Ferner ermöglichen die kegelstumpfförmigen Abschnitte der Wärmeaustauschfläche in Abhängigkeit von ihren Nei
gungswinkeln eine unterschiedliche Verweilzeit des Produktes im Apparat, wobei sich diese innerhalb weiter Grenzen ändern lässt.
An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Dünnschichtverdampfer im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Eindampfapparat im Längsschnitt,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 einen Reaktor im Längsschnitt,
Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5 und
Fig. 7 einen Längsschnitt in vergrösserter Darstellung zur
Veranschaulichung der erfindungsgemässen Wärmeaustausch fläche.
Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Apparate werden zu sammengefasst als Rotordünnschichtapparate bezeichnet.
Diese Apparate weisen ein vertikales Gehäuse 1 auf, das in einem Mantel 2 untergebracht ist. Der zwischen dem Gehäuse
1 und dem Mantel 2 gebildete Hohlraum 3 dient zur Zirkulation eines Wärmeträgers entlang den beispielsweise in der Fig. 6 dargestellten gestrichelten Pfeilen. Das Gehäuse 1 weist eine Wärmeaustauschfläche 4 auf. Innerhalb des Gehäuses 1 sind mit einer Rotorwelle 5 verbundene Trommeln 6 angeordnet. Die Mantelflächen der Trommeln 6 sind durch gewellte Wände 7 gebildet, in denen Bohrungen 8 zum Austritt der zu behandelnden Flüssigkeit auf die Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 angeordnet sind. Zur Zu- und Ableitung des Wärmeträgers dienen die mit jedem Abschnitt des unterteilten Hohlraumes 3 verbundenen Anschlussstutzen 9 und 10.
Die Wärmeaustauschfläche 4 ist erfindungsgemäss durch abwechselnd gerichtete, axial aneinandergereihte kegelstumpfförmige Abschnitte 13 gebildet. Die Übergangsstellen 11 und 12 zwischen jeweils zwei einander benachbarten Abschnitten 13 sind abgerundet. Im Axialschnitt können diese Übergangsstellen durch einen Teil eines Kreises gebildet sein.
Um die technischen Vorzüge der vorgeschlagenen Erfindung und ihre weiten technologischen Anwendungsmöglichkeiten besser herauszustellen, werden als Ausführungsbeispiele in der Beschreibung unterschiedliche Rotordünnschichtapparate erläutert. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dünnschichtverdampfer dient zur Durchführung von Destillation-, Konzentrations- und Verdampfungsverfahren von thermisch unbeständigen Stoffen unter Vakuum. Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Eindampfapparat dient zum Eindampfen von Produkten im Luft- oder Edelgasstrom bei atmosphärischem Druck. Der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Reaktor dient zur Durchführung von schnell ablaufenden exothermen chemischen Reaktionen in flüssiger Phase. Als Wärmeträger wird im Verdampfer sowie im Eindampfapparat Heizdampf verwendet.
Im Reaktor hingegen wird ein Kälteträger, beispielsweise Wasser, verwendet.
Bekanntlich können Apparate dieses Typs je nach ihrer Arbeitsleistung aus mehreren Sektionen bestehen. In diesem Fall ist zwischen den Sektionen des Apparates zur Ableitung der Flüssigkeit von der Wärmeaustauschfläche 4 der höherliegenden Sektion eine ringförmige Vorlage 14 (Fig. 1, 3, 5) vorgesehen. Unter der ringförmigen Vorlage 14 sind Rinnen 15 zum Überströmen der Flüssigkeit auf die Trommel 6 der niedriger liegenden Sektion angeordnet.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Rotordünnschichtverdampfer sind die Trommeln 6 mittels Bandagen und Schrauben (in Fig. nicht abgebildet) an Ringen 16 (Fig. 2), 17 (Fig. 1) von jeweiligen Naben 18, 19 befestigt, die an der Welle 5 starr angebracht sind.
Zur Zuführung der zu behandelnden Flüssigkeit zu den Trommeln 6 dient ein Stutzen 20. Zur Verteilung der zu behandelnden Flüssigkeit über die gewellte Innenfläche 21 (Fig. 2) der Trommeln 6 dient ein an der oberen Stirnseite je der Trommel 6 angebrachter Ring 16, der an seiner Innenseite einen Bord 22 (Fig. 1) besitzt. Oberhalb des Ringes 16 ist am
Gehäuse 1 ein zylindrischer Ansatz 23 mit gezahnter Unter kante 24 befestigt. Im Inneren des Ansatzes 23 ist an der Rotorwelle 5 ein Hülse 25 mit an ihrer Unterkante radial liegen den Rohren 26 angebracht, die zur Verteilung der ankommen- den Flüssigkeit über die Innenfläche des zylindrischen Ansatzes 23 dienen. An den Wänden der Hülse 25 sind die zu be handelnde Flüssigkeit aus dem Dampfstrom ausscheidende geneigte Schaufeln 27 mit nach oben gebogenen Kanten 28 befe stigt.
Gegenüber den Kanten 28 unter und über den Schaufeln 27 sind jeweils Ringe 29 und 30 befestigt. Zwischen den Ringen 29 und 30 sind vertikal Spritzerabprallplatten 31 angebracht.
Zwischen den Trommeln 6 ist ein Fliehkraftabscheider 32 (Fig. 2) angeordnet, der in Form von am Umfang vertikal angebrachten Schaufeln 33 ausgeführt ist, die zur Ableitung der ausgeschiedenen Flüssigkeit auf den Ring 16 der niedriger liegenden Trommel 6 dienen. Die Schaufeln 33 sind mit ihren Stirnseiten in den Naben 18 und 19 der jeweiligen Nachbartrommeln 6 befestigt und sind im Querschnitt gekrümmt. Die Schaufeln 33 (Fig. 2) sind mit nach innen eingebogenen Aussenkanten 34 ausgeführt.
Der Ring 17 der unteren Nabe 19 begrenzt an der Stirnseite den Hohlraum 35 jeder Trommel 6 von unten, und der Ring 16 der oberen Nabe 18 begrenzt an der Stirnseite den Hohlraum 35 jeder Trommel 6 von oben, so dass auf diese Weise der Eintritt des Dampfstroms in den Hohlraum 35 der Trommeln 6 nur zwischen den Schaufeln 33 des Fliehkraftabscheiders 32 jeder Sektion möglich ist.
Der Hohlraum 35 der unteren Trommel 6 ist von dem Ringraum zwischen der unteren Trommel 6 und dem Gehäuse 1 durch einen Verschluss 36 getrennt. Dieser Verschluss 36 ist von einem am Gehäuse 1 befestigten zylindrischen Ansatz 37 gebildet, in dessen oberem Teil ein Ring 38 mit einem Bord 39 an seinem Innenrand mit einem unteren Ring 40 der unteren Trommel 6 zusammenwirkt, der einen Bord 41 an seinem Aussenrand besitzt.
Zur Ableitung des Blasenrückstandes dient ein Stutzen 42, und zur Ableitung des Zweitdampfes aus dem oberen und unteren Teil des Apparates dienen Stutzen 43.
Der Verdampfer arbeitet auf folgende Weise. Die zu behandelnde Flüssigkeit gelangt durch den Stutzen 20 in die Hülse 25. Beim Drehen des Rotors wird die Flüssigkeit strahlenweise aus den radialen Rohren 26 der Hülse 25 auf die In nenfläche des zylindrischen Ansatzes 23 geschleudert, von der sie in Form einer Dünnschicht auf den Ring 16 der oberen Trommel 6 gleichmässig abfliesst. Danach wird die Flüssigkeit unter der Fliehkraftwirkung vom Ring 16 auf die Innenfläche der hohlen gewellten Trommel 6 fortgeschleudert, an deren gewellter Innenfläche 21 in einzelne vertikale Ströme unterteilt, die unter der Schwerkraftwirkung bis auf die Bohrungen 8 frei abfliessen, die in verschiedener Höhe der Trommel 6 liegen.
Die Flüssigkeitsströme werden durch die Bohrungen 8 auf die Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 herausgeschleudert, wo sie eine abwärts fliessende Dünnschicht bilden, die, indem sie der Reihe nach von der Oberfläche der kegelstumpfförmigen Abschnitte 13 über die abgerundeten Übergangs- stellen 11 und 12 auf die Oberfläche des darunter liegenden kegelförmigen Abschnittes 13 fliesst, von den erwähnten Flüssigkeitsströmen kontinuierlich verwirbelt wird. Ein Teil dieser Flüssigkeit wird an der Wärmeaustauschfläche 4 verdampft, und die nicht verdampfte Flüssigkeit fliesst in den ringförmigen Rand 14 ab, von wo sie über die Rinnen 15 auf den Ring 16 der niedriger liegenden Trommel 6 überströmt, wonach sich der gesamte Zyklus wiederholt.
Der Blasenrückstand (oder konzentrierte Lösung) wird durch den Stutzen 42 entfernt, und der beim Verdampfen der Flüssigkeit entstandene Dampf wird, nachdem er die Fliehkraftabscheider 32 passiert hat und durch die Schaufeln 27 abgeschieden wurde, aus dem Apparat durch die Stutzen 43 abgeleitet. Die durch die Schaufeln 33 des Fliehkraftabscheiders 32 separierte Flüssigkeit sammelt sich in vertikalen Biegungen der Kanten 34 der Schaufeln 33 und fliesst auf den Ring 16 der Trommel 6 ab, und die durch die Schaufeln 27 separierte Flüssigkeit wird auf die Oberfläche des Gehäuses 1 fortgeschleudert und fliesst im Spalt (in Fig.
nicht mitabgebildet) zwischen dem Ring 29 und dem Gehäuse
1 nach unten auf die Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 ab.
Bei dem Rotordünnschicht-Eindampfapparat, der in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Trommeln 6 stirnseitig an den Tellerringen 44, die zur Verteilung der Flüssigkeit über die gewellte Innenfläche 21 der Trommeln 6 bestimmt sind, und an blinden Naben 45 befestigt, die an der Welle 5 starr angebracht sind.
Die Trommeln 6 sind an den Tellerringen 44 und blinden Naben 45 mittels nicht gezeichneten Bandagen und Schrauben befestigt. Der Teller zur Verteilung der einzudampfenden Flüssigkeit, der an der oberen Stirnseite jeder Trommel 6 angeordnet ist, weist eine Vertiefung auf, die einen zylindrischen Behälter 46 darstellt, der an der Welle 5 befestigt ist und dessen Ränder als konzentrischer Ring 44 ausgebildet sind, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Behälters 46 ist.
Dadurch gewährleistet die unter dem Ring 44 gebildete vertikale konzentrische Flüssigkeitsschicht gleichmässiges Überlaufen der Flüssigkeit über den Innenrand des konzentrischen Ringes 44 auf dem gesamten Umfang desselben und nachfolgende Verteilung der Flüssigkeit über die Oberfläche des Ringes 44 in Gestalt einer Dünnschicht, die auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommel 6 abgeschleudert wird.
Zur Zuführung der einzudampfenden Flüssigkeit zu den Trommeln dient ein Stutzen 47. An den Trommeln 6 sind gegenüber den grösseren Übergangsstellen 11 der Abschnitte 13 horizontale Ringe 48 angebracht, die das Umströmen mit dem Gasphasenstrom (Luft- oder Edelgasstrom) der gesamten Wärmeaustauschfläche 4 und die Separation des Dampf Gas-Gemisches gewährleisten. Unter der unteren Trommel 6 ist ein Kegel 49 (Fig. 3) zur gleichmässigen Luftzuführung zu einem Ringspalt 50 zwischen der Aussenfläche der Trommeln 6 und der Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 angeordnet.
An der Welle 5 ist über der oberen Trommel 6 eine Hülse 51 angebracht, mit deren Hilfe ebenso wie im Verdampfer konstruktiv ausgeführte geneigte Schaufeln 27 mit gebogenen Kanten 28 zum Abscheiden der Flüssigkeitstropfen aus dem Dampf- bzw. Gasstrom befestigt sind. Gegenüber den Kanten 28 sind unter und über den Schaufeln 27 jeweils Ringe 29 und 30 befestigt. Zwischen den Ringen 29 und 30 sind vertikale Spritzerabprallplatten 31 angebracht. Zur Ableitung der eingedampften Lösung, Luftzuführung und Luftableitung dienen jeweils Stutzen 52, 53 und 54.
Der Rotordünnschicht-Eindampfapparat arbeitet auf folgende Weise. Die einzudampfende Lösung gelangt über den Stutzen 47 in den zylindrischen Behälter 46. Beim Drehen des Rotors steigt die Flüssigkeit unter der Fliehkraftwirkung an den Wänden dieses Behälters 46 hoch, wodurch eine vertikale konzentrische Flüssigkeitsschicht unter dem Ring 44 gebildet wird. Beim Überlaufen über den Innenrand des konzentrischen Ringes 44 auf dessen gesamten Umfang zerfliesst die Flüssigkeit gleichmässig über die Oberfläche des Ringes 44 in Gestalt einer Dünnschicht und wird dann von seiner Aussenkante auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommel 6 geschleudert, wo sie an den vorstehenden Wellen der Innenfläche 21 in einzelne vertikale Ströme unterteilt wird, die unter der Schwerkraftwirkung bis auf die Bohrungen 8 frei abfliessen, die in verschiedener Höhe der Trommeln 6 liegen.
Die Flüssigkeitsströme werden durch die Bohrungen 8 auf die Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 herausgeschleudert, wo sie eine abwärts fliessende Dünnschicht bilden, die, indem sie der Reihe nach von der Oberfläche der Abschnitt 13 über die gerundeten Übergangsstellen 11 und 12 auf die Oberfläche der niedriger liegenden Abschnitte 13 abfliesst, von den Flüssigkeitsströmen kontinuierlich verwirbelt wird. Ein Teil dieser Flüssigkeit wird an der Wärmeaustauschfläche 4 eingedampft, und die unverdampfte Flüssigkeit fliesst in die ringförmige Vorlage 14 ab, von wo sie über die Rinnen 15 auf den Ring 44 der niedriger liegenden Trommel 6 überströmt, wonach sich der Zyklus wiederholt.
Die eingedampfte Lösung wird durch den Stutzen 52 abgeleitet, und der durch den Stutzen 53 zugeführte Luftstrom umströmt die horizontal angebrachten Ringe 48, wobei er mit der gesamten Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 kontaktiert, bewegt sich nach oben und wird, nachdem er die Schaufeln 27 des Fliehkraftabscheiders passiert hat, durch den Stutzen 54 aus dem Apparat abgeleitet.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Rotordünnschichtreaktor dienen zur Zuführung verschiedener Reaktionskomponenten zu den Trommeln 6 Stutzen 55 und 56. An der oberen Stirnseite jeder Trommel 6 ist ein Ring 57 zur Verteilung einer der Reaktionskomponenten befestigt, die aus dem Stutzen 55 auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommel 6 gelangt. Der Ring 57 ist mit einem Bord 58 (Fig. 6) an seinem Umfang ausgeführt, der vertikale Schlitze 59 aufweist. Am Innenrand des Ringes 57 ist ein Kegelstumpf 60 eingesetzt, der als Innenbord dient. Der untere Teil des Kegelstumpfs 60 liegt unterhalb des Ringes 57. Unter dem Ring 57 ist ein Teller zur Verteilung der anderen Reaktionskomponente angeordnet, die aus dem Stutzen 56 auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommel 6 gelangt.
Der an der oberen Stirnseite jeder Trommel 6 unter dem Ring 57 angeordnete Teller weist eine Vertiefung auf, die einen zylindrischen Behälter 46 darstellt, der an der Welle 5 befestigt ist und dessen Ränder als konzentrischer Ring 44 ausgebildet sind, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Behälters 46 ist.
Dadurch gewährleistet die unter dem Ring 44 entstehende vertikale konzentrische Flüssigkeitsschicht gleichmässiges Überlaufen der Flüssigkeit über den Innenrand des konzentrischen Ringes 44 auf dessen gesamten Umfang und nachfolgende Verteilung derselben über die Oberfläche des Ringes 44 in Gestalt einer Dünnschicht, die auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommeln 6 abgeschleudert wird.
Der Ring 44 besitzt an seinem Umfang einen Bord 61 mit vertikalen Schlitzen 62, die schachbrettartig in bezug auf die Schlitze 59 liegen.
Die Trommeln 6 sind stirnseitig an den Tellerringen 44 und Ringen 63 (Fig. 5) der Naben 19 befestigt, die an der Welle 5 starr angebracht sind. Die Trommeln 6 werden an den Tellerringen 44 und Ringen 63 der Naben 19 mittels nicht gezeichneter Bandagen und Schrauben befestigt.
In diesem Fall ist zwischen den Sektionen des Apparates zur Ableitung der Flüssigkeit von der Wärmeaustauschfläche 4 der höher liegenden Sektion eine ringförmige Vorlage 14 vorgesehen. Unterhalb jeder Vorlage 14 befindet sich eine Rinne 15 zum Überströmen und Zuführen der einen Reaktionskomponente zur niedriger liegenden Trommel 6. Zur Zuführung der anderen Reaktionskomponente dient eine weitere Rinne 64.
Zur Ableitung des fertigen Produktes aus dem Reaktor dient ein Stutzen 65. Im Hohlraum 3 des Mantels 2 sind horizontale ringförmige Trennwände 66 angeordnet, die das Gehäuse 1 an der grösseren Übergangsstelle 11 der Abschnitte 13 umgeben. Jeder Ring 66 weist eine Öffnung 67 (Fig. 6) auf, wobei die Öffnungen 67 in den benachbarten Ringen 66 mit einer Versetzung zueinander angeordnet sind. Ebenfalls ist im Hohlraum 3 in Bewegungsrichtung des Kälteträgers (Wärmeträgers) vor jeder Öffnung 67 eine vertikale Zwischenwand 68 angeordnet.
Die Innenfläche des Mantels 2, der Ring 66 und die äussere Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 bilden einen einzelnen Ringraum 69 (Fig. 5), der zum Leiten des Wärmeträgerstroms (längs strichliert angedeuteter Linien) auf kreisförmiger Bahn und fortschreitendem Strömen aus dem unteren Hohlraum in den angrenzend liegenden oberen Hohlraum dient.
Der Rotordünnschichtreaktor arbeitet auf folgende Weise.
Durch die Stutzen 55 und 56 werden den Trommeln 6 miteinander reagierende Reaktionskomponenten gesondert zugeführt. Aus dem Stutzen 55 wird dem rotierenden Ring 57 eine der Reaktionskomponenten zugeführt, über die Oberfläche desselben in Gestalt einer Dünnschicht verteilt und dann durch die Schlitze 59 im Bord 58 auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommel 6 herausgeschleudert, wo es an den vorstehenden Wellen der Innenfläche 21 in einzelne vertikale Ströme unterteilt wird. Über den Stutzen 56 wird dem zylindrischen Behälter 46 eine andere Reaktionskomponente zugeführt. Unter der Fliehkraftwirkung steigt die Flüssigkeit an den Wänden des Behälters 46 hoch, wobei sie eine vertikale konzentrische Flüssigkeitsschicht unter dem Ring 44 bildet.
Beim Überlaufen über den Innenrand des konzentrischen Ringes 44 auf dessen gesamtem Umfang wird sie an seiner Oberfläche in Gestalt einer Dünnschicht gleichmässig verteilt, dann wird sie von dessen äusserer Kante durch die Schlitze 62 im Bord 61 auf die gewellte Innenfläche 21 der Trommel 6 geschleudert, wo sie an den vorstehenden Wellen der Innenfläche 21 verteilt wird, die an die für die erstere Reaktionskomponente bestimmten Wellen der Innenfläche 21 angrenzen. Die Ströme der ersten und der zweiten Reaktionskomponente fliessen unter der Schwerkraftwirkung bis auf die Bohrungen 8 ohne Vermischung ab und werden dann auf die Wärmeaustauschfläche 4 geschleudert. Somit erfolgt die Vermischung der Reaktionskomponenten unmittelbar an der Wärmeaustauschfläche 4, was sogar minimale Überhitzungsmöglichkeit bei exothermen Reaktionen vermeiden lässt.
An der Wärmeaustauschfläche 4 bilden die Ströme der Reaktionskomponenten eine abwärts fliessende Dünnschicht, die, indem sie der Reihe nach von der Oberfläche der kegelförmigen Abschnitte 13 über die abgerundeten Übergangsstellen 11, 12 auf die Oberfläche des darunter liegenden Abschnitts 13 abfliesst, von den Flüssigkeitsströmen kontinuierlich verwirbelt wird. Die Flüssigkeit, die die in der Bewegungsrichtung erste Sektion passiert hat, sammelt sich in der ringförmigen Vorlage 14, aus der sie über die Rinnen 15 auf den Ring 57 der niedriger liegenden Trommel 6 gelangt und ebenso wie in der ersten Sektion erneut auf der Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 verteilt wird. Der zweiten Sektion kann, genauso wie jeder nachfolgenden, auf die vorgesehene Weise zusätzlich eine weitere Reaktionskomponente über die Rinne 64 zugeführt werden.
Das Reaktionsprodukt wird aus dem Apparat durch den Stutzen 65 abgeleitet.
Furthermore, the frustoconical sections allow the heat exchange surface depending on their Nei
angle a different dwell time of the product in the apparatus, whereby this can be changed within wide limits.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
1 shows a thin film evaporator in longitudinal section,
2 shows a cross section along the line II-II of FIG. 1,
3 an evaporator in longitudinal section,
4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 3,
5 shows a reactor in longitudinal section,
Fig. 6 shows a cross section along the line VI-VI of Fig. 5 and
Fig. 7 shows a longitudinal section in an enlarged view
Illustration of the heat exchange surface according to the invention.
The apparatuses shown in FIGS. 1 to 6 are collectively referred to as rotor thin-film apparatuses.
These devices have a vertical housing 1, which is housed in a jacket 2. The one between the case
1 and the jacket 2 formed cavity 3 is used to circulate a heat carrier along the dashed arrows shown for example in FIG. 6. The housing 1 has a heat exchange surface 4. Drums 6 connected to a rotor shaft 5 are arranged within the housing 1. The lateral surfaces of the drums 6 are formed by corrugated walls 7, in which bores 8 for the exit of the liquid to be treated are arranged on the heat exchange surface 4 of the housing 1. The connecting pieces 9 and 10 connected to each section of the subdivided cavity 3 serve to supply and discharge the heat transfer medium.
According to the invention, the heat exchange surface 4 is formed by alternately directed, axially lined up frustoconical sections 13. The transition points 11 and 12 between two adjacent sections 13 are rounded. In axial section, these transition points can be formed by part of a circle.
In order to better emphasize the technical advantages of the proposed invention and its broad technological application possibilities, different rotor thin-film apparatuses are explained as exemplary embodiments in the description. The thin-film evaporator shown in FIGS. 1 and 2 is used to carry out distillation, concentration and evaporation processes of thermally unstable substances under vacuum. The evaporation apparatus shown in FIGS. 3 and 4 is used to evaporate products in an air or inert gas stream at atmospheric pressure. The reactor shown in FIGS. 5 and 6 is used to carry out rapid exothermic chemical reactions in the liquid phase. Heating steam is used as the heat transfer medium in the evaporator and in the evaporator.
In contrast, a coolant, for example water, is used in the reactor.
It is known that apparatus of this type can consist of several sections depending on their work performance. In this case, an annular template 14 (FIGS. 1, 3, 5) is provided between the sections of the apparatus for discharging the liquid from the heat exchange surface 4 of the higher section. Under the annular template 14 channels 15 are arranged for overflowing the liquid on the drum 6 of the lower section.
In the rotor thin film evaporator shown in FIG. 1, the drums 6 are fastened by means of bandages and screws (not shown in FIG.) To rings 16 (FIG. 2), 17 (FIG. 1) of respective hubs 18, 19, which are attached to the shaft 5 are rigidly attached.
A nozzle 20 is used to supply the liquid to be treated to the drums 6. To distribute the liquid to be treated over the corrugated inner surface 21 (FIG. 2) of the drums 6, a ring 16, which is attached to the upper end face of the drum 6, is used its inside has a board 22 (Fig. 1). Above the ring 16 is on
Housing 1 is attached to a cylindrical projection 23 with a toothed lower edge 24. In the interior of the extension 23, a sleeve 25 is attached to the rotor shaft 5 with the tubes 26 lying radially on its lower edge, which serve to distribute the incoming liquid over the inner surface of the cylindrical extension 23. On the walls of the sleeve 25, the liquid to be treated from the vapor stream exiting inclined blades 27 with upwardly bent edges 28 are BEFE Stigt.
Rings 29 and 30 are fastened opposite the edges 28 below and above the blades 27, respectively. Splash baffle plates 31 are mounted vertically between the rings 29 and 30.
Between the drums 6, a centrifugal separator 32 (FIG. 2) is arranged, which is designed in the form of vertically attached blades 33, which serve to discharge the separated liquid onto the ring 16 of the lower drum 6. The end faces of the blades 33 are fastened in the hubs 18 and 19 of the respective neighboring drums 6 and are curved in cross section. The blades 33 (FIG. 2) are designed with outer edges 34 bent inwards.
The ring 17 of the lower hub 19 delimits the cavity 35 of each drum 6 from below at the end face, and the ring 16 of the upper hub 18 delimits the cavity 35 of each drum 6 from above at the end face, so that the steam flow enters in this way into the cavity 35 of the drums 6 is only possible between the blades 33 of the centrifugal separator 32 of each section.
The cavity 35 of the lower drum 6 is separated from the annular space between the lower drum 6 and the housing 1 by a closure 36. This closure 36 is formed by a cylindrical attachment 37 fastened to the housing 1, in the upper part of which a ring 38 with a rim 39 cooperates on its inner edge with a lower ring 40 of the lower drum 6, which has a rim 41 on its outer edge.
A nozzle 42 is used to discharge the bubble residue, and nozzle 43 is used to discharge the secondary steam from the upper and lower part of the apparatus.
The evaporator works in the following way. The liquid to be treated passes through the nozzle 20 into the sleeve 25. When the rotor is rotated, the liquid is jetted radially from the radial tubes 26 of the sleeve 25 onto the inner surface of the cylindrical extension 23, from which it is in the form of a thin layer on the ring 16 of the upper drum 6 flows out evenly. Thereafter, the liquid is centrifugally thrown from the ring 16 onto the inner surface of the hollow corrugated drum 6, on the corrugated inner surface 21 of which is divided into individual vertical streams which flow freely under the force of gravity except for the bores 8 which are at different heights of the drum 6 lie.
The liquid streams are thrown out through the bores 8 onto the heat exchange surface 4 of the housing 1, where they form a downward flowing thin layer, which, in turn, from the surface of the frustoconical sections 13 via the rounded transition points 11 and 12 to the surface of the underlying conical section 13 flows, is continuously swirled by the liquid flows mentioned. A part of this liquid is evaporated on the heat exchange surface 4, and the non-evaporated liquid flows into the annular rim 14, from where it flows over the grooves 15 onto the ring 16 of the lower drum 6, after which the entire cycle is repeated.
The bubble residue (or concentrated solution) is removed through the nozzle 42 and the vapor resulting from the evaporation of the liquid, after passing through the centrifugal separators 32 and being separated by the blades 27, is discharged from the apparatus through the nozzle 43. The liquid separated by the blades 33 of the centrifugal separator 32 collects in vertical bends of the edges 34 of the blades 33 and flows onto the ring 16 of the drum 6, and the liquid separated by the blades 27 is flung onto the surface of the housing 1 and flows in the gap (in Fig.
not shown) between the ring 29 and the housing
1 down on the heat exchange surface 4 of the housing 1.
In the rotor thin-film evaporator, which is shown in Fig. 3, the drums 6 are attached to the end of the plate rings 44, which are intended to distribute the liquid over the corrugated inner surface 21 of the drums 6, and to blind hubs 45, which are attached to the Shaft 5 are rigidly attached.
The drums 6 are attached to the ring rings 44 and blind hubs 45 by means of bandages and screws, not shown. The plate for distributing the liquid to be evaporated, which is arranged on the upper end face of each drum 6, has a recess which represents a cylindrical container 46 which is fastened to the shaft 5 and whose edges are designed as a concentric ring 44, the inside diameter of which is smaller than the inner diameter of the cylindrical container 46.
Thereby, the vertical concentric liquid layer formed under the ring 44 ensures uniform overflow of the liquid over the inner edge of the concentric ring 44 over the entire circumference thereof and subsequent distribution of the liquid over the surface of the ring 44 in the form of a thin layer, which on the corrugated inner surface 21 of the Drum 6 is thrown off.
A nozzle 47 is used to supply the liquid to be evaporated to the drums. Horizontal rings 48 are attached to the drums 6 opposite the larger transition points 11 of the sections 13, which flow around the entire heat exchange surface 4 with the gas phase flow (air or noble gas flow) and the separation ensure the steam-gas mixture. A cone 49 (FIG. 3) for uniform air supply to an annular gap 50 is arranged under the lower drum 6 between the outer surface of the drums 6 and the heat exchange surface 4 of the housing 1.
On the shaft 5, a sleeve 51 is attached above the upper drum 6, with the aid of which, as in the evaporator, constructively designed inclined blades 27 with curved edges 28 are attached for separating the liquid drops from the steam or gas stream. In relation to the edges 28, rings 29 and 30 are fastened under and above the blades 27, respectively. Vertical splash baffles 31 are attached between the rings 29 and 30. Spigots 52, 53 and 54 are used to discharge the evaporated solution, air supply and air discharge.
The rotor thin film evaporator works in the following way. The solution to be evaporated passes through the nozzle 47 into the cylindrical container 46. When the rotor is rotated, the liquid rises under the action of centrifugal force on the walls of this container 46, as a result of which a vertical, concentric liquid layer is formed under the ring 44. When overflowing over the inner edge of the concentric ring 44 over its entire circumference, the liquid flows evenly over the surface of the ring 44 in the form of a thin layer and is then thrown from its outer edge onto the corrugated inner surface 21 of the drum 6, where it contacts the projecting waves of the Inner surface 21 is divided into individual vertical streams which flow freely under the action of gravity except for the bores 8, which are at different heights of the drums 6.
The liquid streams are thrown out through the bores 8 onto the heat exchange surface 4 of the housing 1, where they form a downward flowing thin layer which, in turn, from the surface of the section 13 via the rounded transition points 11 and 12 to the surface of the lower one Sections 13 flows away, is continuously swirled by the liquid streams. A part of this liquid is evaporated on the heat exchange surface 4, and the undevaporated liquid flows into the annular receiver 14, from where it flows over the channels 15 onto the ring 44 of the lower drum 6, after which the cycle is repeated.
The evaporated solution is discharged through the nozzle 52, and the air flow supplied through the nozzle 53 flows around the horizontally attached rings 48, making contact with the entire heat exchange surface 4 of the housing 1, moves upwards and becomes, after it has the blades 27 of the Centrifugal separator has passed through the nozzle 54 derived from the apparatus.
In the rotor thin-film reactor shown in FIG. 5, connectors 55 and 56 are used to supply various reaction components to the drums 6. A ring 57 is attached to the upper end face of each drum 6 to distribute one of the reaction components, which from the connector 55 onto the corrugated inner surface 21 the drum 6 arrives. The ring 57 is designed with a rim 58 (FIG. 6) on its circumference, which has vertical slots 59. On the inner edge of the ring 57, a truncated cone 60 is used, which serves as an inboard. The lower part of the truncated cone 60 lies below the ring 57. Under the ring 57 there is a plate for distributing the other reaction component, which reaches the corrugated inner surface 21 of the drum 6 from the socket 56.
The plate arranged on the upper end face of each drum 6 under the ring 57 has a recess which represents a cylindrical container 46 which is fastened to the shaft 5 and whose edges are designed as a concentric ring 44, the inside diameter of which is smaller than the inside diameter of the cylindrical container 46 is.
As a result, the vertical concentric liquid layer formed under the ring 44 ensures uniform overflow of the liquid over the inner edge of the concentric ring 44 over its entire circumference and subsequent distribution thereof over the surface of the ring 44 in the form of a thin layer, which is applied to the corrugated inner surface 21 of the drums 6 is thrown out.
The ring 44 has on its circumference a rim 61 with vertical slots 62, which are in the manner of a checkerboard with respect to the slots 59.
The drums 6 are attached to the end of the plate rings 44 and rings 63 (FIG. 5) of the hubs 19, which are rigidly attached to the shaft 5. The drums 6 are fastened to the plate rings 44 and rings 63 of the hubs 19 by means of bandages and screws (not shown).
In this case, an annular template 14 is provided between the sections of the apparatus for discharging the liquid from the heat exchange surface 4 of the higher section. Below each template 14 there is a channel 15 for overflowing and supplying one reaction component to the lower-lying drum 6. Another channel 64 is used to supply the other reaction component.
A nozzle 65 is used to discharge the finished product from the reactor. In the cavity 3 of the jacket 2, horizontal annular partition walls 66 are arranged which surround the housing 1 at the larger transition point 11 of the sections 13. Each ring 66 has an opening 67 (FIG. 6), the openings 67 in the adjacent rings 66 being arranged offset from one another. Likewise, a vertical intermediate wall 68 is arranged in the cavity 3 in the direction of movement of the coolant (heat transfer medium) in front of each opening 67.
The inner surface of the casing 2, the ring 66 and the outer heat exchange surface 4 of the housing 1 form a single annular space 69 (FIG. 5), which is used to conduct the heat carrier flow (lines indicated in broken lines) on a circular path and progressive flow from the lower cavity in serves the adjacent upper cavity.
The rotor thin film reactor works in the following way.
Reaction components which react with one another are fed separately to the drums 6 through the connecting pieces 55 and 56. One of the reaction components is fed from the nozzle 55 to the rotating ring 57, distributed over the surface of the same in the form of a thin layer and then flung out through the slots 59 in the rim 58 onto the corrugated inner surface 21 of the drum 6, where it is on the protruding waves of the inner surface 21 is divided into individual vertical streams. Another reaction component is fed to the cylindrical container 46 via the nozzle 56. Under the action of centrifugal force, the liquid rises on the walls of the container 46, forming a vertical concentric liquid layer under the ring 44.
When overflowing over the inner edge of the concentric ring 44 over its entire circumference, it is evenly distributed on its surface in the form of a thin layer, then it is flung from its outer edge through the slots 62 in the board 61 onto the corrugated inner surface 21 of the drum 6, where it is distributed on the protruding waves of the inner surface 21, which are adjacent to the waves of the inner surface 21 intended for the former reaction component. The flows of the first and second reaction components flow out under the action of gravity except for the bores 8 without mixing and are then thrown onto the heat exchange surface 4. Thus, the mixing of the reaction components takes place directly on the heat exchange surface 4, which even avoids minimal possibility of overheating in exothermic reactions.
At the heat exchange surface 4, the streams of the reaction components form a downward flowing thin layer which, by flowing in sequence from the surface of the conical sections 13 via the rounded transition points 11, 12 to the surface of the section 13 below, swirls continuously from the liquid streams becomes. The liquid that has passed the first section in the direction of movement collects in the ring-shaped template 14, from which it reaches the ring 57 of the lower-lying drum 6 via the channels 15 and, just as in the first section, again on the heat exchange surface 4 the housing 1 is distributed. A further reaction component can also be fed to the second section via the channel 64 in the manner provided, just like each subsequent section.
The reaction product is discharged from the apparatus through the nozzle 65.