CH638301A5

CH638301A5 - Thin-layer apparatus

Info

Publication number: CH638301A5
Application number: CH413779A
Authority: CH
Inventors: Johann Grueter; Heinz Maerki
Original assignee: Luwa Ag
Priority date: 1979-05-03
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1983-09-15
Also published as: JPS55147102A; BE883061A; ES8103984A1; ES491664A0; IN153267B

Abstract

Arranged in the interior of the insert (3) disposed in a container (1) is a pre-evaporator (11) which has an inlet (12) at the bottom for the raw/starting product and opens at the top into the treatment chamber (2). The pre-evaporator (11) is surrounded by a heating jacket (18) whose outer surface serves as a heated treating wall (4). Applicator elements (6) which are moved up and down in the direction of the arrow A act together with this treating wall (4) in order to form a thin layer. A surface condenser (25) is arranged in the interior of the container (1) co-axially with the insert (3). The raw/starting product to be treated is pre-evaporated in the pre-evaporator (11) and subjected to final evaporation along the treating wall (4). The more readily volatile constituents condense in the surface condenser (25), it being possible for the condensate to be led off separately from concentrate precipitated during final evaporation. Such an apparatus is suitable, in particular, for recovering solvents. <IMAGE>

Description

       

  
 



   Im Inneren des Einsatzes 3 ist ein Vorverdampfer 11 angeord net, der ein unten mit einem Einlass 12 versehenes und durch den Boden des Behälters 1 hindurchgeführtes Rohr 13 aufweist. Das
Innere dieses Rohres 13 dient als Aufheizraum 14, in welchem mehrere vertikale Rohre 15 verlaufen, die unten mit dem Einlass
12 für das zu behandelnde   Ausgangsproduktin    Verbindung stehen und oben in den Behandlungsraum 2 münden. Das  



  Aussenrohr 13 des Vorverdampfers 11 weist an seinem obern Rand eine gezackte Überlaufkante 16 auf. welche dazu dient, die austretende Flüssigkeit gleichmässig über den gesamten Umfang der Behandlungswand 4 zu verteilen. Oberhalb des Vorverdampfers   1      ist    ein Abscheider 17 angeordnet. Das Aussenrohr 13 des Vorverdampfers 11 ist von einem Heizmantel 18 umgeben.



  dessen Aussenwand die Behandlungswand 4 bildet.



   Das Heizsystem für den Vorverdampfer 11 und die Behandlungswand 4 ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher der bessern Übersichtlichkeit halber die übrigen Bauteile des Apparates gemäss Fig. 1 weggelassen sind. Zur Zuführung des dampfförmigen oder flüssigen Heizmediums in den Aufheizraum 14 des Vorverdampfers 11 ist eine Zuführleitung 19 vorhanden. Zur Rückführung des Heizmediums ist an diesen Aufheizraum 14 ein Auslassstutzen 20 abgeschlossen. Die Zuführleitung 21 zum Zuführen des Heizmediums in den Heizmantel 18 wird ebenfalls im Innern des Aussenrohres 13 des Vorverdampfers 11 geführt.



  Zur Rückführung des Heizmediums ist ein mit dem Heizmantel 18 verbundener Auslassstutzen 22 vorhanden. Die Beheizung der Rohre 15 des Vorverdampfers 11 erfolgt somit unabhängig von der Beheizung der Behandlungswand 4. Das Heizmedium für die Vorverdampfung kann daher dem Aufheizraum 14 unter einem andern Druck und mit einer andern Temperatur zugeführt werden als das Heizmedium für die Beheizung der Behandlungswand 4. Da der Heizmantel 18 unmittelbar an den Aufheizraum 14 des Vorverdampfers 11 angrenzt, kann die zugeführte Wärme optimal genutzt werden. Eine Wärmeisolation der beiden Heizsysteme ist im Innern des Einsatzes 3 demnach nicht erforderlich.



   Am Boden des Behälters 1 befindet sich der Sammelraum 213 für das bei der Endverdampfung übrigbleibende Konzentrat.



  Das sich in diesem Sammelraum 23 befindliche Konzentrat kann über einen Anschlussstutzen 24 abgeführt werden.



   Koaxial zum Einsatz 3 und das Behandlungsorgan 5 in einem gewissen Abstand umgeben ist im Behälter 1 ein Oberflächenkondensator 25 mit einem Einlassstutzen 26 und einem Auslassstutzen 27 angeordnet. Unterhalb des Kondensators 25 befindet sich ein Kondensatsammelraum 28, der vom Konzentratsammelraum 23 getrennt ist. Dieser Kondensatsammelraum 28 lässt sich über einen Anschlussstutzen 29 entleeren.



   Das Kondensat lässt sich somit getrennt vom Konzentrat abführen.



   Der Behälter 1 ist weiter mit einem Anschluss 30 versehen, an den eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann. Zum Beheizen oder Kühlen des Behälters 1 ist dieser von einem Heizbzw. Kühlmantel 31 umgeben, dem das Heiz- bzw. Kühlmedium über einen Einlass 32 zugeführt und über einen Auslass 33 entnommen werden kann.



   Die Funktionsweise des Dünnschichtapparates ist wie folgt:
Das durch den Einlass 12 in den Vorverdampfer 11 eintretende Ausgangsprodukt tritt in die Rohre 15 ein und wird durch das sich im Heizraum 14 befindliche Heizmedium vorerst auf die Siedetemperatur gebracht. Es findet somit zuerst eine Vorwärmung des Ausgangsproduktes statt. Nach dem Erreichen des Siedezustandes bilden sich Dampfblasen, welche das flüssige Produkt mit zunehmender Geschwindigkeit nach oben befördern. Über das Heizmedium wird dem aufsteigenden Produkt weiterhin Wärme zugeführt. Es findet somit eine Vorverdampfung statt, wobei sich unter gewissen Bedingungen ein Kletterfilm ausbilden kann. Das aus dem Vorverdampfer 11 austretende Dampf-Flüssigkeits Gemisch wird im Abscheider 17 getrennt, wobei die Flüssigkeit unter Wirkung des gezackten Randes 16 über den ganzen Umfang der Behandlungswand 4 verteilt wird.



   Die auf- und abbewegten Verstreichelemente 6 verteilen nun das vorkonzentrierte Produkt entlang der Behandlungswand 4, wie das in der bereits erwähnten CH-PS 482161 näher beschrieben ist. Entlang der Behandlungswand 4 bleibt das Produkt fortlaufend im Eingriff mit den Verstreichelementen 6, die das
Produkt rückstauen, durchmischen, neu verteilen und umschich ten. Auf diese Weise wird eine dünne Schicht gebildet, und es wird verhindert, dass das Produkt unkontrolliert nach unten fliessen kann. Das anfallende Konzentrat gelangt in den Sammel raum 23 und kann über den Auslassstutzen 24 abgeführt werden.



  Wie anhand der Fig. 2 bereits erläutert, wird die Behandlungswand 4 durch das im Heizmantel 18 zirkulierende Heizmedium    erwärmt. ¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯   
Die bei der Vor- und Endverdampfung angetrennten leichter flüchtigen Bestandteile kondensieren im Oberflächenkondensator 25 und sammeln sich als Kondensat im Sammelraum 28, von wo sie über den Auslassstutzen 29 getrennt vom Konzentrat abgeführt werden können.



   Im beschriebenen Dünnschichtapparat erfolgt somit zuerst eine Vorerwärmung des Ausgangsproduktes, das anschliessend einer Vorverdampfung unterworfen wird, worauf die Endverdampfung erfolgt. Die Verdampfung verläuft kontinuierlich und meistens in einem Durchlauf. Die Verweilzeit des Produktes im Apparat ist kurz und Überhitzungen werden vor allem in der Endverdampfungsphase vermieden. Durch die auf- und abgehenden Verstreichelemente 6 wird die Behandlungswand 4 saubergehalten.



   In der Fig. 3 ist eine Weiterausbildung des Dünnschichtappara tes gemäss den Fig. 1 und 2 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den zum Teil nicht dargestellten Bauteilen des Apparates gemäss den Fig. 1 und 2 im Oberteil la des Behälters 1 ein   weitererKondensationsraum    34 vorhanden, der von einem Kühlmantel 35 umgeben ist. Das Kühlmedium wird über einen Einlassstutzen 36 zugeführt und verlässt den Kühlmantel 35 über einen Auslassstutzen 37. Das sich an der Innenwand des Behälteroberteils la absetzende Kondensat wird in einem Kondensatsammelraum 38 gesammelt, der mit einem Abflussstutzen 39 versehen ist.



   Die Funktionsweise des Apparates gemäss Fig. 3, der für eine Dreistofftrennung geeignet ist, entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen Funktionsweise der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2. Die leichtflüchtigen Bestandteile des Ausgangsproduktes kondensieren im Kondensationsraum 34, aus dem sie als Kondensat über den Stutzen 39 weggeführt werden. Die mittelschweren Bestandteile kondensieren im Oberflächenkondensator 25 und werden über den Stutzen 29 abgeführt (Fig. 1), während das beimVerdampfungsvorgang übrigbleibende Konzentrat im Konzentratsammelraum 23 gesammelt und über den Anschlussstutzen 24 weggeführt wird (Fig.



  1).



   Der in der Fig. 1 gezeigte Apparat eignet sich beispielsweise für das Recycling von Schmieröl, während sich die Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 unter anderem für die Rückgewinnun von Lösungsmitteln und das Ausquetschen von Destillationsrückständen eignet und auch als Kurzwegverdampfer eingesetzt werden kann. Wie bereits erwähnt, wird die Behandlungswand durch die Mantelfläche eines Zylinders gebildet, während   dieArbeitskanten    61   derVerstreichelemente    6 entlang der Mantelfläche eines weitern Zylinders verlaufen, der zum ersten Zylinder koaxial ist.

   Es ist jedoch auch möglich, die Behandlungswand 4 als Mantelfläche eines vorzugsweise geraden Kreiskegels bzw. eines Kreiskegelstumpfes auszubilden, wobei in diesem Fall die Arbeitskanten 6a der Verstreichelemente 6 entlang der Mantelfläche eines zweiten, koaxialen, ebenfalls vorzugsweise geraden Kegels bzw. Kegelstumpfes verlaufen.



   Im weitern ist es möglich, im selben Behälter 1 mehrere Einsätze 3 anzuordnen, von denen jeder gleich ausgebildet ist, wie der in den Fig. 1-3 gezeigte Einsatz und mit einem eigenen Behandlungsorgan 5 zusammenwirkt. 



  
 



   Inside the insert 3 is a pre-evaporator 11 angeord net, which has a bottom provided with an inlet 12 and through the bottom of the container 1 pipe 13. The
The interior of this tube 13 serves as a heating chamber 14, in which a plurality of vertical tubes 15 run, which run down to the inlet
12 are in connection with the starting product to be treated and open into the treatment room 2 at the top. The



  The outer tube 13 of the pre-evaporator 11 has a serrated overflow edge 16 on its upper edge. which serves to distribute the emerging liquid evenly over the entire circumference of the treatment wall 4. A separator 17 is arranged above the pre-evaporator 1. The outer tube 13 of the pre-evaporator 11 is surrounded by a heating jacket 18.



  whose outer wall forms the treatment wall 4.



   The heating system for the pre-evaporator 11 and the treatment wall 4 is shown in FIG. 2, in which the remaining components of the apparatus according to FIG. 1 are omitted for the sake of clarity. A supply line 19 is provided for supplying the vaporous or liquid heating medium into the heating space 14 of the pre-evaporator 11. To return the heating medium, an outlet connection 20 is closed off at this heating chamber 14. The feed line 21 for feeding the heating medium into the heating jacket 18 is also routed inside the outer tube 13 of the pre-evaporator 11.



  An outlet connection 22 connected to the heating jacket 18 is provided for returning the heating medium. The pipes 15 of the pre-evaporator 11 are thus heated independently of the heating of the treatment wall 4. The heating medium for the pre-evaporation can therefore be supplied to the heating chamber 14 under a different pressure and at a different temperature than the heating medium for heating the treatment wall 4. Because the heating jacket 18 directly adjoins the heating chamber 14 of the pre-evaporator 11, the heat supplied can be used optimally. Thermal insulation of the two heating systems is therefore not required inside the insert 3.



   At the bottom of the container 1 there is the collecting space 213 for the concentrate remaining during the final evaporation.



  The concentrate located in this collecting space 23 can be discharged via a connecting piece 24.



   Coaxial with the insert 3 and the treatment element 5 surrounded at a certain distance, a surface condenser 25 with an inlet connector 26 and an outlet connector 27 is arranged in the container 1. Below the condenser 25 there is a condensate collecting space 28 which is separated from the concentrate collecting space 23. This condensate collecting space 28 can be emptied via a connecting piece 29.



   The condensate can thus be removed separately from the concentrate.



   The container 1 is further provided with a connection 30 to which a vacuum pump can be connected. For heating or cooling the container 1, this is from a Heizbzw. Surround cooling jacket 31, to which the heating or cooling medium can be supplied via an inlet 32 and can be removed via an outlet 33.



   The thin film apparatus works as follows:
The starting product entering the pre-evaporator 11 through the inlet 12 enters the tubes 15 and is initially brought to the boiling temperature by the heating medium in the heating chamber 14. The initial product is thus preheated first. After the boiling state has been reached, vapor bubbles form which carry the liquid product upwards with increasing speed. The rising product continues to be supplied with heat via the heating medium. A pre-evaporation takes place, whereby a climbing film can form under certain conditions. The vapor-liquid mixture emerging from the pre-evaporator 11 is separated in the separator 17, the liquid being distributed over the entire circumference of the treatment wall 4 under the action of the serrated edge 16.



   The spreading elements 6 moved up and down now distribute the pre-concentrated product along the treatment wall 4, as is described in more detail in the already mentioned CH-PS 482161. Along the treatment wall 4, the product remains in constant engagement with the spreading elements 6, which
Backflow, mix, redistribute and reposition the product. This creates a thin layer and prevents the product from flowing downwards in an uncontrolled manner. The resulting concentrate enters the collection space 23 and can be discharged via the outlet port 24.



  As already explained with reference to FIG. 2, the treatment wall 4 is heated by the heating medium circulating in the heating jacket 18. ¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
The more volatile constituents separated during the preliminary and final evaporation condense in the surface condenser 25 and collect as condensate in the collecting space 28, from where they can be removed separately from the concentrate via the outlet connection 29.



   In the thin-film apparatus described, the starting product is thus preheated first, which is then subjected to pre-evaporation, whereupon the final evaporation takes place. The evaporation takes place continuously and mostly in one pass. The product stays in the apparatus for a short time and overheating is avoided, especially in the final evaporation phase. The treatment wall 4 is kept clean by the rising and falling spreading elements 6.



   In Fig. 3, a further training of the thin-film apparatus according to FIGS. 1 and 2 is shown. In this exemplary embodiment, in addition to the components of the apparatus according to FIGS. 1 and 2, which are not shown in part, there is a further condensation space 34 in the upper part la of the container 1, which is surrounded by a cooling jacket 35. The cooling medium is supplied via an inlet connection 36 and leaves the cooling jacket 35 via an outlet connection 37. The condensate which settles on the inner wall of the upper container part 1 a is collected in a condensate collecting space 38 which is provided with a discharge connection 39.



   The operation of the apparatus according to FIG. 3, which is suitable for three-substance separation, corresponds essentially to the operation of the embodiment according to FIGS. 1 and 2 already described. The volatile constituents of the starting product condense in the condensation space 34, from which they form as condensate via the Stubs 39 are led away. The medium-weight constituents condense in the surface condenser 25 and are discharged via the connection piece 29 (FIG. 1), while the concentrate remaining during the evaporation process is collected in the concentrate collecting space 23 and led away via the connection connection piece 24 (FIG.



  1).



   The apparatus shown in FIG. 1 is suitable, for example, for the recycling of lubricating oil, while the embodiment according to FIGS. 1 and 2 is suitable, inter alia, for the recovery of solvents and the squeezing out of distillation residues and can also be used as a short-path evaporator. As already mentioned, the treatment wall is formed by the outer surface of a cylinder, while the working edges 61 of the spreading elements 6 run along the outer surface of a further cylinder which is coaxial with the first cylinder.

   However, it is also possible to design the treatment wall 4 as a lateral surface of a preferably straight circular cone or a circular truncated cone, in which case the working edges 6a of the spreading elements 6 run along the lateral surface of a second, coaxial, likewise preferably straight cone or truncated cone.



   Furthermore, it is possible to arrange several inserts 3 in the same container 1, each of which is of the same design as the insert shown in FIGS. 1-3 and interacts with its own treatment element 5.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Thin-film apparatus with at least one essentially vertical insert arranged in a treatment room, which has a treatment wall on its outside, and with a treatment element which can be moved up and down in translation and which is provided with at least one spreading element which cooperates with the treatment wall to form a thin layer, thereby characterized in that a pre-evaporator unit (11) opening into the treatment room (2) for the starting product to be treated is arranged inside the insert (3).

2. Thin-film apparatus according to claim 1, characterized in that the pre-evaporator unit (11) has at least one tube (15) with an inlet at the bottom for the starting product and an outlet at the top, which opens into the treatment room (2), through one of one Heating medium flows through the heating chamber (14).

3. Thin-film apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the pre-evaporator unit (11) is surrounded by a heating jacket (18), the outer wall of which forms the treatment wall (4).

4. Thin-film apparatus according to one of claims 1-3, characterized in that the treatment element (5) is surrounded by a condenser (25), the condensate collecting space (28) of which is separated from the product outlet (24).

5. Thin-film apparatus according to one of claims 1-4, characterized in that the part (1 a) above the insert (3) of the container (1) surrounding the treatment space (2) is designed as a condensation space (34), the condensate collection space (38 ) is separated from the condensate collecting space (28) of the condenser (25) surrounding the treatment element (5).

6. Thin-film apparatus according to one of claims 1-5, characterized in that in the treatment room (2) several, each a treatment wall (4), which cooperates with a treatment organ (5), inserts (3) are arranged.

7. Thin-film apparatus according to one of claims 1-6, characterized in that the treatment wall (4) is formed by the outer surface of a cylinder, preferably a straight circular cylinder.

8. Thin-film apparatus according to one of claims 1-6, characterized in that the treatment wall is formed by the outer surface of a cone, preferably a straight circular cone.

9. thin-film apparatus according to claim 7 with a treatment element with several mutually spaced spreading elements, characterized in that the treatment wall (4) adjacent working edges (6a) of the spreading elements (6) run along the lateral surface of a second cylinder, preferably a straight circular cylinder, which is coaxial with the first cylinder.

10. Thin-film apparatus according to claim 8 with a treatment element with a plurality of spacing elements arranged at mutual intervals, characterized in that the working edges (6a) of the spreading elements (6) adjacent to the treatment wall (4) run along the lateral surface of a second cone, preferably a straight circular cone which is coaxial with the first cone.

The present invention relates to a thin-film apparatus according to the preamble of claim 1.

In a known thin-film apparatus of this type, the material to be thermally treated and introduced into the treatment room from the outside is applied to the treatment wall at the upper end of the insert and flows downwards along this treatment wall (CH-PS 482161). The good is under the action of moving up and down spreading elements, which on the one hand serve to convey and on the other hand to spread the good, whereby the latter is mixed and layered, which results in better heat transfer.

The present invention is based on the object of creating a thin-film apparatus of the type mentioned in the introduction, which can be used for the gentle thermal treatment of a wide variety of starting products.

This object is achieved in accordance with the characterizing part of claim 1.

The starting product to be thermally treated is then subjected to preheating and pre-evaporation before being applied to the treatment wall, which takes place in a space-saving manner inside the insert.

The pre-evaporator unit is preferably surrounded by a heating jacket, the outer wall of which forms the treatment wall, which, because the heating jacket and pre-evaporator unit adjoin one another, enables optimal use of the heat supplied.

In a preferred embodiment, the treatment element is surrounded by a condenser, the condensate collection space of which is separated from the product outlet. The more volatile constituents separated off during the preliminary and final evaporation condense in this condenser, it being possible for the condensate to be discharged separately from the concentrate remaining in the final evaporation.

Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows in a schematic representation: 1 shows an embodiment of a thin-film apparatus; Fig. 2 shows the heating system of the apparatus of FIG. 1, and 3 shows a further development of the thin-film apparatus according to FIG. 1.

The thin-film apparatus shown in the figures has an upright container 1, the interior of which serves as a treatment room 2. In this treatment room 2 there is a vertical-axis, cylindrical insert 3, the outer wall of which serves as a treatment wall 4, which is formed by the jacket of a straight circular cylinder. A treatment element 5 interacts with this treatment wall 4 to form a thin layer and is moved up and down in the direction of arrow A (FIG. 1). This treatment element 5, as is known from CH-PS 482161, has a plurality of spreading elements 6, which surround the treatment wall 4 and are arranged at mutual intervals.

The working edges 6a of these spreading elements 6 run at a short distance from the treatment wall 4 and form a gap with it, but under certain circumstances can also be in contact with this treatment wall. These working edges 6a run along the lateral surface of a second circular cylinder which is coaxial with the circular cylinder formed by the treatment wall 4. The spreading elements 6 are fastened to a holder 7 which is connected to an axis 8.

The latter is led out of the container 1 by a bellows 9 and connected to a crank mechanism 10 which gives the axis 8 and thus the spreading elements 6 an up and down movement in the direction of the arrow A.