AT515109A4

AT515109A4 - Falling film evaporator

Info

Publication number: AT515109A4
Application number: ATA50831/2013A
Authority: AT
Original assignee: Bertrams Chemieanlagen Ag
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-15
Also published as: CN105828898A; WO2015091205A1; AT515109B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fallfilmverdampfer (1) mit zumindest einem Verdampferrohr (3), dessen Innenwand dazu vorgesehen ist, um eine in das Ver- dampferrohr (1) eingebrachte Flüssigkeit als Film zu leiten, und mit einer Vorrichtung zum Erhitzen des Verdampferrohres. Um eine gleichmäßige und zuverlässig steuerbare Temperaturregelung zu erreichen, umfasst die Vorrichtung zum Erhit- zen des Verdampferrohres eine außen an dem Verdampferrohr (3) angebrachte elektrische Heizeinrichtung (5).The invention relates to a falling-film evaporator (1) having at least one evaporator tube (3), the inner wall of which is provided to conduct a liquid introduced into the evaporator tube (1) as a film, and to a device for heating the evaporator tube. In order to achieve a uniform and reliably controllable temperature regulation, the device for heating the evaporator tube comprises an electrical heating device (5) mounted outside the evaporator tube (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Fallfilmverdampfer mit zumindest einem Verdampferrohr, dessen Innenwand dazu vorgesehen ist, um eine in das Verdampferrohr ein-gebrachte Flüssigkeit als Film zu leiten, und mit einer Vorrichtung zum Erhitzen des Verdampferrohres. Ätz-Natron- und Ätz-Kali-Lösungen werden heutzutage durch Elektrolyse unter Verwendung einer lonenaustauschmembran als 30-33%-ige wässrige Lösung erhalten. Es ist bekannt, solche Lösungen in Fallfilmverdampfern zu einer praktisch anhydriden Substanz zu konzentrieren, um für die weitere Verarbeitung zu Schuppen oder Prills oder Pellets gegebenenfalls in Fässern bereitzustehen. Es ist jedoch sehr schwer, eine ausreichende Lebensdauer für derartige Vorrichtungen zu gewährleisten, insbesondere wenn die Vorrichtung aus mehreren, zu einem Bündel zusammengefassten Fallfilmelementen besteht. Diese Art von Fallfilmverdampfern besitzt nämlich eine zu geringe Wärmeübertragung und erfordert daher eine höhere Wärmeübertragungsfläche. Dies führt jedoch zu einem sehr dünnen Fallfilm der alkalinen Lösung und in weiterer Folge zur Formation von Unterbrechungen (Rissen) im Film insbesondere im unteren Bereich der Fallfilmrohre, was zu hohen thermischen Spannungen und Spannungskorrosion im unteren Bereich der Rohre führt.The invention relates to a falling-film evaporator having at least one evaporator tube, the inner wall of which is provided to guide a liquid introduced into the evaporator tube as a film, and to a device for heating the evaporator tube. Etching soda and caustic potash solutions are nowadays obtained by electrolysis using an ion exchange membrane as a 30-33% aqueous solution. It is known to concentrate such solutions in falling-film evaporators into a practically anhydride substance in order to be ready for further processing into dandruff or prills or pellets, optionally in drums. However, it is very difficult to ensure a sufficient life for such devices, especially when the device consists of several, combined into a bundle falling film elements. Namely, this type of falling film evaporators has too little heat transfer and therefore requires a higher heat transfer area. However, this leads to a very thin falling film of the alkaline solution and subsequently to the formation of interruptions (cracks) in the film, in particular in the lower part of the falling film tubes, which leads to high thermal stresses and stress corrosion in the lower region of the tubes.

Daher werden für solche Zwecke auf dem Gegenstromprinzip basierende Fallfilmverdampfer verwendet. Diese bestehen aus einem Konzentratorrohr, das von einem eng anliegenden Heizmantel umgeben ist. Innerhalb des (vertikal) stehenden Konzentratorrohres fließt alkaline Lösung gleichmäßig an der Innenwand verteilt als Film von oben nach unten. Dabei wird Wasser durch Verdampfung entfernt. An der Unterseite des Konzentratorrohres tritt eine praktisch wasserfreie alkaline Lö- sung (Schmelze) zusammen mit dem erzeugten Dampf hervor. In dem das Konzentratorrohr umgebenden Heizmantel wird eine Heizflüssigkeit, z.B. eine anorganische Salzschmelze, im Gegenstrom zum Fallfilm gefördert. Die erhitze Heizflüssigkeit wird im unteren Bereich des Heizmantels eingespeist und verlässt den Heizmantel - nun mit geringerer Temperatur - in seinem oberen Bereich.Therefore, counterflow principle based falling film evaporators are used for such purposes. These consist of a concentrator tube, which is surrounded by a tight heating mantle. Within the (vertically) stationary concentrator tube, alkaline solution flows evenly distributed on the inner wall as a film from top to bottom. In this case, water is removed by evaporation. At the bottom of the concentrator tube, a practically anhydrous alkaline solution (melt) emerges together with the generated steam. In the heating jacket surrounding the concentrator tube, a heating fluid, e.g. an inorganic molten salt, fed in countercurrent to the falling film. The heated heating fluid is fed to the bottom of the heating jacket and leaves the heating jacket - now with lower temperature - in its upper part.

Die Verwendung solcher anorganischer Salzschmelzen hat einige Nachteile, wie: - Eine Einstellung des Temperaturprofils entlang des Konzentratorrohres ist nicht möglich. - Salzschmelzen besitzen Schmelzpunkte oberhalb der Raumtemperatur, wodurch ständig die Gefahr eines Verfestigens in kalten Teilen des Salzsystems insbesondere während des Startens und/oder Herunterfahrens der Anlage. - Salzschmelzen sind normalerweise gefährliche Verbindungen, wodurch das Handling und die Entsorgung mit hohem Aufwand verbunden sind.The use of such inorganic salt melts has some disadvantages, such as: An adjustment of the temperature profile along the concentrator tube is not possible. - Salt melts have melting points above room temperature, which constantly the risk of solidification in cold parts of the salt system, especially during startup and / or shutdown of the system. - Salt melts are usually dangerous compounds, which makes handling and disposal expensive.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und einen Fallfilmverdampfer bereitzustellen, der sich durch eine effiziente Wärmeübertragung und geringe Wärmeverluste an die Umgebung auszeichnet. Die Temperatur des Verdampferrohres soll auf einfache und zuverlässige Weise regelbar sein. Die Einstellung und Veränderung eines Temperaturprofils entlang des Verdampferrohres soll ebenfalls möglich sein. Die Verwendung von stofflichen Heizmedien, insbesondere Salzschmelzen, soll vermieden werden. Die Konstruktion soll einfach, platzsparend und kostengünstig sein.The object of the invention is to eliminate these disadvantages and to provide a falling film evaporator which is characterized by an efficient heat transfer and low heat losses to the environment. The temperature of the evaporator tube should be adjustable in a simple and reliable manner. The adjustment and modification of a temperature profile along the evaporator tube should also be possible. The use of material heating media, especially molten salts, should be avoided. The construction should be simple, space-saving and cost-effective.

Dieses Ziel wird mit einem Fallfilmverdampfer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Vorrichtung zum Erhitzen des Verdampferrohres eine außen an dem Verdampferrohr angebrachte elektrische Heizeinrichtung umfasst.This object is achieved with a falling film evaporator of the type mentioned above in that the device for heating the evaporator tube comprises an outside of the evaporator tube mounted electric heater.

Unter elektrischer Heizeinrichtung ist eine Heizeinrichtung zu verstehen, bei der elektrische Leistung in Wärme umgewandelt wird. Bei der Erfindung kann diese Umwandlung von elektrischer in thermische Energie in unmittelbarer Nähe zumBy electric heater is meant a heater in which electrical power is converted to heat. In the invention, this conversion of electrical energy into thermal energy in close proximity to the

Verdampferrohr, insbesondere im unmittelbaren Mantelbereich des Verdampferrohres, erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die elektrische Heizeinrichtung die Ummantelung des Verdampferrohres. D.h. jene Teile der elektrischen Heizeinrichtung, in denen die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie erfolgt, befinden sich in unmittelbarer Nähe zum Verdampferrohr. Wie im Folgenden beschrieben ist das Vorsehen einer elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Zwischenschicht bzw. Zwischenlage möglich.Evaporator tube, in particular in the immediate cladding region of the evaporator tube done. In a preferred embodiment, the electric heater forms the jacket of the evaporator tube. That those parts of the electric heater in which the conversion of electrical energy into heat energy takes place are in the immediate vicinity of the evaporator tube. As described below, the provision of an electrically insulating and thermally conductive intermediate layer or intermediate layer is possible.

Als elektrische Heizeinrichtung kommt bevorzugt eine Widerstandsheizung zur Anwendung, d.h. der elektrische Widerstand eines stromdurchflossenen Leiters bedingt die Wärmeentwicklung. Denkbar wären jedoch auch lnfrarot(IR)-Strahler, z.B. in Form von Heizstäben, die entlang des Verdampferrohres angeordnet werden. Systeme, die auf Induktion beruhen, wären ebenfalls denkbar. In allen Varianten wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt.As the electric heater, a resistance heater is preferably used, i. the electrical resistance of a current-carrying conductor causes the evolution of heat. However, infrared (IR) emitters, e.g. in the form of heating rods, which are arranged along the evaporator tube. Systems based on induction would also be conceivable. In all variants, electrical energy is converted into heat energy.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine elektrische Heizeinrichtung, bei der elektrische Energie z.B. in einem von Strom durchflossenen elektrischen Widerstand in Wärmeenergie umgewandelt wird, leicht regelbar ist, wodurch eine gleichmäßige Erhitzung des Verdampferrohres und die Einstellung von Temperaturprofilen möglich wird. Stoffliche Wärmeträger, wie Salzschmelzen können damit vermieden werden.The advantage of the invention is that an electric heater, in which electrical energy is e.g. is converted into heat energy in an electric current flowing through current, is easily regulated, whereby a uniform heating of the evaporator tube and the setting of temperature profiles is possible. Substantial heat transfer media, such as molten salts, can thus be avoided.

Ein Fallfilmverdampfer umfasst in der Regel eine Zufuhr, über die eine zu konzentrierende Lösung in das Innere des Verdampferrohres gelangt, und über einen Ablauf, überden die im Verdampferrohr konzentrierte Substanz entnommen werden kann. Die Zuführung erfolgt dabei derart, dass die zu konzentrierende Flüssigkeit als Film entlang der Innenwand des im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Verdampferrohres nach unten fließt.A falling-film evaporator usually comprises a feed, via which a solution to be concentrated enters the interior of the evaporator tube, and via a drain, via which the substance concentrated in the evaporator tube can be removed. The supply takes place in such a way that the liquid to be concentrated flows as a film down the inner wall of the substantially vertically oriented evaporator tube.

Im Verdampferrohr wird der unter den gegebenen Bedingungen flüchtige Anteil der Flüssigkeit verdampft, wodurch der Anteil mit höherer Verdampfungstemperatur während des Filmfalls aufkonzentriert wird. Das Verdampferrohr stellt daher ein Konzentratorrohr bzw. ein Konzentratorelement dar.In the evaporator tube of the volatile under the given conditions, the liquid portion is evaporated, whereby the proportion is concentrated with a higher evaporation temperature during the film fall. The evaporator tube therefore represents a concentrator tube or a concentrator element.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinrichtung in Form eines das Verdampferrohr umgebenden Heizmantels ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme können besonders gleichmäßige Temperaturverteilungen entlang des Umfanges des Verdampferrohres erreicht werden.A preferred embodiment is characterized in that the heating device is designed in the form of a heating jacket surrounding the evaporator tube. By this measure, particularly uniform temperature distributions along the circumference of the evaporator tube can be achieved.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Heizeinrichtung aus Heizabschnitten gebildet wird, die in axialer Richtung aufeinander folgend angeordnet und unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Dies ermöglicht die Einstellung eines Temperaturprofils entlang des Verdampferrohres. Durch unterschiedlich starke Bestromung der einzelnen Heizabschnitte können Temperaturgradienten verwirklicht werden. Beispielsweise können weiter unten liegende Bereiche des (aufrecht stehenden) Verdampferrohres stärker beheizt werden. Hier werden gegebenenfalls höhere Temperaturen benötigt, weil die Siedetemperatur der Lauge mit Zunahme der Konzentration steigt. Die Zunahme der Temperatur in weiter unten liegenden Bereichen des Verdampferrohres ermöglicht, dass auch hier noch weiter konzentriert werden kann.A preferred embodiment is characterized in that the electric heating device is formed from heating sections, which are arranged successively in the axial direction and can be controlled independently of one another. This allows the setting of a temperature profile along the evaporator tube. By differently strong energization of the individual heating sections temperature gradients can be realized. For example, lower areas of the (upright) evaporator tube can be heated more. Higher temperatures may be required here because the boiling point of the liquor increases with increasing concentration. The increase in temperature in lower areas of the evaporator tube allows that can be further concentrated here as well.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Länge der Heizabschnitte jeweils zwischen 0,4m und 2,5m beträgt. Dies erlaubt eine ausreichend feine Abstimmung des Temperaturverlaufs.A preferred embodiment is characterized in that the length of the heating sections is in each case between 0.4 m and 2.5 m. This allows a sufficiently fine tuning of the temperature profile.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Anzahl der Heizabschnitte zumindest drei, vorzugsweise zumindest fünf, beträgt. Diese Anzahl der Heizabschnitte hat sich insbesondere bei Gesamtlängen des Verdampferrohres von maximal 10 m bewährt. Je nach Länge des Verdampferrohres können mehr oder weniger viele Heizabschnitte realisiert sein. Bevorzugt ist auch, wenn das Verhältnis der Gesamtlänge zur Heizabschnittlänge zwischen 0,5 und 1,5 beträgt. Z.B. kann ein 6m langes Konzentartorrohr über 6 unabhängigen Heizabschnitten beheizt werden. Bevorzugt (aber nicht zwingend) ist, wenn die Anzahl von 20 Heizabschnitten nicht überschritten wird.A preferred embodiment is characterized in that the number of heating sections is at least three, preferably at least five. This number of heating sections has been proven especially in total lengths of the evaporator tube of a maximum of 10 m. Depending on the length of the evaporator tube more or less many heating sections can be realized. It is also preferable if the ratio of the total length to the heating section length is between 0.5 and 1.5. For example, For example, a 6m long concentrate port can be heated via 6 independent heating sections. Preferred (but not mandatory) is when the number of 20 heating sections is not exceeded.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Heizeinrichtung aus zumindest einem, vorzugsweise flächige Form aufweisenden Widerstandsdraht gebildet wird. Der Widerstandsdraht kann gleichmäßig und in gewünschtem Verlauf verlegt werden. Vorzugsweise verläuft der Widerstandsdraht bzw. verlaufen die einzelnen Widerstandsdrähte im Wesentlichen auf einer gedachten Zylindermantelfläche, die konzentrisch zum Verdampferrohr ist. Eine flächige Ausbildung des Drahtes in Form eines Heizbandes wird bevorzugt, da so neben einer platzsparenden Konstruktion die Wärmeübertragung besonders effizient gestaltet werden kann. Der Widerstandsdraht kann z.B. auf eine außerhalb des Verdampferrohres aufgebrachte Zwischenschicht aufgeklebt werden.A preferred embodiment is characterized in that the electric heater is formed from at least one, preferably flat shape having resistance wire. The resistance wire can be laid evenly and in the desired course. Preferably, the resistance wire or the individual resistance wires run essentially on an imaginary cylinder jacket surface, which is concentric with the evaporator tube. A flat design of the wire in the form of a heating tape is preferred, since in addition to a space-saving design, the heat transfer can be made very efficient. The resistance wire may e.g. be glued to an applied outside the evaporator tube intermediate layer.

Die elektrische Heizeinrichtung kann auch aus einzelnen Heizelementen aufgebaut sein und stromdurchflossene bzw. mit Strom beaufschlagbare Leiter (Stäbe, Bänder, Leisten, etc.) entsprechenden Querschnitts aufweisen.The electrical heating device can also be constructed of individual heating elements and have current-carrying or current-loadable conductors (bars, strips, strips, etc.) corresponding cross-section.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Widerstandsdraht einlagig verlegt ist. Dadurch kann die Dicke der elektrischen Heizeinrichtung um das Verdampferrohr gering gehalten, ohne auf die erforderliche Leistung verzichten zu müssen.A preferred embodiment is characterized in that the resistance wire is laid in one layer. Thereby, the thickness of the electric heater can be kept low around the evaporator tube, without having to do without the required power.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Widerstandsdraht zu überwiegendem Teil parallel zur Längsachse des Verdampferrohres verläuft. Dies ermöglicht nicht nur eine einfache Verlegung, sondern ermöglicht die Zusammenfassung zu Heizelementen, die entlang des Umfanges des Verdampferrohres nebeneinander angeordnet sind. Diese Heizelemente können z.B. durch unterschiedliche Phasen eines Wechselstromes gespeist werden. Die elektrische Heizeinrichtung könnte z.B. mit 3-Phasen und 400V Wechselstrom betrieben werden.A preferred embodiment is characterized in that the resistance wire extends predominantly parallel to the longitudinal axis of the evaporator tube. This not only allows easy installation, but allows the summary of heating elements, which are arranged along the circumference of the evaporator tube side by side. These heating elements may e.g. be fed by different phases of an alternating current. The electric heater could e.g. be operated with 3-phase and 400V AC.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke des Widerstandsdrahtes in radialer Richtung höchstens 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm, beträgt. Durch entsprechend flachen Querschnitt des Widerstandsdrahtes kann die Wärmeerzeugung in ausreichendem Maße erfolgen. Jedenfalls ermöglicht diese Variante eine besonders platzsparende Lösung und eine homogene Wärmeerzeugung.A preferred embodiment is characterized in that the thickness of the resistance wire in the radial direction is at most 5 mm, preferably between 0.1 mm and 1 mm. By correspondingly flat cross section of the resistance wire, the heat generation can be done sufficiently. In any case, this variant allows a particularly space-saving solution and a homogeneous heat generation.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Heizeinrichtung von der Mantelaußenseite des Verdampferrohres durch elektrisch isolierendes Material beabstandet ist. Das Verdampferrohr ist üblicherweise aus Metall, vorzugsweise Nickel, gebildet und geerdet. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, sind die elektrische Heizeinrichtung und das Verdampferrohr voneinander galvanisch getrennt. Auch Auswirkungen eines andernfalls stromdurchflossenen Verdampferrohrmantels auf den unmittelbar anliegenden Fallfilm werden dadurch verhindert.A preferred embodiment is characterized in that the electrical heating device is spaced from the outer shell side of the evaporator tube by electrically insulating material. The evaporator tube is usually made of metal, preferably nickel, and grounded. To avoid a short circuit, the electric heater and the evaporator tube are electrically isolated from each other. Also effects of an otherwise current-carrying evaporator tube shell on the directly adjacent falling film are prevented.

Das Material der Zwischenschicht sollte bis zu Temperaturen von über 1000°C beständig sein. Das gleiche wird für das Heizbandmaterial und den Abstandshal-ter(faden) bevorzugt. Zwischenschicht und Abstandshalter(faden) sind bevorzugt in laugenhaltigen Umgebungen inert.The material of the intermediate layer should be resistant up to temperatures of over 1000 ° C. The same is preferred for the heating tape material and the spacer (thread). Interlayer and spacers (thread) are preferably inert in caustic environments.

Vorzugsweise ist die Mantelaußenseite des metallischen Verdampferrohres mit elektrisch isolierendem Material beschichtet, wobei diese Schicht eine Dicke von 0,1 bis 1mm, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm aufweist.The jacket outside of the metallic evaporator tube is preferably coated with electrically insulating material, this layer having a thickness of 0.1 to 1 mm, preferably between 0.3 and 0.6 mm.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der spezifische elektrische Widerstand des elektrisch isolierenden Materials zumindest 1.000 Qcm beträgt. Dadurch wird eine ausreichende Isolation gewährleistet.A preferred embodiment is characterized in that the specific electrical resistance of the electrically insulating material is at least 1000 Ωcm. This ensures sufficient insulation.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die thermische Leitfähigkeit des elektrisch isolierenden Materials zumindest 1 W/mK beträgt. Dies gewährleistet einen guten Wärmeübergang von den Widerstandsdrähten bzw. einzelnen Heizelementen auf das Verdampferrohr.A preferred embodiment is characterized in that the thermal conductivity of the electrically insulating material is at least 1 W / mK. This ensures good heat transfer from the resistance wires or individual heating elements to the evaporator tube.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrisch isolierende Material eine Keramik umfasst. Es gibt Keramiken, die gleichzeitig einen hohen elektrischen Widerstand und hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.A preferred embodiment is characterized in that the electrically insulating material comprises a ceramic. There are ceramics that have a high electrical resistance and high thermal conductivity at the same time.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrisch isolierende Material Bornitrit umfasst. Bornitrit hat sich als besonders effektives Material herausgestellt, da es optimale Werte für die ansonsten ,im Widerstreit' stehenden physikalischen Eigenschaften elektrischer Widerstand und Wärmeleit fähigkeit aufweist. Außerdem ist Bornitrit in hohem Maße hochtemperaturbeständig und inert.A preferred embodiment is characterized in that the electrically insulating material comprises boron nitrite. Boron nitride has proven to be a particularly effective material because it has optimum values for the otherwise 'conflicting' physical properties of electrical resistance and thermal conductivity. In addition, boron nitride is highly resistant to high temperatures and inert.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und der Mantelaußenseite des Verdampferrohres eine abstandhaltende Struktur angeordnet ist, wobei ein durch die abstandshaltende Struktur gebildeter Zwischenraum mit elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise mit einer Bornitrit-Beschichtung, gefüllt ist. Diese Ausführungsform gewährleistet, dass der Abstand zwischen den stromführenden Teilen der Heizeinrichtung (Widerstandsdraht bzw. Heizelemente) während der gesamten Lebensdauer eines Verdampferrohres erhalten bleibt.A preferred embodiment is characterized in that a distance-retaining structure is arranged between the electric heating device and the outer shell side of the evaporator tube, wherein a space formed by the spacer structure is filled with electrically insulating material, preferably with a boron nitride coating. This embodiment ensures that the distance between the live parts of the heater (resistance wire or heating elements) is maintained throughout the life of an evaporator tube.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die abstandhaltende Struktur durch um das Verdampferrohr laufende Windungen (spiralförmiger Verlauf) gebildet ist, wobei vorzugsweise die Windungen durch einen Strang aus Glas- und/oder Mineralfasern gebildet sind. Diese ist eine besonders zuverlässige und kostengünstig zu realisierende Ausführungsform, da mit einem Strang oder Faden konstanter Dicke gleichmäßiger Abstand (sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung) gewährleistet wird.A preferred embodiment is characterized in that the distance-retaining structure is formed by windings running around the evaporator tube (spiral course), wherein preferably the turns are formed by a strand of glass and / or mineral fibers. This is a particularly reliable and inexpensive to implement embodiment, as with a strand or thread constant thickness uniform distance (both in the circumferential direction and in the axial direction) is ensured.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrisch isolierende Material in Form von um den Umfang des Verdampferrohres verteilte Plättchen, vorzugsweise Bornitrit-Plättchen, gebildet ist. Die Plättchen besitzen neben der Abstandshalterfunktion auch die Funktionen der Wärmeleitung und der elektrischen Isolation. Die Verlegung von gebogenen (d.h. entsprechend der Außenkontur des Verdampferrohres angepassten) Plättchen ist ohne großen Aufwand zu bewerkstelligen. Außerdem ist die Abstandshalterfunktion von vornherein gegeben und während der gesamten Lebensdauer des Verdampferrohres gesichert.A preferred embodiment is characterized in that the electrically insulating material in the form of around the circumference of the evaporator tube distributed platelets, preferably Bornitrit platelets is formed. The plates have in addition to the spacer function and the functions of heat conduction and electrical insulation. The laying of bent (i.e., adapted according to the outer contour of the evaporator tube) platelets can be accomplished without much effort. In addition, the spacer function is given from the outset and secured throughout the life of the evaporator tube.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromversorgung der elektrischen Heizeinrichtung mehrphasig, vorzugsweise dreiphasig, ist und dass die elektrische Heizinrichtung in zumindest einem Abschnitt entlang der Längsachse des Verdampferrohres durch vorzugsweise gleichgroße, um denA preferred embodiment is characterized in that the power supply of the electric heater is multi-phase, preferably three-phase, and that the electrical heating in at least a portion along the longitudinal axis of the evaporator tube by preferably equal to the

Umfang des Verdampferrohres verteilte Heizsegmente gebildet wird, wobei die Heizsegmente jeweils an unterschiedliche Phasen der Stromversorgung angeschlossen sind. Dies garantiert eine in hohem Ausmaß gleichmäßige Temperaturverteilung entlang des Umfanges des Verdampferrohres, wodurch ein Aufreißen des Fallfilmes durch Temperaturgradienten effizient unterdrückt wird. Bei drei Phasen umschließen die einzelnen gleich großen Heizsegmente jeweils etwa 120° entlang des Verdampferrohr-Umfanges.Scope of the evaporator tube distributed heating segments is formed, wherein the heating segments are each connected to different phases of the power supply. This ensures a highly uniform temperature distribution along the circumference of the evaporator tube, which effectively suppresses tearing of the falling film by temperature gradients. In three phases, the individual heating segments of equal size enclose each about 120 ° along the circumference of the evaporator tube.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der radiale Abstand zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und der Mantelaußenseite des Verdampferrohres zwischen 0,2mm und 10mm, vorzugsweise zwischen 0,5mm und 2mm, beträgt, wodurch eine ausreichende räumliche Trennung erreicht wird.A preferred embodiment is characterized in that the radial distance between the electric heater and the outer shell side of the evaporator tube is between 0.2 mm and 10 mm, preferably between 0.5 mm and 2 mm, whereby a sufficient spatial separation is achieved.

Der Abstand zwischen dem Verdampferrohr und den stromführenden Teilen der Heizeinrichtung (Widerstandsdraht bzw. Heizelementen) ist im Bereich zwischen 0.2mm und 10mm, vorzugsweise etwa 1 mm mit dem Spritzdesign (Beschichtung und abstandhaltende Struktur) und etwa 5 mm mit den Plättchen als Zwischenmaterial.The distance between the evaporator tube and the current-carrying parts of the heater (resistance wire or heating elements) is in the range between 0.2mm and 10mm, preferably about 1mm with the spray design (coating and spacing structure) and about 5mm with the platelets as intermediate material.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Heizeinrichtung außen durch zumindest ein umlaufendes Band (vorzugsweise ein Klebeband) oder eine umlaufende Schnur fixiert ist. Die Widerstandsdrähte oder Heizelemente werden dadurch zuverlässig am Verdampferrohr bzw. auf dem elektrisch isolierenden Zwischenmaterial fixiert. Das Befestigungsband hat zwei Funktionen: - Gewährleistung der mechanischen Stabilität des Systems. - Aus elektrisch isolierendem Material gebildet schützt das Band die Heizelemente von der Umgebung, wodurch ein Kurzschluss zwischen einem Heizelement und einem leitenden Teil außerhalb des Systems vermieden wird.A preferred embodiment is characterized in that the electric heating device is externally fixed by at least one circulating belt (preferably an adhesive tape) or a circulating cord. The resistance wires or heating elements are thereby reliably fixed to the evaporator tube or to the electrically insulating intermediate material. The fastening strap has two functions: - Ensuring the mechanical stability of the system. - Made of electrically insulating material, the tape protects the heating elements from the environment, whereby a short circuit between a heating element and a conductive part outside the system is avoided.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Verdampferrohr von einer thermischen Isolation umgeben ist, wobei die elektrischeA preferred embodiment is characterized in that the evaporator tube is surrounded by a thermal insulation, wherein the electric

Heizeinrichtung zwischen der Mantelaußenseite des Verdampferrohres und der Isolation angeordnet ist. Dies verhindert, dass Wärme an die Umgebung abgegeben wird, wodurch die Effizienz der Beheizung gesteigert wird.Heating device between the outer shell side of the evaporator tube and the insulation is arranged. This prevents heat from being released to the environment, increasing the efficiency of the heating.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Fallfilmverdampfer mehrere, insbesondere entlang zumindest einer Linie (z.B. 1-linienförmig oder 2-linienförmig) oder in zumindest einer Reihe oder bündelförmig angeordnete Verdampferrohre umfasst, wobei jedes Verdampferrohr von einer elektrischen Heizeinrichtung umgeben ist. So können mehrere parallel ablaufende Konzentrationsvorgänge durchgeführt werden. Die Anordnung der Verdampferrohre (Linie, Reihe oder Bündel) besitzt einen gemeinsamen Zulauf für die zu konzentrierende Substanz und einen gemeinsamen Ablauf für die aufkonzentrierte Substanz und die erzeugten Brüden.A preferred embodiment is characterized in that the falling-film evaporator comprises a plurality of evaporator tubes, in particular along at least one line (for example 1-line or 2-line) or in at least one row or bundle-shaped, wherein each evaporator tube is surrounded by an electric heater. Thus, several concurrent concentration operations can be performed. The arrangement of the evaporator tubes (line, row or bundle) has a common inlet for the substance to be concentrated and a common flow for the concentrated substance and the generated vapors.

Im Folgenden wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Das elektrisch beheizbare Verdampferrohr (Konzentratorrohr) ist von einer dünnen Beschichtung eines speziellen Materials (temperaturbeständig, elektrisch isolierend und thermisch leitend) umgeben (vorzugsweise von weniger als 500 pm Dicke). Über dieser Beschichtung wird - wie bereits oben erwähnt - eine abstandshaltender Faden bzw. Strang gewunden. Die einzelnen Windungen sind voneinander beabstandet, wobei die Räume zwischen den einzelnen Windungen ebenfalls mit einem speziellen Material (elektrisch isolierend und thermisch leitend) gefüllt sind. Der Faden bzw. Strang wird vorzugsweise nach außen hin wiederum durch ein spezielles Material (elektrisch isolierend und thermisch leitend) bedeckt. Auf dieser durch das spezielle Material gebildeten Oberfläche liegen die Widerstandsdrähte bzw. Heizelemente auf. Das spezielle Material ist vorzugsweise eine Keramik, insbesondere ein Bornitrit(pulver).In the following, a particularly preferred embodiment will be described. The electrically heatable evaporator tube (concentrator tube) is surrounded by a thin coating of a special material (temperature-resistant, electrically insulating and thermally conductive) (preferably less than 500 μm thick). About this coating is - as already mentioned above - wound a spacer thread or strand. The individual windings are spaced from each other, wherein the spaces between the individual windings are also filled with a special material (electrically insulating and thermally conductive). The thread or strand is preferably covered to the outside again by a special material (electrically insulating and thermally conductive). On this surface formed by the special material are the resistance wires or heating elements. The special material is preferably a ceramic, in particular a boron nitrite (powder).

Um den Widerstandsdraht bzw. die Heizelemente ist vorzugsweise ein Fixierband um das gesamte System gewunden.To the resistance wire or the heating elements is preferably a fixing tape wound around the entire system.

Das Verdampferrohr bzw. Konzentratorrohr ist vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Material gebildet, z.B. Nickel. Nur als Beispiel könnte das Konzentratorrohreinen Durchmesser von 112x3.5 mm und eine Länge von 6m aufweisen.The evaporator tube or concentrator tube is preferably formed of corrosion resistant material, e.g. Nickel. By way of example only, the concentrator tube could have a diameter of 112x3.5 mm and a length of 6m.

Ein erfindungsgemäßer Fallfilmverdampfer kann insbesondere für ein Verfahren zur Konzentrierung einer wässrigen alkalischen Lösung verwendet werden, vorzugsweise zur Erzielung von Konzentrationen von 45 % bis zu 99 % oder höher. Dies kann bei atmosphärischem Druck oder leichtem Überdruck (z.B. bis zu 0,5 bar) erfolgen. Die Temperatur der eingebrachten Lösung am oberen Verdampferrohrende beträgt - abhängig von der stromaufwärtigen Zuleitung - vorzugsweise zwischen 90 °C und 250 °C. Die Temperatur der am unteren Ende des Verdampferrohres austretenden Lösung beträgt vorzugsweise zwischen 370 °C und 420 °C, wobei die erzeugten Brüden etwas kühler sind (320 °C bis 370 °C). Die Temperatur der Heizelemente beträgt während des Konzentrationsvorganges vorzugsweise zwischen 500 °C und 900 °C. Damit können vorzugsweise und bei entsprechender Auslegung der Zwischenschicht und der Verdampferrohrdicke Temperaturen an der Innenwand des Verdampferrohres zwischen 100 °C und 450 °C erreicht werden.A falling film evaporator according to the invention can be used in particular for a process for concentrating an aqueous alkaline solution, preferably to obtain concentrations of 45% to 99% or higher. This can be done at atmospheric pressure or slight overpressure (e.g., up to 0.5 bar). The temperature of the introduced solution at the upper end of the evaporator tube is preferably between 90 ° C and 250 ° C, depending on the upstream feed line. The temperature of the emerging at the lower end of the evaporator tube solution is preferably between 370 ° C and 420 ° C, wherein the generated vapors are slightly cooler (320 ° C to 370 ° C). The temperature of the heating elements is preferably between 500 ° C and 900 ° C during the concentration process. Thus, preferably and with appropriate design of the intermediate layer and the evaporator tube thickness temperatures on the inner wall of the evaporator tube between 100 ° C and 450 ° C can be achieved.

Die Leistung eines z.B. 6 m langen Konzentratorrohres mit etwa 2m2 Wärmeübertragungsfläche kann z.B. 700 kW erreichen. Der maximale Wärmefluss, der durch die elektrische Heizeinrichtung erzeugt und von der alkalischen Lösung aufgenommen wird, kann dann z.B. 750 kW/m2 betragen.The performance of e.g. 6 m long concentrator tube with about 2 m 2 heat transfer surface may e.g. Reach 700 kW. The maximum heat flow generated by the electric heater and received by the alkaline solution may then be e.g. 750 kW / m2.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:In each case, in a highly simplified, schematic representation:

Fig. 1 einen Fallfilmverdampfer im Querschnitt;1 shows a falling film evaporator in cross section;

Fig. 2 einen Fallfilmverdampfer in verschieden großen Ausschnitten;FIG. 2 shows a falling-film evaporator in different sized cut-outs; FIG.

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform im Querschnitt parallel zur Längsachse des Verdampferrohres;3 shows an alternative embodiment in cross section parallel to the longitudinal axis of the evaporator tube.

Fig. 4 einen an eine Stromversorgung angeschlossenen Fallfilmverdampfer;4 shows a falling film evaporator connected to a power supply;

Fig. 5 einen aus mehreren Verdampferrohren zusammengesetzten Fallfilmverdampfer in schematischer Darstellung.5 shows a composite of several evaporator tubes falling film evaporator in a schematic representation.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausfüh-rungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals and the same component names, the disclosures contained throughout the description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or component names. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and these position information in a change in position mutatis mutandis to transfer to the new location.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Fallfilmverdampfers bzw. seiner Teile, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Flandeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.The embodiments show possible embodiments of the falling film evaporator or its parts, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiments thereof, but also various combinations of the individual embodiments are possible with each other and this variation possibility due to the teaching of technical flanders by objective invention in the skill of those working in this technical field is the expert.

Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.Furthermore, individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.The task underlying the independent inventive solutions can be taken from the description. All statements of value ranges in the present description should be understood to include any and all sub-ranges thereof, e.g. is the statement 1 to 10 to be understood that all sub-areas, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 are included, ie. all sub-areas begin with a lower limit of 1 or greater and end at an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.

Vor allem können die einzelnen in den Figuren gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbe züglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.Above all, the individual embodiments shown in the figures can form the subject of independent solutions according to the invention. The related thereto, objects and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Fallfilmverdampfers diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt sein können.For the sake of order, it should finally be pointed out that in order to better understand the structure of the falling-film evaporator, these or their constituents can be shown partly unevenly and / or enlarged and / or reduced in size.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Fallfilmverdampfer 1 mit einem Verdampferrohr 3, an dessen Innenwand eine in das Verdampferrohr 1 eingebrachte Flüssigkeit, z.B. eine basische Lösung, als Film durch die Schwerkraft nach unten rinnt. Der Fallfimverdampfer 1 umfasst eine Vorrichtung zum Erhitzen des Verdampferrohres 3 in Form einer außen an dem Verdampferrohr 3 angebrachten elektrischen Heizeinrichtung 5.Fig. 1 shows in cross section a falling-film evaporator 1 with an evaporator tube 3, on whose inner wall a liquid introduced into the evaporator tube 1, e.g. a basic solution, as film trickles down through gravity. The falling-film evaporator 1 comprises a device for heating the evaporator tube 3 in the form of an electrical heating device 5 mounted externally on the evaporator tube 3.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist die Heizeinrichtung 5 in Form eines das Verdampferrohr 3 umgebenden Heizmantels ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist die elektrische Heizeinrichtung 5 aus zumindest einem, vorzugsweise flächige Form aufweisenden Widerstandsdraht 6 gebildet. Der Widerstandsdraht 6 kann - wie dargestellt - nur einlagig verlegt sein und zu überwiegendem Teil parallel zur Längsachse des Verdampferrohres 3 verlaufen (Fig. 2). Die Dicke des Widerstandsdrahtes 6 beträgt in radialer Richtung bevorzugt höchstens 5 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm.As can be seen from FIGS. 1 and 2, the heating device 5 is designed in the form of a heating jacket surrounding the evaporator tube 3. In the illustrated embodiment, the electric heater 5 is formed of at least one, preferably flat shape having resistance wire 6. As shown, the resistance wire 6 can be laid only in one layer and run predominantly parallel to the longitudinal axis of the evaporator tube 3 (FIG. 2). The thickness of the resistance wire 6 in the radial direction is preferably at most 5 mm, particularly preferably between 0.1 mm and 1 mm.

Die elektrische Heizeinrichtung 5 ist von der Mantelaußenseite des Verdampferrohres 3 durch elektrisch isolierendes Material 17 beabstandet. Bevorzugt beträgt der spezifische elektrische Widerstand des elektrisch isolierenden Materials 17 zumindest 1.000 Qcm, während die thermische Leitfähigkeit des elektrisch isolierenden Materials 17 zumindest 1 W/mK beträgt. Das elektrisch isolierende Material 17 kann z.B. eine Keramik, insbesondere Bornitrit umfassen.The electric heater 5 is spaced from the shell outside of the evaporator tube 3 by electrically insulating material 17. The specific electrical resistance of the electrically insulating material 17 is preferably at least 1000 .mu.m, while the thermal conductivity of the electrically insulating material 17 is at least 1 W / mK. The electrically insulating material 17 may be e.g. a ceramic, in particular Bornitrit include.

Der radiale Abstand zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 5 und der Mantelaußenseite des Verdampferrohres 3 beträgt bevorzugt zwischen 0,2mm und 10mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5mm und 2mm.The radial distance between the electric heater 5 and the outer shell side of the evaporator tube 3 is preferably between 0.2mm and 10mm, more preferably between 0.5mm and 2mm.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das elektrisch isolierende Material 17 in Form von um den Umfang des Verdampferrohres 3 verteilte Plättchen 18, vorzugsweise Bornitrit-Plättchen, gebildet. Die Plättchen haben eine entsprechend der Außenkontur des Verdampferrohres 3 gebogene bzw. gewölbte Form, um ein flächiges Anliegen und damit einen guten Wärmeübergang zu ermöglichen. Die Plättchen können z.B. mittels eine Klebers an der Mantelaußenseite des Verdampferrohres 3 angebracht werden. In Fig. 1 sind neuen Plättchen entlang des Umfanges verteilt angeordnet. Größe und Anzahl können jedoch variieren.In the embodiment shown in FIG. 1, the electrically insulating material 17 is formed in the form of platelets 18, preferably boron nitride platelets, distributed around the circumference of the evaporator tube 3. The platelets have a curved or arched shape corresponding to the outer contour of the evaporator tube 3, in order to enable a planar contact and thus a good heat transfer. The platelets may e.g. be attached by means of an adhesive to the outer shell side of the evaporator tube 3. In Fig. 1, new platelets are distributed along the circumference. However, size and number may vary.

Die elektrische Fleizeinrichtung 5 in Form der Widerstandsdrähte ist außen durch zumindest ein mehrfach umlaufendes (Klebe)Band 19 fixiert.The electrical equipment 5 in the form of resistance wires is externally fixed by at least one multi-circumferential (adhesive) band 19.

Um Wärmeverluste an die Umgebung möglichst gering zu halten, ist das Verdampferrohr 3 von einer thermischen Isolation 22 umgeben, wobei die elektrische Fleizeinrichtung 5 zwischen der Mantelaußenseite des Verdampferrohres 3 und der Isolation 22 angeordnet ist. Die gesamte Konstruktion bestehend aus Verdampferrohr 3, elektrisch isolierendem Material 17, Fleizeinrichtung 5 (Fleizmantel) und Isolation 22 ist im Wesentlichen konzentrisch (bzw. im Querschnitt im Wesentlichen kreissymmetrisch), wodurch der Platzbedarf gering gehalten werden kann.In order to keep heat losses to the environment as low as possible, the evaporator tube 3 is surrounded by a thermal insulation 22, wherein the electrical Fleizeinrichtung 5 is disposed between the outer shell side of the evaporator tube 3 and the insulation 22. The entire construction consisting of evaporator tube 3, electrically insulating material 17, Fleizeinrichtung 5 (Fleizmantel) and insulation 22 is substantially concentric (or in cross-section substantially circularly symmetrical), whereby the space requirement can be kept low.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Erfindung, die sich im Wesentlichen durch die Zwischenschicht aus elektrisch isolierendem Material 17 unterscheidet. Zwischen der elektrischen Fleizeinrichtung 5 und der Mantelaußenseite des Verdampferrohres 3 ist hier eine abstandhaltende Struktur 20 vorgesehen. Dabei ist ein durch die abstandshaltende Struktur gebildeter Zwischenraum mit elektrisch isolierendem Material 17, vorzugsweise mit einer Bornitrit-Beschichtung 21, gefüllt.FIG. 3 shows a variant of the invention, which differs essentially by the intermediate layer of electrically insulating material 17. Between the electrical equipment 5 and the outer shell side of the evaporator tube 3, a spacer structure 20 is provided here. In this case, a space formed by the spacer structure is filled with electrically insulating material 17, preferably with a boron nitride coating 21.

Die abstandhaltende Struktur 20 wird hier durch um das Verdampferrohr 3 verlaufende Windungen gebildet, wobei vorzugsweise die Windungen durch einen Strang (bzw. Faden) aus Glas- und/oder Mineralfasern gebildet sind. Alternativ könnte als abstandhaltende Struktur auch ein Netz um das Verdampferrohr 3 gewickelt werden.The spacer structure 20 is formed here by windings running around the evaporator tube 3, wherein preferably the turns are formed by a strand (or thread) of glass and / or mineral fibers. Alternatively, a net could be wound around the evaporator tube 3 as a spacer structure.

Die Ausführungsform aus Fig. 3 kann weitergebildet werden wie im Folgenden kurz angedeutet wird:The embodiment of FIG. 3 can be further developed as briefly indicated below:

Um das Verdampferrohr 3 kann eine dünne Schicht von z.B. weniger als 500 pm eines speziellen Materials aufgebracht werden. Dieses Material ist temperaturbeständig und weist einen sehr hohen elektrischen Widerstand und eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit auf. Diese Schicht gewährleistet einen optimalen Wärmefluss vom elektrischen Heizdraht (Heizband) zu dem Verdampferrohr 3 und in weiterer Folge zu der alkalischen Lösung, die an der Innenwand des Verdampferrohres 3 als Film fließt. Gleichzeitig isoliert diese Schicht die Heizeinrichtung 5 von dem Verdampferrohr 3 elektrisch. Über dieser Beschichtung und um das Verdampferrohr herum ist ein Faden aufgewickelt. Dieser Faden hat zwei Funktionen: - Aus elektrisch isolierendem Material gebildet gewährleistet der Faden, dass der Heizdraht (bzw. das Heizband), in dem Strom fließt, von dem Verdampferrohr 3 elektrisch getrennt ist, wodurch Kurzschlüsse vermieden werden. - Mit einem Durchmesser z.B. zwischen 0,5 und 2 mm gewährleistet der Faden das immer ein definierter Abstand zwischen der Heizeinrichtung und dem Konzentratorrohr eingehalten ist.Around the evaporator tube 3, a thin layer of e.g. less than 500 pm of a special material can be applied. This material is temperature resistant and has a very high electrical resistance and a very high thermal conductivity. This layer ensures optimum heat flow from the electric heating wire (heating tape) to the evaporator tube 3 and subsequently to the alkaline solution flowing on the inner wall of the evaporator tube 3 as a film. At the same time, this layer electrically insulates the heater 5 from the evaporator tube 3. A thread is wound over this coating and around the evaporator tube. This thread has two functions: - Made of electrically insulating material ensures the thread that the heating wire (or the heating tape), in which current flows, is electrically separated from the evaporator tube 3, whereby short circuits are avoided. With a diameter of e.g. between 0.5 and 2 mm ensures that the thread is always maintained a defined distance between the heater and the concentrator tube.

Die Räume zwischen den einzelnen Windungen werden bis zu einem bestimmten Niveau über dem Faden mit demselben speziellen Material gefüllt, das für die Beschichtung des Rohres verwendet wird (z.B. Bornitrit). Seine Funktion besteht darin, die Heizelemente von der Konzentrator-Tube zu trennen und gleichzeitig einen optimalen Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teilen zu gewährleisten.The spaces between the individual turns are filled to a certain level above the thread with the same special material used to coat the tube (e.g., boron nitride). Its function is to separate the heating elements from the concentrator tube while ensuring optimal heat transfer between these two parts.

Auf dieser Schicht bzw. Struktur liegen nun die Heizelemente (Widerstandsdrähte, Heizband, etc.). Sie sind aus einer Widerstandsheizlegierung gefertigt und besitzen vorzugsweise eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm. Eine Spannung wird auf die Heizelemente gelegt, was zu einer Umwandlung der elektrischen Energie in Wär meenergie führt. Sie können vorzugsweise bis zu 750 kW/m2 zu dem Konzentratorrohr liefern.On this layer or structure are now the heating elements (resistance wires, heating tape, etc.). They are made of a Widerstandsheizlegierung and preferably have a thickness of 0.1 mm to 1 mm. A voltage is applied to the heating elements, resulting in a conversion of the electrical energy in Wär meenergie. They can preferably deliver up to 750 kW / m2 to the concentrator tube.

Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich wird die elektrische Heizeinrichtung 5 aus einzelnen Heizabschnitten 7 gebildet, die in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet und unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Länge der Heizabschnitte 7 kann z.B. jeweils zwischen 0,4m und 2,5m betragen. Fig. 4 zeigt eine Stromversorgung 8, die aus einer Steuerung 10 und mehreren unabhängig voneinander regelbaren Stromquellen 9 besteht. Jeder Heizabschnitt 7 ist einer unabhängig regelbaren Stromquelle 9 zugeordnet. Durch diese Maßnahme kann ein bestimmtes Temperaturprofil über die Länge des Verdampferrohres 3 gelegt werden. Außerdem hat dies den Vorteil, dass jeder Abschnitt unabhängig von den anderen Abschnitten an einer erforderlichen Temperatur gehalten werden kann. Dadurch kann ein optimales Temperaturprofil entlang des Verdampferrohres 3 angelegt werden, was zu einem optimalen Wärmeübergang von den stromdurchflossenen Teilen der Heizeinrichtung 5 zu dem Verdampferrohr 3 führt, wodurch die erforderliche Wärmeübertragungsfläche minimiert werden kann.As is apparent from FIGS. 2 and 4, the electric heater 5 is formed of individual heating sections 7, which are arranged successively in the axial direction and are independently controllable. The length of the heating sections 7 may e.g. each between 0.4m and 2.5m. Fig. 4 shows a power supply 8, which consists of a controller 10 and a plurality of independently controllable current sources 9. Each heating section 7 is assigned to an independently controllable current source 9. By this measure, a specific temperature profile over the length of the evaporator tube 3 can be placed. Moreover, this has the advantage that each section can be kept at a required temperature independently of the other sections. As a result, an optimum temperature profile can be applied along the evaporator tube 3, resulting in optimum heat transfer from the current-carrying parts of the heater 5 to the evaporator tube 3, whereby the required heat transfer surface can be minimized.

In Fig. 1 und 2 ist die Heizeinrichtung 5 in jedem Heizabschnitt 7 in mehrere Heizsegmente 11, 12, 13 unterteilt. Diesen Heizsegmenten 11, 12, 13 sind jeweils Anschlüsse 14, 15, 16 zugeordnet. Die Stromversorgung 8 der elektrischen Heizeinrichtung 5 ist mehrphasig, vorzugsweise dreiphasig. Die elektrische Heizeinrichtung 5 ist in zumindest einem Abschnitt entlang der Längsachse des Verdampferrohres 3 durch vorzugsweise gleichgroße, um den Umfang des Verdampferrohres 3 verteilte Heizsegmente 11, 12, 13 gebildet, wobei die Heizsegmente 11, 12,13 jeweils an unterschiedliche Phasen der Strom- bzw. Spannungsversorgung 8 angeschlossen sind. Dabei ist ein erstes Heizsegment 11 mit einem Anschluss 14 für die erste Phase, ein zweites Heizsegment 12 mit einem Anschluss 15 für die zweite Phase und ein drittes Heizelement 13 mit einem Anschluss 16 für die dritte Phase der Stromversorgung versehen. Bei drei Phasen ist die Heizeinrichtung in 120° Segmente unterteilt. Die Aufteilung in Segmente und Verknüpfung mit den einzelnen Phasen eines Wechselstromes gewährleistet, dass das Konzentratorrohr um seinen gesamten Umfang mit derselben Intensität beheizt wird.In Fig. 1 and 2, the heater 5 in each heating section 7 in a plurality of heating segments 11, 12, 13 is divided. These heating segments 11, 12, 13 are each associated with terminals 14, 15, 16. The power supply 8 of the electric heater 5 is multi-phase, preferably three-phase. The electric heater 5 is formed in at least a portion along the longitudinal axis of the evaporator tube 3 by preferably equal, around the circumference of the evaporator tube 3 distributed heating segments 11, 12, 13, wherein the heating segments 11, 12,13 respectively to different phases of the current or Power supply 8 are connected. In this case, a first heating segment 11 is provided with a connection 14 for the first phase, a second heating segment 12 with a connection 15 for the second phase and a third heating element 13 with a connection 16 for the third phase of the power supply. In three phases, the heater is divided into 120 ° segments. The division into segments and connection with the individual phases of an alternating current ensures that the concentrator tube is heated at the same intensity around its entire circumference.

Fig. 5 zeigt schließlich, dass der Fallfilmverdampfer 1 nicht nur aus einem Verdampferrohr 3 bestehen kann, sondern mehrere, auf eine, zwei oder mehrere Reihen verteilt angeordnete Verdampferrohre 3 umfassen kann. Dabei ist jedes Verdampferrohr 3 von einer elektrischen Fleizeinrichtung 5 umgeben bzw. kann jedes Verdampferrohr nach einem der oben beschriebenen Varianten umhüllt sein. Über einen gemeinsamen Zulauf 2 wird die zu konzentrierende Lösung in das Konzentratorelement eingebracht, über einen gemeinsamen Ablauf 4 kann das Konzentrat abgeführt werden. Das Bezugszeichen 23 stellt einen Brüdenablauf dar. Eine alternative Ausführungsform könnte auch eine bündelförmige Anordnung von Verdampferrohren umfassen.Finally, FIG. 5 shows that the falling-film evaporator 1 can not only consist of an evaporator tube 3, but can comprise a plurality of evaporator tubes 3 arranged distributed over one, two or more rows. In this case, each evaporator tube 3 is surrounded by an electrical fleece device 5 or each evaporator tube can be enveloped according to one of the variants described above. Via a common inlet 2, the solution to be concentrated is introduced into the concentrator element, via a common outlet 4, the concentrate can be removed. The reference numeral 23 represents a vapor outlet. An alternative embodiment could also comprise a bundle-shaped arrangement of evaporator tubes.

Bezugszeichenliste 1 Fallfilmverdampfer 2 Zulauf 3 Verdampferrohr 4 Ablauf 5 Elektrische Heizeinrichtung 6 Widerstandsdraht 7 Heizabschnitt 8 Stromversorgung 9 Stromquelle 10 Steuerung 11 erstes Heizsegment 12 zweites Heizsegment 13 drittes Heizsegment 14 Anschluss für die erste Phase 15 Anschluss für die zweite Phase 16 Anschluss für die dritte Phase 17 Elektrisch isolierendes Material 18 Plättchen 19 Band 20 Abstandhaltende Struktur 21 Beschichtung 22 Isolation 23 BrüdenablaufLIST OF REFERENCES 1 falling-film evaporator 2 inlet 3 evaporator tube 4 outlet 5 electric heating device 6 resistance wire 7 heating section 8 power supply 9 current source 10 control 11 first heating segment 12 second heating segment 13 third heating segment 14 connection for the first phase 15 connection for the second phase 16 connection for the third phase 17 Electrically insulating material 18 Plates 19 Volume 20 Spacious structure 21 Coating 22 Insulation 23 Vapor drainage

Claims

1. falling film evaporator (1) having at least one evaporator tube (3) whose inner wall is provided to conduct a liquid introduced into the evaporator tube (1) as a film, and with a device for heating the evaporator tube, characterized in that the Device for heating the evaporator tube comprises an outside of the evaporator tube (3) mounted electrical equipment (5).

2. falling film evaporator according to claim 1, characterized in that the Fleizeinrichtung (5) in the form of a heating tube surrounding the evaporator tube (3) is formed.

3. falling film evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that the electric heating device (5) of heating sections (7) is formed, which are arranged successively in the axial direction and independently controllable.

4. falling film evaporator according to claim 3, characterized in that the length of the heating sections (7) is in each case between 0.4m and 2.5m.

5. falling film evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical heating device (5) from at least one, preferably flat shape having resistance wire (6) is formed.

6. falling film evaporator according to claim 5, characterized in that the resistance wire (6) is laid in one layer and / or that the resistance wire (6) extends to a predominant part parallel to the longitudinal axis of the evaporator tube (3).

7. falling film evaporator according to claim 5 or 6, characterized in that the thickness of the resistance wire (6) in the radial direction at most 5 mm, preferably between 0.1 mm and 1 mm.

8. falling film evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical heating device (5) from the outer jacket side of the evaporator tube (3) by electrically insulating material (17) is spaced.

9. falling film evaporator according to claim 8, characterized in that the specific electrical resistance of the electrically insulating material (17) is at least 1000 Qcm.

10. falling film evaporator according to claim 8 or 9, characterized in that the thermal conductivity of the electrically insulating material (17) is at least 1 W / mK.

11. falling film evaporator according to one of claims 8 to 10, characterized in that the electrically insulating material (17) comprises a ceramic.

12. falling film evaporator according to one of claims 8 to 11, characterized in that the electrically insulating material (17) comprises boron nitride.

13. falling film evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that between the electric heater (5) and the outer shell side of the evaporator tube (3) a spacer structure (20) is arranged, wherein a space formed by the spacer structure gap with electrically insulating material ( 17), preferably with a Borni-trit coating (21) is filled.

14. falling film evaporator according to claim 13, characterized in that the distance-retaining structure (20) by the evaporator tube (3) running turns is formed, wherein preferably the turns are formed by a strand of glass and / or mineral fibers.

15. falling film evaporator according to one of claims 8 to 14, characterized in that the electrically insulating material (17) in the form of around the circumference of the evaporator tube (3) distributed platelets (18), preferably Bornitrit platelets is formed.

16. falling film evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that the power supply (8) of the electrical Fleizein direction (5) is polyphase, preferably three-phase, and that the electrical Fleizeinrichtung (5) in at least a portion along the longitudinal axis of the evaporator tube ( 3) by preferably equal, around the circumference of the evaporator tube (3) distributed Fleizsegmente (11, 12, 13) is formed, wherein the Fleizsegmente (11, 12,13) are each connected to different phases of the power supply (8).

17. falling film evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that the radial distance between the electrical Fleizeinrichtung (5) and the outer shell side of the evaporator tube (3) between 0.2mm and 10mm, preferably between 0.5mm and 2mm.

18, falling film evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical Fleizeinrichtung (5) is externally fixed by at least one circumferential band (19) or a circumferential cord.

19. falling film evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that the evaporator tube (3) by a thermal insulation (22) is surrounded, wherein the electric heating device (5) between the outer shell side of the evaporator tube (3) and the insulation (22 ) is arranged.

20. falling film evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that the falling film evaporator (1) comprises a plurality, in particular along at least one line or in at least one row or bundle-shaped, evaporator tubes (3), each evaporator tube (3) by an electric heater (5) is surrounded.