, 3. Aufl., insb. Abschnitt 5.10.6.). Es ist daher ohne weiteres anhand der in der Literatur angegebenen Erfahrungswerte und aufgrund von Experimenten möglich, besonders geeignete Betriebsflüssigkeiten herauszufinden bzw. ein Lösungsmittel auszusuchen, das sich besonders gut als Betriebsflüssigkeit in der nachgeschalteten Pumpe eignet.

[0012] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die im Ausgangsbereich, insb. auch die in der Ausgangszelle der Pumpe befindliche Betriebsflüssigkeit durch Frischflüssigkeitszufuhr gekühlt wird. Beispielsweise kann auchgezielt im Bereich des Saugraums oder der Ansaugzelle Frischflüssigkeit in die Pumpe eingeführt werden, wobei es nach den obigen Ausführungen zweckmäßig ist, die Frischflüssigkeit dort zuzuführen, wo sie die Temperatur der Flüssigkeit in besonders hohem Maße beeinflußt.

[0013] Es kann vorteilhaft sein, nur einen Teilstrom der zugeführten Betriebsflüssigkeit der Pumpensaugseite entsprechend tief heruntergekühlt zuzuführen, während der andere, weniger stark oder nicht gekühlte Teilstrom einem anderen Bereich der Pumpe zugeführt wird. Dies kann insbesondere bei mehrstufigen Pumpen von Bedeutung sein, weil in der ersten Stufe entsprechend dem geringeren Ansaugdruck eine tiefere Betriebsflüssigkeitstemperatur verlangt wird als in den folgenden Stufen.

Beispiel:

[0014] Mit einer Flüssigkeitsringpumpe Fabrikat SIHI Typ LPHE 45316 und Aceton als Betriebsflüssigkeit wurden die Kennlinien bei Ansaugung eines Luft/Aceton-Gemischs aufgenommen. Die Luft wurde der Atmosphäre ungetrocknet entnommen, und vor der Zuführung zur Pumpe in unterschiedlichem Maße (unterschiedlicher Taupunkt) mit Aceton angereichert. In der ersten Versuchsreihe betrug die Temperatur, mit der die Betriebsflüssigkeit der Pumpe zugeführt wurde, 30° C, wobei das Luft/Aceton-Gemisch mit Taupunkten von 30°, 20°, 10°, 0° und -10° sowie acetonfrei zugeführt wurde. In einer zweiten Versuchsreihe betrug die Betriebstemperatur der Flüssigkeit 0° C und es wurde das Luft/Aceton-Gemisch mit einem Taupunkt von 0° C bzw. acetonfrei zugeführt. Die Ergebnisse sind in dem anliegenden Diagramm dargestellt, das das angesaugte Luftvolumen nach Kondensation des gesamten Aceton-Dampfanteils in Nm³/h über dem Ansaugdruck darstellt. Die durchgezogenen Linien gelten für eine Betriebsflüssigkeitstemperatur von 30° C; die gestrichelten für eine Betriebsflüssigkeitstemperatur von 0° C.

[0015] Man entnimmt dem Diagramm folgendes.

[0016] Die 30°C-Kurve gilt für die Ansaugung von Gas mit dem Taupunkt von 30° C, das also bei 30° C gesättigt ist und für eine Betriebsflüssigkeitstemperatur von ebenfalls 30° C.

[0017] Da das Gas bei dieser Temperatur keine weitere Betriebsflüssigkeit aufnehmen kann, ändert es die Verhältnisse im Ansaugbereich der Pumpe nicht. In Übereinstimmung mit allen bisherigen Erfahrungen strebt die Kurve der Abszisse daher beim Dampfdruck des Acetons bei 30° C, etwa 370 mbar, u. Einen ähnlichen Verlauf zeigt die gestrichelte 0°C-Kurve, die für die Ansaugung von Gas mit einem Taupunkt von 0° C bei einer Betriebsflüssigkeitstemperatur von ebenfalls 0° C gilt. Auch in diesem Fall kann das Gas wegen seines Sättigungszustandes die Temperaturverhältnisse im Ansaugbereich der Pumpe nicht ändern. Die Pumpe strebt der Abszisse daher beim Dampfdruck P_D,O zu.

[0018] Die Kurven für unterhalb der Betriebsflüssigkeitstemperatur liegende Taupunkte des Gases verlaufen hingegen links von den für gesättigtes Gas geltenden Kurven bei wesentlich geringeren Ansaugdrücken. Man erkennt, daB die Ansaugdrücke bei Verwendung trockneren Gases ganz erheblich gesenkt werden, nämlich bei Ansaugung reiner Luft auf etwa den halben Wert des Dampfdrucks der Betriebsflüssigkeit bei 30° C.

[0019] Die Kurven für die Ansaugung von Gas mit gegenüber der Betriebsflüssigkeit erniedrigten Taupunkten verlaufen gekrümmt. Dies ist so zu deuten, daß die Kurven bei gegen Null gehendem Fördervolumen, wenn also in der Ansaugzelle mangels angesaugten Gases kein Kühleffekt vorhanden ist, dem Dampfdruck des Acetons auf der Abszisse anzustreben, wie dies strichpunktiert für die Kurve acetonfreier Luft angedeutet ist.

[0020] Die Erfindung ist von großer praktischer Bedeutung, weil sie eine wesentlich sparsamere Dimensionierung der mit Lösungsmittel als Betriebsflüssigkeit betriebenen Flüssigkeitsringpumpen gestattet. Der Taupunkt, mit dem das Gas der Pumpe zugeführt wird, läßt sich durch die Auswahl der Temperatur des vorgeschalteten Kondensators leicht bestimmen. Ein Kostenoptimum erzielt man daher durch eine optimierte gegenseitige Abstimmung von Pumpe und Kondensator.

[0021] Außer Aceton wurden gute Ergebnisse unter Verwendung von Äthanol, Methanol, Isobutanol, Trichloräthan und Methyltertier-Butyläther erzielt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe mit einer Hilfs- oder Betriebsflüssigkeit im Arbeitsraum, insbesondere einer Flüssigkeitsringpumpe, zum Ansaugen eines gasförmigen Mediums, das Betriebsflüssigkeit in Dampfform enthalten kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugdruck des Mediums niedriger ist als der Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit bei Eintritt in die Pumpe, und daß das Medium mit einem unter der Temperatur der Betriebsflüssigkeit liegenden Taupunkt, bezogen auf den Dampfanteil an Betriebsflüssigkeit im Medium und den Druck am Pumpeneintritt, zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums niedriger als die der Betriebsflüssigkeit bei Eintritt in die Pumpe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium vor dem Eintritt in die Pumpe gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betriebsflüssigkeit mit großer Dampfdruckänderung bei geringer Temperaturänderung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betriebsflüssigkeit mit hoher Verdampfungswärme verwendet wird.

6. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ansaugzelle der Pumpe befindliche Betriebsflüssigkeit durch Frischflüssigkeitszufuhr gekühlt wird.

7. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teilstrom der zugeführten Betriebsflüssigkeit der Pumpensaugseite zugeführt und auch nur dieser Teilstrom vor Eintritt in die Pumpe entsprechend tief heruntergekühlt wird.

Zeichnung