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PATENTANSPRÜCHE
1. Rotor-Dünnschichtverdampfer, mit einem in Sektionen (2, 2a, 2b) unterteilten und Heizmäntel (3, 3a, 3b) aufweisenden vertikalen Gehäuse (1) sowie mit einer Welle (7), auf der in jeder Sektion (2, 2a, 2b) eine Trommel (9, 9a, 9b) mit gewellter Wand befestigt ist, in welcher in den nach aussen gerichteten Wellenbergen (21) Öffnungen (10) angeordnet sind, mit an den oberen Rändern derTrommeln (9, 9a, 9b) angeordneten Verteilungsscheiben (13,19, 19a) sowie mit zwischen den Trommeln (9, 9a, 9b) angeordneten Abscheidern, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektionen (2, 2a, 2b) derart abgestuft sind, dass der Boden (25, 25a) jeder über einer anderen Sektion angeordneten Sektion (2, 2a) innerhalb der zugeordneten Trommel (9a, 9b) jeweils oberhalb der Verteilungsscheibe (19, 19a) der darunter angeordneten Sektion (2a, 2b) liegt.
2. Rotor-Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommeln (35, 35a, 35b) kegelstumpfförmig sind.
3. Rotor-Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gewellten Wände der Trommeln (9, 9a, 9b; 35,35a, 35b) Platten (26) mitinLängsrichtung verlaufenden Wellen aufweisen und zwischen je zwei aneinandergrenzenden Platten (26) ein Spalt (27) vorgesehen ist, welcher von einem wellenförmigen Prallblech (28) überbrückt ist, wobei die Wellenberge (29) der Prallbleche (28) in die rückwärtigen Hohlräume (30) der Wellenberge (21) der Platten (26) hineinragen.
4. Rotor-Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum der untersten Trommel (9b; 35b) ein Trägheitsabscheider (33) angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor-Dünnschichtverdampfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solcher als Wärmeaustauscher dienender Verdampfer kann beispielsweise in der chemischen und erdölverarbeitenden Industrie sowie in der Nahrungsmittelindustrie zur Durchführung von Destillations-, Verdampfungs- und Eindickungsprozessen von thermisch unstabilen Stoffen unter Vakuum ein breites Anwendungsgebiet finden. Er kann ferner als Verdampfer (Destillationsblase) einer Säule bei der Vakuumrektifikation und zur Durchführung von schnell ablaufenden exothermen chemischen Flüssigphasenreaktionen verwendet werden.
Rotor-Dünnschichtverdampfer ermöglichen die Durchführung von Destillations-, Verdampfungs- und Eindickungsprozessen unter schonenden Bedingungen, so dass sich eine Zersetzung und Polymerisation, insbesondere von thermisch unstabilen Produkten bei deren Verarbeitung vermeiden lässt. In solchen Verdampfern vollziehen sich die Prozesse in einer Dünnschicht, wobei eine gute Vermischung der Flüssigkeit gewährleistet ist und ein hydrostatischer Druck der Flüssigkeitssäule praktisch fehlt, so dass die Verarbeitung der Produkte unter Vakuum, d. h.
bei einer Temperaturabsenkung im Verdampfer, ermöglicht wird. Zudem ist die in der Grössenordnung von Sekunden liegende Verweilzeit der Produkte in solchen Verdampfern gegenüber anderen Apparaten gering, so dass sich die Wärmeeinwirkung auf ein Minimum reduzieren lässt.
Eine charakteristische Besonderheit der Rotor-Dünnschichtverdampfer besteht darin, dass in ihnen ein hochintensiver Wärmeaustausch mit einer geringen Verweilzeit der zu verarbeitenden Produkte vereinigt ist.
Bei einem Rotor-Dünnschichtverdampfer bekannter Bauart wird die Flüssigkeitsschicht auf Wärmeaustauschflächen von mit einer Antriebswelle drehstarr verbundenen Flügeln eines Rotors gebildet, wobei zwischen dem Gehäuse des Verdampfers und den Flügeln ein Spalt von 1 bis 2 mm vorhanden ist. Die Wärmeaustauschfläche dieses bekannten Verdampfers ist in ihrer Ausdehnung beschränkt, da aufgrund des geringen Spaltes zwischen den Gehäusewänden und den Rotorflügeln sowie des notwendigen dynamischen Auswuchtens des Rotors unter Berücksichtigung von Wärmedeformationen des Rotors und des Gehäuses ein komplizierter Herstellungs- und Montagevorgang sowie eine komplizierte Betriebstechnologie erforderlich sind.
Dieser bekannte Verdampfer ist sowohl gegen Wärmebelastungen wie auch gegen flüssigkeitsbedingte Belastungen empfindlich. Ferner ergibt sich bei der Verarbeitung von zähen Produkten eine drastisch erhöhte Verweilzeit dieser Produkte im Verdampfer.
Bei einem Rotor-Dünnschichtverdampfer einer anderen Bauart wird die Flüssigkeitsschicht auf der Wärmeaustauschfläche von auf einer Antriebswelle gelenkig befestigten Rotorwischern erzeugt, die über die Oberfläche des Verdampfergehäuses gleiten. Auch bei dieser bekannten Konstruktion konnten die grundlegenden Nachteile der vorstehend beschriebenen Ausführung nicht überwunden werden. Ferner führt der unmittelbare Kontakt der Rotorwischer mit der Wärmeaustauschfläche ausser dem unerwünschten Verschleiss von Wischern und Gehäuse zur Verunreinigung des zu verarbeitenden Produktes. Die am Gehäuse reibenden Wischer erfordern eine sorgfältige Bearbeitung des Gehäuses, um eine blankpolierte Oberfläche zu erzeugen. Zudem ist es erforderlich, dass die Rotorwischer aus verschleissfesten Werkstoffen mit hohen Gleiteigenschaften hergestellt sind.
Die optimale Dicke der Dünnschicht ist bei diesem bekannten Verdampfer von einer komplizierten Wechselwirkung abhängig, nämlich einerseits von den physikalischen Eigenschaften der zu verarbeitenden Flüssigkeit und andererseits von der Drehzahl des Rotors, vom Gewicht der Wischer, vom Aufliegen der Wischer auf der Wärmeaustauschfläche sowie von den konstruktiven Besonderheiten des Rotors. Daher sind optimale Arbeitsbedingungen nur in einem relativ schmalen Bereich von dem durch die Wischer auf die Flüssigkeit ausgeübten Druck erzielbar. Übersteigt der Druck den optimalen Wert, dann streifen die Wischer die Dünnschichtvon derWärmeaustauschfläche ab; unterschreitet der Druck den optimalen Wert, dann kann die Flüssigkeit von der Wärmeaustauschfläche abtropfen.
Bei einer späteren Konstruktion eines bekannten Rotor Dünnschichtverdampfers wurden einige der vorstehend genannten Probleme weitgehend gelöst, nämlich die Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche sowie die Vereinfachung der Konstruktion, der Herstellung und des Betriebes. Dieser bekannte Verdampfer weist ein vertikales Gehäuse auf, dessen Wärmeaustauschfläche mit Mänteln versehen ist sowie einen auf einer Welle befestigten Rotor, der aus gewellten Wänden bestehende Trommeln mit einem Verteilungsring im oberen Teil der Trommeln und ferner Öffnungen zum Austritt der Flüssigkeit in den nach aussen gerichteten Wellenbergen aufweist. Auf der Rotorwelle ist unterhalb jeder Trommel ein Fliehkraftabscheider befestigt. Das Gehäuse dieses bekannten Verdampfers istzylindrisch.
Bei diesem bekannten Verdampfer wird die Dünnschicht auf der Wärmeaustauschfläche ohne Wischer gebildet. Die Flüssigkeit wird unter dem Einfluss der Fliehkraft durch die genannten Öffnungen auf der Wärmeaustauschfläche des Gehäuses verteilt.
Der wesentliche Nachteil dieses bekannten Verdampfers besteht in der beschränkten Verarbeitungsmöglichkeit von zähen sowie von solchen Stoffen, die feste Einschlüsse, wie beispielsweise Katalysatoren, enthalten, und zwar dadurch, dass die Möglichkeit zur Verschiebung der Flüssigkeitsschicht, die an der Wärmeaustauschfläche hinunterfliesst, durch vorhandene ringförmige Sammelbehälter im Gehäuse unterhalb jeder Trommel sowie durch eine Vielzahl von Überströmrinnen begrenzt ist. Die zur Ableitung der Flüssigkeit aus jeweils einer Sektion in die darunter gelegene Sektion bestimmt sind.
Bei der Verarbeitung von zähen Stoffen haftet die Flüssigkeitsschicht an der Wärmeaustauschfläche, so dass deren Fliess
fähigkeit begrenzt ist. Diese Erscheinung wird bei vorhandenem ringförmigem Sammelbehälter, dessen Boden als Stützring dient, noch verstärkt. Durch die resultierende Verringerung der Abflussgeschwindigkeit nimmt die Dicke der Flüssigkeitsschicht zu, so dass auch die Verweilzeit des zu verarbeitenden Produktes an der Wärmeaustauschfläche ansteigt. Als Folge davon wird nicht nur die Leistungsfähigkeit des Verdampfers reduziert, sondern auch die Qualität des verarbeiteten Produktes verschlechtert.
Bei zu verarbeitenden Stoffen mit festen Einschlüssen werden diese aus der zu behandelnden Lösung im ringförmigen Sammelbehälter ausgeschieden und verstopfen diesen Behälter, so dass der Verdampfer bereits nach kurzer Zeit funktionsunfähig wird.
Nachteilig ist ferner, dass in einem solchen Verdampfer keine hochviskosen Stoffe verarbeitet werden können, da die Flüssigkeitsschicht an der Wärmeaustauschfläche und an den Trommelwänden nur unter der Schwerkrafteinwirkung herabfliesst, so dass die Schwerkraft bei hochviskosen Produkten mit molekularen Haftkräften vergleichbar ist. Folglich ist der Einsatzbereich eines solchen Verdampfers eingeschränkt.
Ein weiterer schwerwiegender Nachteil bei dem bekannten Verdampfer ist die Verweilzeit des Produktes im Verdampfer, welche im wesentlichen von physikalischen Eigenschaften des zu verarbeitenden Produktes abhängt. Mit zunehmender Zähigkeit des Produktes nimmt die Verweilzeit im Verdampfer rapide zu, so dass der wirksame Wärmeaustausch unzureichend ist und eine Zersetzung des Produktes die Folge sein kann.
Die Wärmeaustauschfläche des Verdampfers wird üblicherweise durch aus den Öffnungen in der Trommelwand in Form von Flüssigkeitsstrahlen herausgeschleudertes Gut gereinigt.
Eine solche selbstreinigende Wirkung ist jedoch bei einer zähen und feste Einschlüsse aufweisenden Flüssigkeit ungenügend, so dass der Verdampfer zur Reinigung stillgesetzt werden muss.
Dadurch wird ein kontinuierlicher Betrieb verunmöglicht.
Ferner ist es ein erheblicher Nachteil, dass die abgeschiedenen Dämpfe innerhalb der Trommeln mit der verunreinigten, an der Innenfläche der Trommeln herabfliessenden, zu behandelnden Flüssigkeit in Berührung kommen, wodurch das Produkt in Form eines Destillats durch mitgerissene Flüssigkeit verunreinigt werden kann.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile der bekannten Rotor-Dünnschichtverdampfer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor Dünnschichtverdampfer der eingangs genannten Art in einer solchen konstruktiven Ausführung zu schaffen, bei der ein intensiverer Wärmeaustausch durch Verkürzen bzw. Regeln der Verweilzeit der zu behandelnden Produkte im Verdampfer gewährleistet ist.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die abhängigen Ansprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Durch die beanspruchte Ausführung des Verdampfers ist eine Bewegung der Flüssigkeit längs der Wärmeaustauschfläche gewährleistet, wodurch die Behandlungsdauer des verarbeitenden Produktes verringert und die Leistungsfähigkeit des Verdampfers erhöht wird.
Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht in einer Erhöhung der Transportfähigkeit der abfliessenden Dünnschicht der zu behandelnden Flüssigkeit und folglich in der Intensivierung des Wärmeaustausches. Dieses Prinzip wird durch die Abstufung der Sektionen und die Anordnung des Bodens jeder über einer anderen Sektion angeordneten Sektion oberhalb der Verteilungsscheibe der drunter angeordneten Sektion erreicht. Durch eine solche konstruktive Lösung ist gewährleistet, dass die Flüssigkeitsschicht an der Wärmeaustauschfläche und weiter vom Boden einer jeden Sektion einer höhergelegenen Stufe frei und stetig ungehindert abwärts unmittelbar auf die Verteilungsscheibe der jeweils tiefergelegenen Sektion abfliessen kann, wonach sich der Zyklus in der tiefer gelegenen Sektion wiederholt.
Dadurch wird vermieden, dass die Flüssigkeit längere Zeit in den ringförmigen Sammelbehältern und den Überströmrinnen verweilt, so dass gewährleistet ist, dass die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit abfliesst, um einen intensiven Wärmeaustausch zu erzielen.
Ferner ist es möglich, einen zwangsweisen Abfluss der Flüssigkeitsschicht und eine Beeinflussung der Verweilzeit der zu behandelnden Flüssigkeit im Verdampfer zu gewährleisten. Eine dazu geeignete Ausführungsform eines universeller einsetzbaren Verdampfers mit kegelstumpfförmigen Trommeln ist in der nachfolgenden Spezialbeschreibung näher erläutert.
Neben den erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verdampfers ist seine Konstruktion einfacher, weil die Notwendigkeit zur Anordnung von ringförmigen Behältern und Überströmrinnen entfällt.
Wie bereits erwähnt, dient die kegelstumpfförmige Ausführung der Trommeln zur zwangsweisen Bewegung der Flüssigkeitsschicht und zum Beeinflussen der Verweilzeit des zu behandelnden Produktes im Verdampfer. Dadurch ist die Verarbeitung von zäheren Stoffen möglich. Ferner ist dadurch eine Selbstreinigung der Wärmeaustauschflächen gewährleistet.
Diese Ziele werden erreicht durch Ausnutzung der Fliehkraft bzw. einer Komponente derselben, die längs der Mantellinie der kegelstumpfförmigen Trommeln abwärts gerichtet ist. Eine solche Ausführungsform bewirkt eine zwangsweise Verschiebung der zu behandelnden Flüssigkeit von oben nach unten an der Innenfläche der gewellten Trommelwände und an der Wärmeaustauschfläche einer jeden Stufe des Gehäuses.
Durch eine Erhöhung der Drehzahl des Rotors können unter der Einwirkung der kinetischen Energie der Flüssigkeitsstrahlen auch zähere Stoffe intensiver bewegt und folglich auch behandelt werden.
Durch eine Änderung der Rotordrehzahl lässt sich die Verschiebungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und somit auch die Verweilzeit des zu behandelnden Produktes im Verdampfer beeinflussen bzw. regeln. Hierbei wird die Wärmeaustauschfläche des Verdampfers durch die zwangsweise Verschiebung der Flüssigkeits-Dünnschicht und gleichzeitiger Verwirbelung derselben durch die Flüssigkeitsstrahlen, welche aus der Trommel herausgeschleudert werden, von selbst gereinigt.
Durch eine Ausführungsform nach Anspruch 3 ist eine vollständige Abscheidung des in den Trommelhohlraum eintretenden Dampfstromes gewährleistet. Der Dampfstrom ändert seine Bewegungsrichtung mehrmals, indem er im Spalt zwischen der Innenfläche der gewellten Trommelwände und der Aussenfläche der W-förmigen Prallbleche fliesst. Ausserdem ist auch die Durchtrittsgeschwindigkeit des Dampfstromes beträchtlich geringer als bei den bekannten Verdampfern. Alle diese Massnahmen tragen zur besseren Abscheidung bei. Hierbei ist eine vollständige Rückführung der abgeschiedenen Flüssigkeit in den Zyklus gewährleistet, da die Flüssigkeit von den Vorsprüngen der Prallbleche auf die Innenfläche der Vorsprünge der gewellten Trommelwände weggeschleudert wird.
Zweckmässigerweise ist im Hohlraum der untersten Trommel gemäss Anspruch 4 ein Trägheitsabscheider angeordnet. Eine solche Ausführungsform ist dann notwendig, wenn der abgeschiedene Dampf beim Eintritt in den Hohlraum der Trommeln auf zu behandelndes Gut auftritt, wobei es möglich ist, dass der zu behandelnde Ausgangsstoff mit dem Dampfstrom mitgerissen und dadurch das Destillat verunreinigt werden könnte.
Der Trägheitsabscheider kann einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, wenn die Abscheidung durch mehrfache Änderung der Bewegungsrichtung des Dampfstromes im Fliehkraftfeld erfolgt und dabei die Flüssigkeit nicht nochmal erfasst wird. Die abgeschiedene Flüssigkeit an der Oberfläche der äquidistanten Bleche kann sich in querliegenden Sicken nach einer jeden Richtungsänderung des Dampfstrahles sammelnd und unter der Fliehkrafteinwirkung auf die Innenfläche der gewellten Trommelwände abgeleitet werden.
Durch die Erfindung lässt sich ein intensiverer Wärmeaustausch erzielen, und es können auch Stoffe mit festen Einschlüssen sowie zähe Produkte behandelt werden.
Ferner ergibt sich die Möglichkeit, die Verweilzeit des zu behandelnden Gutes im Verdampfer zu verkürzen und regelnd zu beeinflussen.
Bei der konstruktiven Lösung ergibt sich eine selbstreinigende Wirkung der Wärmeaustauschfläche, durch welche Verunreinigungen nicht darauf haften bleiben können. Ferner sind der Zusammenbau und der Betrieb des Verdampfers gegenüber bekannten Verdampfern vereinfacht.
Der Verdampfer gewährleistet eine hohe Abscheidungsfähigkeit und eine Erhöhung der Qualität des zu verarbeitenden Produktes.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Spezialbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Rotor-Dünnschichtverdampfers im Längsschnitt;
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 1141 gemäss Fig. 1;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Trommel mit gewellter Wand;
Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-EV gemäss Fig. 3;
Fig. 5 einen Ausschnitt A nach der Fig. 1;
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines Rotor-Dünnschichtverdampfers mit konischen Trommeln, im Längsschnitt;
Fig. 7 eine dritte Ausführungsform eines Rotor-Dünnschichtverdampfers mit konischen Gehäusesektionen und konischen Trommeln;
; Fig. 8,9,10 9, 10 verschiedene konstruktive Ausführungsformen von gewellten Wänden der Trommeln, und
Fig. 11 ein Detail im Längsschnitt durch eine Trommel.
Der in Fig. 1 dargestellte Rotor-Dünnschichtverdampfer enthält ein vertikal angeordnetes Gehäuse 1, welches übereinander angeordnete Sektionen 2, 2a, 2b aufweist, von denen jede Sektion einen mit Dampf zu speisenden Heizmantel 3, 3a und 3b aufweist. Zum Zuführen des zu verarbeitenden Gutes, zum Ableiten des Blasenrückstandes bzw. der konzentrierten Lösung und zum Ableiten der Brüdendämpfe dienen Anschlussstutzen 4, 5und6.
Innerhalb des Gehäuses 1 istkoaxial zu diesem auf einer Welle 7 ein Rotor 8 angeordnet, der Trommeln 9, 9a und 9b mit gewellten Wänden aufweist. In den gewellten Wänden sind gemäss den Fig. 3, 4 und 5 Öffnungen 10 zum Ausschleudern der Flüssigkeit des zu verarbeitenden Gutes auf eine Wärme aus tauschfläche 11, und 11b gemäss Fig. 1 von zugeordneten Stufen 12, 12a und 12b des Gehäuses 1 angeordnet. Die Trommel 9 ist im oberen Teil an einer Verteilungsscheibe 13 eines Tellers 14 und im unteren Teil an einem Ring 15 einer Nabe 16 befestigt, die ihrerseits auf der Welle 7 drehstarr befestigt ist.
Die mittlere und die untere Trommel 9a und 9b sind stirnseitig an oben liegenden Verteilungsscheiben 19 bzw. 19a und an unten liegenden Ringen 20 bzw. 20a mittels oberer und unterer Naben 17 bzw. 17a und 18 bzw. 18a ebenfalls auf der Welle 7 drehstarr befestigt. DieBefestigungderTrommeln9, 9a, 9b an den Verteilungsscheiben 13, 19, 19a und an den Ringen 15, 20, 20a erfolgt mittels in den Figuren nicht dargestellten Bandagen und Schrauben.
Die Wände der Trommeln 9. 9a und 9b weisen im wesentlichen sich in Längsrichtung erstreckende Wellen mit nach aussen gerichteten Wellenbergen 21 und dazwischen liegenden Wellentälern 23 gemäss den Fig. 2 und 4 auf, um die auf der Trommelinnenseite unter der Einwirkung der Schwerkraft nach unten fliessende Flüssigkeit des zu verarbeiteten Gutes in einzelne Ströme aufzuteilen. In den Wellenbergen 21 sind gemäss den Fig.
3, 4 und 5 die genannten Öffnungen 10 angeordnet, durch welche die herabfliessende Flüssigkeit auf die Wärmeaustauschfläche 11, 11mund 11b in jeder Stufe des Gehäuses 1 durch die Fliehkraft bei laufendem Rotor hinausgeschleudert wird.
Der zur gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit über die Innenfläche der nach aussen gerichteten Wellenberge 21 der oberen Trommel 9 dienende Teller 14 weist gemäss Fig. 1 eine einen zylindrischen Behälter22 darstellende Vertiefung auf, deren oberer Rand durch den Innenrand der Verteilungsscheibe 13 gebildet ist. Der Durchmesser dieses Innenrandes ist kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Behälters 22. Der Aussendurchmesser der Verteilungsscheibe 13 schliesst sich an die Wellentäler 23 gemäss Fig. 2 an.
In der mittleren sowie der unteren Trommel 9a bzw. 9b dienen die Verteilungsscheiben 19 bzw. 19a, deren Aussendurchmesser sich ebenfalls an die Wellentäler 23 anschliessen, zur gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit über die Innenfläche der nach aussen gerichteten Wellenberge 21. Die Innendurch messer der beiden Verteilungsscheiben 19 und 19' schliessen sich an zylindrische Bordwände 24 bzw. 24a an, welche verhindern, dass die Flüssigkeit aus der jeweils höher gelegenen Trommel 9 bzw. 9a in den Hohlraum der darunter gelegenen Trommel 9a bzw. 9b gelangt.
Zwischen den Trommeln 9, 9a und 9b sind in den Figuren nicht dargestellte Abscheider angeordnet, um bereits zwischen jeweils zwei aneinandergrenzende Trommeln einen Teil des Dampfes aus dem Hohlraum abzuscheiden.
Die Sektionen 2, 2a und 2b des Rotor-Dünnschichtverdampfers sind erfindungsgemäss derart abgestuft, dass der Boden 25, 25a jeder über einer anderen Sektion angeordneten Sektion 2, 2a innerhalb der zugeordneten Trommel 9a, 9b jeweils oberhalb der Verteilungsscheibe 19, 19a der darunter angeordneten Sektion 2a, 2b liegt.
Dank dieser Ausführung des Apparates fliesst die zu behandelnde Flüssigkeit frei und ohne aufgehalten zu werden an der Wärmeaustauschfläche der höherliegenden Stufe des Gehäuses 1 unmittelbar auf die Verteilungsscheibe 19, 19a einer jeden tiefer gelegenen Trommel 9a, 9b herab. Die Böden 25, 25a der Sektionen 2 und 2a der Stufen 12, 12a, sind zur gleichmässigeren Flüssigkeitsverteilung gezahnt ausgeführt.
Zur Gewährleistung der Abscheidung des in die Hohlräume der Trommeln 9, 9a, 9b eintretenden Dampfstroms sind die letzteren (Fig. 3,4,5) aus einzelnen bogenförmigen längsgewellten Platten 26 ausgeführt, die mit Spalten 27 vertikal zueinander liegen, und ihnen gegenüber sind Prallbleche 28 W-förmigen Profils angebracht. Die Prallbleche 28 überdecken die Spalten 27, und ihre Wellenberge 29 befinden sich in Hohlräumen 30 der Randwellungen derNachbarplatten 26. Ein obererAussenrand 31 der Verteilungsscheiben 13, 19, 19a (Fig. 5), die im oberen Teil der Trommeln 9, 9a, 9b angeordnet sind, ist zur Verminde- rung von Verlusten an kinetischer Energie der Flüssigkeit bei Änderung ihrer Bewegungsrichtung von der horizontalen in die vertikale abwärts gerichtete Richtung abgerundet.
Zur Gewährleistung der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit und zum freien Ausschleudern derselben aus den Öffnungen 10 der Trommeln 9, 9a, 9b auf die Wärmeaustauschfläche 11, 11a, 11b ist ein oberer Rand 32 (Fig. 3,4,5) der Öffnungen 10 an den Wellenbergen 21 der Wellungen zur Peripherie hin knickfrei abgebogen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist zur Vermeidung des Mitreissens der Flüssigkeit bei der Berührung des Dampfstroms mit der Flüssigkeit, die an der Innenfläche der Trommeln 9, 9a, 9b herabfliesst, im Hohlraum der unteren Trommeln 9b auf der Welle 7 des Rotors 8 ein Trägheitsabscheider 33 (Fig. 1.2) angeordnet. der ein Paket von vertikal parallel zueinander mit einem bestimmten Schritt aneinandergereihten Blechen 34 mit quergehenden Sicken darstellt.
Der Verdampfer arbeitet auf die folgende Weise:
Der Ausgangsstoff gelangt über den Stutzen 4 (Fig. 1) in den zylindrischen Behälter 22. Bei drehendem Rotor 8 steigt die Flüssigkeit unter der Fliehkrafteinwirkung an dessen Wänden hoch, wodurch eine konzentrische vertikale Schicht erzeugt wird.
Indem die Flüssigkeit über den Innenrand des konzentrischen Ringes 13 auf dem gesamten Kreisumfang desselben überströmt, zerfliesst sie gleichmässig über seine Oberfläche in Gestalt einer Dünnschicht und ändert dann, sobald sie den abgerundeten Aussenrand 31 (Fig. 5) erreicht hat, ihre Bewegungsrichtung von der horizontalen in die vertikal abwärts gerichtete Richtung, wird vom Ring 13 auf die Innenfläche der Wellenberge 21 der Wellungen der Trommel 9 abgeworfen, was ohne erheblichen Verlust an kinetischer Energie dieser Flüssigkeit erfolgt. In der Trommel 9 wird die Flüssigkeit in einzelne vertikale Ströme getrennt.
Nach Erreichen der Öffnungen 10 (Fig. 3,5), die sich an den Wellenbergen 21 der Wellungen der Trommel 9 in verschiedenen Höhen der letzteren befinden, werden die Flüssigkeitsströme durch die Öffnungen 10 auf die Wärmeaustauschfläche 11 der Stufe 12 des Gehäuses 11 ausgeschleudert, wo sie eine verwirbelte absteigende Dünnschicht bilden, die nach unten abfliesst. Ein Teil der Flüssigkeit an der Wärmeaustauschfläche 11 verdampft, und die nicht verdampfte Flüssigkeit fliesst von ihrem gezahnten Boden 25 gleichmässig über den gesamten Umfang auf die Verteilungsscheibe 19 herab, die im oberen Teil der tiefer gelegenen Trommel 9a angebracht ist.
Weiterhin wird die Flüssigkeit unter der Fliehkrafteinwirkung von der Verteilungsscheibe 19 auf die Innenfläche der Wellenberge 21 der Wellungen der Trommel 9a gschleudert, wo sich der Zyklus wiederholt. Die eingedampfte Lösung (bzw. Blasenrückstand) wird durch den Stutzen 5 entfernt, und der beim Verdampfen der Flüssigkeit gebildete Dampf tritt durch die Spalten 27 in die Hohlräume der Trommeln 9a, 9b ein, wobei er einige Male in den Spalten zwischen den längsgewellten Platten 26 und den Prallblechen 28, deren Wellenberge 29 sich in den Hohlräumen 30 der Randwellungen der Nachbarplatten 26 befinden, abbiegt und die Flüssigkeit von ihm abgeschieden wird. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird von den Wellenbergen 29 der Prallbleche 28 unter der Fliehkrafteinwirkung auf die Innenfläche der Wellenberge 21 der Wellungen der Trommeln 9, 9a, 9b abgeworfen.
Ein Teil des Dampfes strömt ins Innere der Trommeln 9, 9a, 9b über deren Stirnflächen hinein. Nachdem der Dampf um 2700 umgelenkt wurde, wird die Flüssigkeit im Ringspalt zwischen der Innenfläche des unteren Teils der Trommeln 9, 9a und der Aussenfläche der Bordwände 24, 24a von ihm abgeschieden. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird von den Ringen 15,20 auf die Innenfläche der Wellenberge 21 der Wellungen der Trommeln 9, 9a geschleudert. Die endgültige Dampfabscheidung erfolgt am Austritt aus dem Hohlraum der untersten Trommel 9b im Abscheider 33, wobei in den Spalten zwischen den Sicken der Bleche 34 der Dampf einige Male umgelenkt wird. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird von der Oberfläche der Bleche 34 auf die Innenfläche der Trommel 9b geschleudert.
In Fig. 6 ist ein Verdampfer dargestellt, dessen Trommeln 35, 35a und 35b kegelstumpfförmig, die Sektionen des Gehäuses 1 aber zylindrisch sind. In dieser Ausführungsform des Verdampfers wird die Fliehkraft (die Fliehkraftkomponente, die längs der Mantellinie des Trommelkegels abwärts gerichtet ist) zur zwangsweisen Verschiebung der Flüssigkeit von oben nach unten an der Innenfläche der Wellenberge der Wellungen der Trom meln 35, 35a, 35b und an der Wärmeaustauschfläche 11, 11a, lib der jeweiligen Sektionen 2, 2a und 2b ausgenutzt.
Dieser Verdampfer kann zur Behandlung von insbesondere wärmeempfindlichen (thermisch unstabilen) Stoffen sowohl mit erhöhter Zähigkeit wie auch von niedrigviskosen Produkten, die eine minimale Verweilzeit in der Heizzone brauchen, sowie zur Durchführung von chemischen Flüssigphasenreaktionen eingesetzt werden, die eine Regelung der Veweilzeit der Reaktionskomponenten im Verdampfer voraussetzen.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsform des Verdampfers darge stellt, in dem sowohl die Trommeln 35, 35a, 35b wie auch die
Sektionen 36, 36a, 36b des Gehäuses 1, die mit den Heizmänteln 37, 37a und 37b versehen sind, konisch sind. In diesem Verdampfer wird gleichfalls die Fliehkraft zur zwangsweisen Förderung der zu behandelnden Flüssigkeit ausgenutzt.
Ausserdem trägt in dieser Ausführungsform die konische
Form der Sektionen 36, 36a, 36b des Gehäuses 1 gleichfalls zur
Erzielung optimaler Bedingungen zur zwangsweisen Förderung des zu behandelnden Produktes in der Wärmeaustauschfläche von oben nach unten dank verminderten Verlusten an kineti scher Energie der ausgeschleuderten Flüssigkeitsstrahlen bei deren Kontakt mit der Wärmeaustauschfläche bei. Aus diesem
Grund ist dieser Verdampfer der universelle Verdampfer und kann zur Behandlung von Produkten in breitem Bereich ihrer verschiedenen wärmephysikalischen Eigenschaften eingesetzt werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen des Verdampfers, dargestellt in den Fig. 6, 7, kann die Flüssigkeitsschicht zwangs weise gefördert, die Verweilzeit des zu behandelnden Produktes im Verdampfer vermindert und geregelt werden, wobei die
Wärmeaustauschfläche von selbst gereinigt (reingewaschen) wird.
Durch Erhöhung der Drehzahl des Rotors lassen sich unter der Einwirkung der kinetischen Energie der Flüssigkeitsstrahlen auch sehr zähe Stoffe intensiver fördern und somit auch behan deln.
Durch Änderung der Rotordrehzahl lässt sich die Verschie bungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und somit die Verweilzeit des zu behandelnden Produktes im Verdampfer regeln.
Hierbei ergibt sich, indem die Dünnschicht zwangsweise verschoben und gleichzeitig durch den Flüssigkeitsstrom verwir belt wird, der aus der Trommel geschleudert wird, eine selbstrei nigende Wirkung der Wärmeaustauschfläche des Verdampfers
In den Fig. 8,9 und 10sind verschiedene Ausführungsformen von Trommeln zur Verteilung der Flüssigkeit im Rotor-Dünn schichtverdampfer dargesstellt, die in denjenigen Fällen zur
Anwendung kommen können, in denen keine hohe Abschei dungsfähigkeit erforderlich ist, so beispielsweise beim Einsatz als
Destillationsblase einer Säule bei der Vakuumrektifikation, bei der Eindickung von Produkten sowie in anderen Prozessen.
In Fig. 8 ist ein Abschnitt einer Trommel dargestellt, die aus einzelnen bogenförmigen, längsgewellten Platten 26 besteht, die mit Spalten 38 vertikal zueinander angeordnet sind, derart, dass die Ränder der Wellen der Nachbarplatten 26 relativ zueinander versetzt sind, wodurch sie den direkten Dampfdurchtritt in den
Trommelhohlraum versperren.
In Fig. 9 ist ein Abschnitt einer weiteren Trommel dargestellt, die aus einzelnen Wellen (Zähnen) 39 besteht, die mit Spalten 38 vertikal zueinander angeordnet sind, derart, dass die Ränder der
Nachbarwellen relativ zueinander versetzt sind, wodurch sie den direkten Dampfdurchtritt in den Trommelhohlraum versperren.
In Fig. 10 ist ein Abschnitt einer weiteren Trommel darge stellt, die aus mit Spalten 38 vertikal zueinander angeordneten und relativ zueinander versetzten Elementen 40 besteht, die im 1Querschnitt halbkreisförmig sind. Die Elemente 40 versperren den direkten Dampfdurchtritt in den Trommelhohlraum.
In Fig. 8, 9, 10 sind die Öffnungen zum Flüssigkeitsaustritt an den Wellenbergen der Trommelwellen nicht abgebildet.
In Fig. 11 ist ein Längsabschnitt einer Trommel dargestellt, die aus einem ununterbrochenen gewellten Band besteht. An den Wellenbergen sind die Öffnungen 10 mit dem aufgebogenen oberen Rand 32 vorhanden, die als Durchlass beim Schleudern der Flüssigkeit an die Wärmeaustauschfläche des Verdampfers bestimmt sind. An den Vertiefungen 23 der Wellen sind über die gesamte Höhe der Trommel verteilt Öffnungen 41 vorgesehen, deren oberer Rand 42 so abgebogen ist, dass er den direkten Dampfdurchtritt in den Rotorhohlraum versperrt.
Auf diese Weise gestattet es die erfindungsgemässe Konstruktion des Verdampfers, den Wärmeaustauschprozess beträchtlich zu intensivieren und dessen Einsatzgebiet erheblich zu erweitern.