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PATENTANSPRÜCHE
1. Dünnschichtapparat mit mindestens einem in einem Behandlungsraum angeordneten Behandlungsorgan, das wenigstens ein zur Bildung einer dünnen Schicht mit einer Behandlungswand zusammenwirkendes Verstreichelement aufweist, welches relativ zu dieser Behandlungswand translatorisch hinund her bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungswand (8, 26) durch wenigstens einen Abschnitt der Mantelfläche eines Kegels gebildet ist.
2. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (A) des Kegels in Bewegungsrichtung (B) des Verstreichelementes (15, 30) oder der Behandlungswand (8, 26) verläuft.
3. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Behandlungsorgan mit mehreren, in gegenseitigen Abständen angeordneten Verstreichelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die der Behandlungswand (8, 26) benachbarten Arbeitskanten (16, 31) derVerstreichelemente (15, 30) entlang wenigstens eines Abschnittes der Mantelfläche (17) eines zweiten Kegels verlaufen, der zum ersten Kegel koaxial ist.
4. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Kegel ein gerader Kreiskegel ist.
5. Dünnschichtapparat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kegel gleiche Öffnungswinkel aufweisen.
6. Dünnschichtapparat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kegel unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen.
7. Dünnschichtapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungswand durch die Innenwand (8) eines den Behandlungsraum (2) begrenzenden, feststehenden Behälters (1) gebildet ist.
8. Dünnschichtapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungswand durch die Aussenwand (26) eines feststehenden Einsatzes (25) gebildet ist, der im Innern eines den Behandlungsraum (24) begrenzenden Behälters (20) angeordnet ist.
9. Dünnschichtapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Behälter (20) mehrere Einsätze (25) mit jeweils einer Behandlungswand (26) angeordnet sind, von denen jede mit dem wenigstens einen Verstreichelement (30) eines Behandlungsorganes (29) zusammenwirkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dünnschichtapparat gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei einem derartigen Dünnschichtapparat, wie er beispielswei- se aus der CH-PS 482161 bekannt ist, wird die Behandlungswand durch die Mantelfläche eines Kreiszylinders gebildet, während sich die Arbeitskanten der Verstreichelemente entlang einer Bahn hin- und her bewegen, die in einem gegebenen Abstand parallel zur Behandlungswand verläuft. Während ihrer Hin- und Herbewegung dienen die Verstreichelemente einerseits zum Fördern und andererseits zum Verstreichen des zu behandelnden Gutes, wodurch letzteres durchmischt und umgeschichtet wird, was einen besseren Wärmeübergang zur Folge hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschichtapparat der eingangs genannten Art zu schaffen. mit dem ohne grossen konstruktiven Aufwand die Verweilzeit des Gutes beeinflusst werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.
Durch Verändern der relativen Lage von Behandlungswand und Verstreichelement lässt sich die Spaltbreite einstellen, wodurch die Dicke der dünnen Schicht variiert und damit die Verweilzeit beeinflusst werden kann. Infolge des konischen Verlaufes der Behandlungswand kann erreicht werden, dass sich bei der relativen Hin- und Herbewegungzwischen Verstreichelement und Behandlungswand die Breite des Spaltes zwischen letzterer und dem Verstreichelement dauernd ändert, wodurch eine den Stoff- und Wärmetransport unterstützende Turbulenzerhöhung in der dünnen Schicht bewirkt wird.
Bei einer Ausführung des Dünnschichtapparates mit einem Behandlungsorgan mit mehreren, in gegenseitigen Abständen angeordneten Verstreichelementen, verlaufen die der Behandlungswand benachbarten Arbeitskanten der Verstreichelemente vorzugsweise entlang der Mantelfläche eines zweiten Kegels, der zum ersten Kegel koaxial ist. Bei unterschiedlichen Öffnungswinkeln der beiden zweckmässigerweise als gerade Kreiskegel ausgebildeten Kegel ändert sich die Spaltbreite in Durchsatzrichtung des Gutes.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher dargestellt. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein erstes, und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dünnschichtapparates.
Der in Fig. 1 gezeigte Dünnschichtapparat weist einen feststehenden, vertikalen Behälter 1 auf, dessen Achse strichpunktiert angegeben und mit A bezeichnet ist. Im Innern dieses Behälters 1 befindet sich ein Behandlungsraum 2 für die thermische Behandlung eines fliessfähigen Gutes. Der zylindrische Oberteil la des Behälters 1 ist durch einen Deckel 3 abgeschlossen und wird von einem ringförmigen Verteilraum 5 umgeben, an den ein Einlassstutzen 4 für das zu behandelnde Gut angeschlossen ist. Der Verteilraum 5 steht über Eintrittsöffnungen 6 mit dem Behandlungsraum 2 in Verbindung. Der Behälteroberteil la weist ferner einen Brüdenstutzen 7 für das Abführen der anfallenden Brüden auf.
Die Innenwand des sich nach unten erweiternden Mittelteils lb des Behälters 1 dient als Behandlungswand 8, die durch die Mantelfläche eines geraden Kreiskegelstumpfes gebildet wird, dessen Achse mit der Behälterachse Azusammenfälit. Auf der Aussenseite des Behältermittelteils lb ist eine diesen umgebenden Heizmantel 9 angeordnet, der mit einem Eintrittsstutzen 10 und einem Austrittsstutzen 11 für das Heizmedium versehen ist.
Mittels des durch den Heizmantel 9 zirkulierenden Heizmediums wird die Behandlungswand 8 erwärmt.
Der sich nach unten verengende Unterteil 1c des Behälters 1 ist mit einem Auslassstutzen 12 für den Austritt des Konzentrates versehen.
Im Innern des Behälters 1 ist ein Behandlungsorgan 13 angeordnet, das einen in Richtung der Behälterachse A verlaufende Achse 14 aufweist, an welcher mehrere Verstreichelemente 15 befestigt sind, die in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind. Jedes dieser Verstreichelemente 15 weist eine in unmittelbarer Nähe der Behandlungswand 8 liegende Arbeitskante 16 auf, die mit dieser Behandlungswand 8 einen Spalt bildet, unter Umständen mit der Behandlungswand jedoch auch in Berührung stehen kann. Die Arbeitskanten 16 der Verstreichelemente 15 verlaufen entlang der gestrichelt dargestellten Mantelfläche 17 eines geraden Kreiskegelstumpfes, dessen Achse mit der Behälterachse A zusammenfällt. Dieser Kreiskegelstumpf ist somit zu dem durch die Behandlungswand 8 gebildeten Kreiskegelstumpf koaxial.
Die Öffnungswinkel dieser Kreiskegelstümpfe können gleich sein oder voneinander abweichen. Die die Verstreichelemente 15 tragende Achse 14 ist durch ein Lager 18 im Deckel 3 hindurchgeführt und mit einem Antrieb 19 verbunden, der auf dem Deckel 3 abgestützt ist. Dieser Antrieb 19 erteilt der Achse 14 und somit den Verstreichelementen 15 eine translatorische Hin- und Herbewegung in Richtung des Pfeiles B.
Das zu behandelnde Gut tritt durch die Eintrittsöffnungen 6 in den Behandlungsraum 2 ein und verteilt sich gleichmässig ent
lang der Behandlungswand 8. Durch die translatorische Hin- und Herbewegung des Behandlungsorganes 13 wird das gegen den Auslassstutzen 12 fliessende Gut auf bekannte Weise rückgestaut, durchmischt, neu verteilt und umgeschichtet. Durch die konische Ausbildung der Behandlungswand 8 und des Behandlungsorganes 13 wird nun bei der Bewegung des Behandlungsorganes 13 die Breite des Spaltes zwischen den Arbeitskanten 16 der Verstreichelemente 15 und der Behandlungswand 8 dauernd verändert. Das nach unten wandernde Gut muss sich somit durch sich wechselweise verengende und erweiternde Spalte hindurchtreten. Das hat eine Erhöhung der Turbulenz in der dünnen Schicht zur Folge, wodurch der Stoff- und Wärmetransport unterstützt wird.
Wird nun der Öffnungswinkel des durch die Behandlungswand 8 gebildeten Kreiskegelstumpfes anders gewählt als der Öff- nungswinkel des Kreiskegelstumpfes, der durch die Arbeitskanten 16 der Verstreichelemente 15 bestimmt ist, so kann erreicht werden, dass sich die Breite des Arbeitsspaltes und somit die Dicke der dünnen Schicht in Durchsatzrichtung des Gutes verändert. Durch ein Verändern des Behandlungsorganes in der Höhe wird die Lage der Verstreichelemente 15 bezüglich der Behandlungswand 8 verändert, womit die Breite des Spaltes zwischen den Arbeitskanten 16 und der Behandlungswand 8 und somit die Dicke der dünnen Schicht variiert und die Verweilzeit beeinflusst werden kann.
Das Behandlungsorgan 13 kann auch anders, z. B. wie in der bereits erwähnten CH-PS 482161 gezeigt, ausgebildet werden.
Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform eines Dünnschichtapparates ist ein feststehender, vertikaler Behälter 20 vorhanden, der durch einen Deckel 21 abgeschlossen ist, der mit einem Brüdenstutzen 22 versehen ist. Der Boden des Behälters 20 verjüngt sich nach unten und geht in einen Auslassstutzen 23 für das Konzentrat über. Das Innere des Behälters 20 dient als Behandlungsraum 24 für die thermische Behandlung des fliessfähigen Gutes. In diesem Behandlungsraum 24 ist ein feststehender, kreiskegelstumpfförmiger Einsatz 25 vorhanden, dessen Längsachse mit der strichpunktiert dargestellten Behälterachse A fluchtet. Die Aussenwand des Einsatzes 25 dient als Behandlungswand 26, die demnach gleich wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 durch die Mantelfläche eines geraden Kreiskegelstumpfes gebildet ist. Diese Behandlungswand 26 wird vom Innern des Einsatzes 25 her erwärmt.
Zum Zu- bzw. Wegführen des Heizmediums ist an den Einsatz 25 ein Eintrittsstutzen 27 bzw. ein Austrittsstutzen 28 angeschlossen. Mit dem Einsatz 25 wirkt ein Behandlungsorgan 29 zusammen, das mehrere den Einsatz 25 umgebende Verstreichelemente 30 aufweist, welche in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind. Jedes Verstreichelement 30 weist eine Arbeitskante 31 auf, die zur Bildung eines Spaltes in einem gewissen Abstand von der Behandlungswand 26 verläuft, unter Umständen mit der Behandlungswand jedoch auch in Berührung stehen kann.
Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 verlaufen diese Arbeitskanten 31 entlang der Mantelfläche eines geraden Kreiskegelstumpfes, dessen Achse mit der Behälterachse A und somit der Achse des durch die Behandlungswand 26 gebildeten, ersten Kreiskegelstumpfes zusammenfällt. Die Öffnungswinkel dieser beiden Kreiskegelstümpfe können, wie bereits anhand der Fig. 1 erläutert, gleich sein oder voneinander abweichen. An ihrem der Arbeitskante 31 gegenüberliegenden Enden sind die Verstreichelemente 30 mit einem den Einsatz 25 umgebenden zylindrischen Träger 32 verbunden, der an einer Welle 33 befestigt ist, welche durch ein Lager im Deckel 21 hindurchgeführt ist und mit einem Antrieb 35 in Verbindung steht. Dieser Antrieb 35 erteilt dem Behandlungsorgan 29 eine translatorische Hin- und Herbewegung in Richtung des Pfeiles B.
Das zu behandelnde Gut wird über eine Zuführleitung 36 zugeführt, welche oberhalb des Einsatzes 25 ausmündet und das Gut auf die Behandlungswand 26 führt.
Die Wirkungsweise des Dünnschichtapparates gemäss Fig. 2 entspricht derjenigen des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 1.
Das Behandlungsorgan 29 kann beispielsweise von einem Kondensator umgeben sein, wie das beispielsweise aus der CH PS 482161 bekannt ist. Ebenso ist es denkbar, das zu behandelnde Gut durch den Einsatz 25 in den Behandlungsraum 24 einzuführen und dieses Gut im Innern dieses Einsatzes vorzuwärmen und vorzuverdampfen.
In demselben Behälter 20 können auch mehrere Einsätze 25 untergebracht werden, von denen jeder, wie anhand der Fig. 2 beschrieben, mit einem eigenen Behandlungsorgan 29 zusammenwirkt.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen erweitern sich die Kreiskegel, die durch die Behandlungswand bzw. die Arbeitskanten der Verstreichelemente bestimmt sind, nach unten hin.
Es ist jedoch auch denkbar, die Behandlungswand und die Arbeitskanten so auszubilden, dass sich die durchBehandlungswand und Arbeitskanten gebildeten Kreiskegel nach oben erweitern.
Das Behandlungsorgan kann auch feststehend ausgebildet werden, wobei in diesem Fall die Behandlungswand translatorisch hin- und herbewegt werden muss. Die beschriebene Wirkungsweise bleibt sich jedoch auch bei einer solchen Ausführungsform gleich.
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PATENT CLAIMS
1. Thin-film apparatus with at least one treatment element arranged in a treatment room, which has at least one spreading element which cooperates with a treatment wall to form a thin layer and which can be moved back and forth in relation to this treatment wall, characterized in that the treatment wall (8, 26) has at least a portion of the lateral surface of a cone is formed.
2. Thin-film apparatus according to claim 1, characterized in that the axis (A) of the cone in the direction of movement (B) of the spreading element (15, 30) or the treatment wall (8, 26).
3. Thin-film apparatus according to claim 1 or 2 with a treatment element with a plurality of spreading elements arranged at mutual intervals, characterized in that the working edges (16, 31) of the spreading elements (15, 30) adjacent to the treatment wall (8, 26) along at least a section of the The lateral surface (17) of a second cone, which is coaxial to the first cone.
4. Thin-film apparatus according to claim 1, characterized in that the first and / or second cone is a straight circular cone.
5. Thin-film apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the two cones have the same opening angle.
6. Thin-film apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the two cones have different opening angles.
7. Thin-film apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the treatment wall is formed by the inner wall (8) of a fixed container (1) delimiting the treatment room (2).
8. Thin-film apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the treatment wall is formed by the outer wall (26) of a fixed insert (25) which is arranged in the interior of a treatment chamber (24) delimiting container (20).
9. Thin-film apparatus according to claim 8, characterized in that in the container (20) a plurality of inserts (25) are arranged, each with a treatment wall (26), each of which interacts with the at least one spreading element (30) of a treatment element (29).
The present invention relates to a thin-film apparatus according to the preamble of claim 1.
In such a thin-film apparatus, as is known, for example, from CH-PS 482161, the treatment wall is formed by the circumferential surface of a circular cylinder, while the working edges of the spreading elements move back and forth along a path that is parallel at a given distance runs to the treatment wall. During their back and forth movement, the spreading elements serve on the one hand to convey and on the other hand to spread the material to be treated, as a result of which the latter is mixed and layered, which results in better heat transfer.
The present invention has for its object to provide a thin film apparatus of the type mentioned. with which the dwell time of the goods can be influenced without great design effort.
This object is achieved according to the characterizing part of claim 1.
The gap width can be adjusted by changing the relative position of the treatment wall and the spreading element, as a result of which the thickness of the thin layer varies and the residence time can thus be influenced. As a result of the conical shape of the treatment wall, it can be achieved that the width of the gap between the latter and the treatment element changes constantly during the relative back and forth movement between the spreading element and the treatment wall, as a result of which an increase in turbulence in the thin layer that supports the transport of material and heat is brought about.
In an embodiment of the thin-film apparatus with a treatment element with a plurality of spreading elements arranged at mutual intervals, the working edges of the spreading elements adjacent to the treatment wall preferably run along the lateral surface of a second cone which is coaxial with the first cone. With different opening angles of the two cones, which are expediently designed as straight circular cones, the gap width changes in the throughput direction of the material.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in more detail below with reference to the drawing. It shows in a schematic representation:
Fig. 1 a first, and
Fig. 2 shows a second embodiment of a thin-film apparatus.
The thin-film apparatus shown in FIG. 1 has a fixed, vertical container 1, the axis of which is indicated by dash-dotted lines and designated A. Inside this container 1 there is a treatment room 2 for the thermal treatment of a flowable material. The cylindrical upper part la of the container 1 is closed by a cover 3 and is surrounded by an annular distribution space 5, to which an inlet connection 4 for the material to be treated is connected. The distribution space 5 is connected to the treatment space 2 via inlet openings 6. The upper container part la also has a vapor nozzle 7 for the removal of the vapors.
The inner wall of the downwardly widening central part 1b of the container 1 serves as a treatment wall 8, which is formed by the lateral surface of a straight circular truncated cone, the axis of which coincides with the axis of the container. On the outside of the middle part 1b of the container there is a heating jacket 9, which is provided with an inlet nozzle 10 and an outlet nozzle 11 for the heating medium.
The treatment wall 8 is heated by means of the heating medium circulating through the heating jacket 9.
The downwardly narrowing lower part 1c of the container 1 is provided with an outlet nozzle 12 for the outlet of the concentrate.
Arranged in the interior of the container 1 is a treatment element 13 which has an axis 14 running in the direction of the container axis A, to which are attached a plurality of spreading elements 15 which are arranged at a mutual spacing. Each of these spreading elements 15 has a working edge 16 lying in the immediate vicinity of the treatment wall 8, which forms a gap with this treatment wall 8, but may also be in contact with the treatment wall under certain circumstances. The working edges 16 of the spreading elements 15 run along the dashed surface 17 shown in dashed lines of a straight circular truncated cone, the axis of which coincides with the container axis A. This circular truncated cone is thus coaxial with the circular truncated cone formed by the treatment wall 8.
The opening angles of these circular truncated cones can be the same or different. The axis 14 carrying the spreading elements 15 is passed through a bearing 18 in the cover 3 and connected to a drive 19 which is supported on the cover 3. This drive 19 gives the axis 14 and thus the spreading elements 15 a translatory back and forth movement in the direction of arrow B.
The material to be treated enters the treatment room 2 through the inlet openings 6 and is evenly distributed
long the treatment wall 8. The translational back and forth movement of the treatment member 13, the material flowing against the outlet nozzle 12 is backed up in a known manner, mixed, redistributed and rearranged. Due to the conical design of the treatment wall 8 and the treatment element 13, the width of the gap between the working edges 16 of the spreading elements 15 and the treatment wall 8 is continuously changed during the movement of the treatment element 13. The goods migrating downwards must therefore pass through alternately narrowing and widening gaps. This results in an increase in turbulence in the thin layer, which supports the mass and heat transport.
If the opening angle of the circular truncated cone formed by the treatment wall 8 is chosen differently than the opening angle of the circular truncated cone, which is determined by the working edges 16 of the spreading elements 15, it can be achieved that the width of the working gap and thus the thickness of the thin layer changed in the direction of throughput of the goods. By changing the height of the treatment element, the position of the spreading elements 15 with respect to the treatment wall 8 is changed, so that the width of the gap between the working edges 16 and the treatment wall 8 and thus the thickness of the thin layer varies and the residence time can be influenced.
The treatment organ 13 can also be different, e.g. B. as shown in the already mentioned CH-PS 482161, are formed.
In the embodiment of a thin-film apparatus shown in FIG. 2, there is a fixed, vertical container 20 which is closed by a cover 21 which is provided with a vapor connector 22. The bottom of the container 20 tapers downward and merges into an outlet nozzle 23 for the concentrate. The interior of the container 20 serves as a treatment room 24 for the thermal treatment of the flowable material. In this treatment room 24 there is a fixed, frustoconical insert 25, the longitudinal axis of which is aligned with the container axis A shown in broken lines. The outer wall of the insert 25 serves as a treatment wall 26, which is therefore formed in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 by the lateral surface of a straight circular truncated cone. This treatment wall 26 is heated from the inside of the insert 25.
An inlet connector 27 and an outlet connector 28 are connected to the insert 25 for supplying and removing the heating medium. A treatment element 29 interacts with the insert 25 and has a plurality of spreading elements 30 surrounding the insert 25, which are arranged at a mutual distance. Each spreading element 30 has a working edge 31 which runs to form a gap at a certain distance from the treatment wall 26, but may also be in contact with the treatment wall under certain circumstances.
1, these working edges 31 run along the lateral surface of a straight circular truncated cone, the axis of which coincides with the container axis A and thus the axis of the first circular truncated cone formed by the treatment wall 26. As already explained with reference to FIG. 1, the opening angles of these two circular truncated cones can be the same or differ from one another. At their ends opposite the working edge 31, the spreading elements 30 are connected to a cylindrical support 32 surrounding the insert 25, which is fastened to a shaft 33 which is guided through a bearing in the cover 21 and is connected to a drive 35. This drive 35 gives the treatment member 29 a translatory back and forth movement in the direction of arrow B.
The material to be treated is supplied via a feed line 36 which opens out above the insert 25 and leads the material onto the treatment wall 26.
The mode of operation of the thin-film apparatus according to FIG. 2 corresponds to that of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
The treatment member 29 can be surrounded, for example, by a capacitor, as is known for example from CH PS 482161. It is also conceivable to introduce the material to be treated through the insert 25 into the treatment room 24 and to preheat and pre-evaporate this material inside the insert.
A plurality of inserts 25 can also be accommodated in the same container 20, each of which, as described with reference to FIG. 2, interacts with its own treatment organ 29.
In the exemplary embodiments shown, the circular cones, which are determined by the treatment wall or the working edges of the spreading elements, expand downward.
However, it is also conceivable to design the treatment wall and the working edges such that the circular cones formed by the treatment wall and working edges expand upwards.
The treatment organ can also be designed to be stationary, in which case the treatment wall must be moved back and forth in a translatory manner. However, the mode of operation described remains the same even in such an embodiment.