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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.
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PATENT CLAIMS
1. Rotor thin-film evaporator, with a vertical housing (1) divided into sections (2, 2a, 2b) and heating jackets (3, 3a, 3b) and with a shaft (7) on which in each section (2, 2a , 2b) a drum (9, 9a, 9b) with a corrugated wall is fastened, in which openings (10) are arranged in the outwardly directed wave crests (21), arranged on the upper edges of the drums (9, 9a, 9b) Distribution disks (13, 19, 19a) and with separators arranged between the drums (9, 9a, 9b), characterized in that the sections (2, 2a, 2b) are stepped such that the bottom (25, 25a) is each over another section arranged section (2, 2a) within the associated drum (9a, 9b) above the distribution disk (19, 19a) of the section (2a, 2b) arranged below it.
2. Rotor thin-film evaporator according to claim 1, characterized in that the drums (35, 35a, 35b) are frustoconical.
3. Thin-film rotor evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that the corrugated walls of the drums (9, 9a, 9b; 35, 35a, 35b) have plates (26) with shafts extending in the longitudinal direction and between two adjacent plates (26) a gap (27) is provided, which is bridged by a wave-shaped baffle plate (28), the wave crests (29) of the baffle plates (28) projecting into the rear cavities (30) of the wave crests (21) of the plates (26).
4. Rotor thin-film evaporator according to one of claims 1 to 3, characterized in that an inertial separator (33) is arranged in the cavity of the lowermost drum (9b; 35b).
The invention relates to a rotor thin-film evaporator according to the preamble of claim 1.
Such an evaporator serving as a heat exchanger can be used, for example, in the chemical and petroleum-processing industry and in the food industry to carry out distillation, evaporation and thickening processes of thermally unstable substances under vacuum. It can also be used as an evaporator (distillation still) of a column in vacuum rectification and for carrying out rapid exothermic chemical liquid phase reactions.
Rotor thin-film evaporators enable distillation, evaporation and thickening processes to be carried out under mild conditions, so that decomposition and polymerization, in particular of thermally unstable products, can be avoided during their processing. In such evaporators, the processes take place in a thin layer, whereby a good mixing of the liquid is ensured and a hydrostatic pressure of the liquid column is practically absent, so that the processing of the products under vacuum, i. H.
when the temperature in the evaporator is reduced. In addition, the residence time of the products in such evaporators, which is of the order of seconds, is low compared to other apparatuses, so that the effect of heat can be reduced to a minimum.
A characteristic peculiarity of the thin-film rotor evaporator is that it combines a high-intensity heat exchange with a short residence time of the products to be processed.
In a rotor thin-film evaporator of a known type, the liquid layer is formed on heat exchange surfaces of blades of a rotor which are connected in a rotationally rigid manner to a drive shaft, a gap of 1 to 2 mm being present between the housing of the evaporator and the blades. The extent of the heat exchange surface of this known evaporator is limited, because due to the small gap between the housing walls and the rotor blades and the necessary dynamic balancing of the rotor, taking into account thermal deformations of the rotor and the housing, a complicated manufacturing and assembly process and a complicated operating technology are required .
This known evaporator is sensitive to both thermal loads and liquid-related loads. Furthermore, the processing of tough products results in a drastically increased residence time of these products in the evaporator.
In a rotor thin-film evaporator of another type, the liquid layer on the heat exchange surface is generated by rotor wipers articulated on a drive shaft, which slide over the surface of the evaporator housing. Even with this known construction, the basic disadvantages of the embodiment described above could not be overcome. Furthermore, the direct contact of the rotor wipers with the heat exchange surface, in addition to the undesirable wear of wipers and housing, leads to contamination of the product to be processed. The wipers rubbing against the housing require careful machining of the housing to produce a polished surface. It is also necessary for the rotor wipers to be made of wear-resistant materials with high sliding properties.
The optimum thickness of the thin layer in this known evaporator depends on a complicated interaction, namely on the one hand on the physical properties of the liquid to be processed and on the other hand on the speed of the rotor, the weight of the wiper, the wiper resting on the heat exchange surface and the design Special features of the rotor. Therefore, optimal working conditions can only be achieved in a relatively narrow range of the pressure exerted on the liquid by the wipers. If the pressure exceeds the optimal value, the wipers wipe the thin film from the heat exchange surface; If the pressure falls below the optimum value, the liquid can drip off the heat exchange surface.
In a later design of a known rotor thin-film evaporator, some of the problems mentioned above were largely solved, namely the enlargement of the heat exchange area and the simplification of the design, the production and the operation. This known evaporator has a vertical housing, the heat exchange surface of which is provided with jackets, and a rotor attached to a shaft, the drums consisting of corrugated walls with a distribution ring in the upper part of the drums and furthermore openings for the liquid to exit in the outward wave crests having. A centrifugal separator is attached to the rotor shaft below each drum. The housing of this known evaporator is cylindrical.
In this known evaporator, the thin layer is formed on the heat exchange surface without a wiper. The liquid is distributed under the influence of centrifugal force through the openings mentioned on the heat exchange surface of the housing.
The main disadvantage of this known evaporator is the limited processing options for viscous materials and those containing solid inclusions, such as catalysts, in that the possibility of displacing the liquid layer flowing down the heat exchange surface through existing annular collecting containers is limited in the housing below each drum and by a large number of overflow channels. Which are designed to drain the liquid from each section into the section below.
When processing viscous substances, the liquid layer adheres to the heat exchange surface so that its flow
ability is limited. This phenomenon is exacerbated by the presence of an annular collection container, the bottom of which serves as a support ring. The resulting reduction in the outflow rate increases the thickness of the liquid layer, so that the residence time of the product to be processed on the heat exchange surface also increases. As a result, not only the performance of the evaporator is reduced, but also the quality of the processed product is deteriorated.
In the case of substances to be processed with solid inclusions, they are separated from the solution to be treated in the ring-shaped collecting container and clog this container, so that the evaporator becomes inoperable after a short time.
A further disadvantage is that no highly viscous substances can be processed in such an evaporator, since the liquid layer on the heat exchange surface and on the drum walls only flows down under the action of gravity, so that the gravity of highly viscous products is comparable to molecular adhesive forces. As a result, the range of use of such an evaporator is limited.
Another serious disadvantage of the known evaporator is the residence time of the product in the evaporator, which essentially depends on the physical properties of the product to be processed. With increasing toughness of the product, the dwell time in the evaporator increases rapidly, so that the effective heat exchange is inadequate and the product may decompose.
The heat exchange surface of the evaporator is usually cleaned by material thrown out of the openings in the drum wall in the form of liquid jets.
Such a self-cleaning effect is, however, insufficient in the case of a viscous and solid-containing liquid, so that the evaporator must be stopped for cleaning.
This makes continuous operation impossible.
It is also a considerable disadvantage that the separated vapors within the drums come into contact with the contaminated liquid to be treated flowing down the inner surface of the drums, as a result of which the product in the form of a distillate can be contaminated by entrained liquid.
The aim of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the known rotor thin-film evaporators.
The invention has for its object to provide a rotor thin-film evaporator of the type mentioned in such a design, in which an intensive heat exchange is ensured by shortening or regulating the residence time of the products to be treated in the evaporator.
The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
The dependent claims characterize advantageous embodiments of the invention.
The claimed design of the evaporator ensures that the liquid moves along the heat exchange surface, thereby reducing the treatment time of the processing product and increasing the performance of the evaporator.
The basic principle of the present invention is to increase the transportability of the flowing thin layer of the liquid to be treated and consequently to intensify the heat exchange. This principle is achieved by grading the sections and arranging the bottom of each section arranged above another section above the distribution disk of the section below. Such a constructive solution ensures that the liquid layer on the heat exchange surface and further from the bottom of each section of a higher level can flow down freely and steadily unhindered directly onto the distribution disc of the respectively lower section, after which the cycle is repeated in the lower section .
This prevents the liquid from remaining in the annular collecting containers and the overflow channels for a long time, so that it is ensured that the liquid flows away at high speed in order to achieve an intensive heat exchange.
Furthermore, it is possible to ensure a forced outflow of the liquid layer and an influence on the dwell time of the liquid to be treated in the evaporator. A suitable embodiment of a universal evaporator with frustoconical drums is explained in more detail in the following special description.
In addition to the advantages of the evaporator proposed according to the invention, its construction is simpler because the need for arranging annular containers and overflow channels is eliminated.
As already mentioned, the frustoconical design of the drums serves to force the liquid layer to move and to influence the dwell time of the product to be treated in the evaporator. This enables the processing of tougher materials. This also ensures self-cleaning of the heat exchange surfaces.
These goals are achieved by utilizing the centrifugal force or a component thereof, which is directed downwards along the surface line of the frustoconical drums. Such an embodiment causes a forced displacement of the liquid to be treated from top to bottom on the inner surface of the corrugated drum walls and on the heat exchange surface of each step of the housing.
By increasing the speed of the rotor, even viscous substances can be moved more intensively and consequently also treated under the influence of the kinetic energy of the liquid jets.
The speed of displacement of the liquid and thus also the dwell time of the product to be treated in the evaporator can be influenced or regulated by changing the rotor speed. Here, the heat exchange surface of the evaporator is automatically cleaned by the forced displacement of the liquid thin layer and simultaneous swirling thereof by the liquid jets which are thrown out of the drum.
An embodiment according to claim 3 ensures complete separation of the steam flow entering the drum cavity. The steam flow changes its direction of movement several times by flowing in the gap between the inner surface of the corrugated drum walls and the outer surface of the W-shaped baffle plates. In addition, the passage speed of the steam flow is considerably lower than in the known evaporators. All of these measures contribute to better separation. Here, a complete return of the separated liquid into the cycle is ensured, since the liquid is thrown away from the projections of the baffle plates onto the inner surface of the projections of the corrugated drum walls.
An inertial separator is expediently arranged in the cavity of the lowermost drum. Such an embodiment is necessary if the separated steam occurs on the material to be treated when it enters the cavity of the drums, it being possible that the starting material to be treated is entrained in the steam flow and the distillate could thereby be contaminated.
The inertial separator can have a high efficiency if the separation is carried out by changing the direction of movement of the steam flow in the centrifugal force field several times and the liquid is not detected again. The separated liquid on the surface of the equidistant sheets can collect in transverse beads after each change in direction of the steam jet and can be drained off under the action of centrifugal force onto the inner surface of the corrugated drum walls.
The invention enables a more intensive heat exchange to be achieved, and substances with solid inclusions and tough products can also be treated.
There is also the possibility of reducing the residence time of the material to be treated in the evaporator and influencing it in a regulating manner.
The constructive solution has a self-cleaning effect on the heat exchange surface, which prevents contaminants from sticking to it. Furthermore, the assembly and the operation of the evaporator are simplified compared to known evaporators.
The evaporator ensures high separability and an increase in the quality of the product to be processed.
Further objectives and advantages of the present invention result from the following special description of exemplary embodiments with reference to the drawings. It shows:
1 shows an overall view of a rotor thin-film evaporator in longitudinal section;
FIG. 2 shows a cross section along line 1141 according to FIG. 1;
3 shows a detail from a drum with a corrugated wall;
4 shows a cross section along the line IV-EV according to FIG. 3;
5 shows a detail A according to FIG. 1;
6 shows a second embodiment of a rotor thin-film evaporator with conical drums, in longitudinal section;
7 shows a third embodiment of a rotor thin-film evaporator with conical housing sections and conical drums;
; Fig. 8,9,10 9, 10 different structural embodiments of corrugated walls of the drums, and
Fig. 11 shows a detail in longitudinal section through a drum.
The rotor thin-film evaporator shown in FIG. 1 contains a vertically arranged housing 1, which has sections 2, 2a, 2b arranged one above the other, each section of which has a heating jacket 3, 3a and 3b to be fed with steam. Connection pieces 4, 5 and 6 are used for supplying the material to be processed, for removing the bubble residue or the concentrated solution and for removing the vapor vapors.
A rotor 8, which has drums 9, 9a and 9b with corrugated walls, is arranged coaxially to the latter on a shaft 7 within the housing 1. 3, 4 and 5, openings 10 for ejecting the liquid of the material to be processed onto a heat from exchange surface 11, and 11b according to FIG. 1 of associated steps 12, 12a and 12b of the housing 1 are arranged in the corrugated walls. The drum 9 is fastened in the upper part to a distribution disk 13 of a plate 14 and in the lower part to a ring 15 of a hub 16, which in turn is fixed in a rotationally rigid manner on the shaft 7.
The middle and the lower drum 9a and 9b are also attached to the shaft 7 in a rotationally rigid manner on the front side at the top distribution disks 19 and 19a and on the bottom rings 20 and 20a by means of upper and lower hubs 17 and 17a and 18 and 18a. The drums 9, 9a, 9b are attached to the distribution disks 13, 19, 19a and to the rings 15, 20, 20a by means of bandages and screws, not shown in the figures.
The walls of the drums 9, 9a and 9b have essentially longitudinally extending waves with outward wave crests 21 and troughs 23 between them, as shown in FIGS. 2 and 4, around which flows downward on the inside of the drum under the influence of gravity Divide the liquid of the material to be processed into individual streams. According to FIGS.
3, 4 and 5, said openings 10 are arranged, through which the liquid flowing down onto the heat exchange surface 11, 11 and 11b in each stage of the housing 1 is thrown out by the centrifugal force while the rotor is running.
The plate 14 serving for the uniform distribution of the liquid over the inner surface of the outward wave crests 21 of the upper drum 9 has, according to FIG. 1, a depression representing a cylindrical container 22, the upper edge of which is formed by the inner edge of the distribution disk 13. The diameter of this inner edge is smaller than the inner diameter of the cylindrical container 22. The outer diameter of the distribution disk 13 adjoins the troughs 23 according to FIG. 2.
In the middle and the lower drum 9a and 9b, the distribution disks 19 and 19a, the outer diameter of which also adjoin the wave troughs 23, serve for the uniform distribution of the liquid over the inner surface of the outward wave crests 21. The inside diameter of the two distribution disks 19 and 19 'are connected to cylindrical side walls 24 and 24a, which prevent the liquid from the higher-lying drum 9 or 9a from reaching the cavity of the drum 9a or 9b below.
Separators (not shown in the figures) are arranged between the drums 9, 9a and 9b in order to separate a portion of the steam from the cavity even between two adjacent drums.
The sections 2, 2a and 2b of the rotor thin-film evaporator are graded according to the invention in such a way that the bottom 25, 25a of each section 2, 2a arranged above another section within the associated drum 9a, 9b each above the distribution disk 19, 19a of the section below 2a, 2b.
Thanks to this embodiment of the apparatus, the liquid to be treated flows freely and without being stopped on the heat exchange surface of the higher stage of the housing 1 directly onto the distribution disk 19, 19a of each drum 9a, 9b located at a lower level. The bottoms 25, 25a of the sections 2 and 2a of the stages 12, 12a are toothed for a more uniform liquid distribution.
In order to ensure the separation of the steam flow entering the cavities of the drums 9, 9a, 9b, the latter (FIGS. 3, 4, 5) are made from individual arc-shaped longitudinally corrugated plates 26, which are vertical to one another with columns 27, and baffles opposite them 28 W-shaped profile attached. The baffle plates 28 cover the gaps 27 and their wave crests 29 are located in cavities 30 of the edge corrugations of the neighboring plates 26. An upper outer edge 31 of the distribution disks 13, 19, 19a (FIG. 5), which are arranged in the upper part of the drums 9, 9a, 9b are rounded off to reduce losses in the kinetic energy of the liquid when the direction of movement changes from the horizontal to the vertical downward direction.
To ensure the direction of movement of the liquid and to eject it freely from the openings 10 of the drums 9, 9a, 9b onto the heat exchange surface 11, 11a, 11b, there is an upper edge 32 (FIGS. 3, 4, 5) of the openings 10 on the wave crests 21 of the corrugations bent towards the periphery without kinks.
According to the present invention, in order to avoid entraining the liquid when the vapor flow comes into contact with the liquid flowing down on the inner surface of the drums 9, 9a, 9b, an inertial separator 33 (in the cavity of the lower drums 9b on the shaft 7 of the rotor 8) Fig. 1.2) arranged. which represents a package of sheets 34 with transverse beads that are lined up vertically parallel to one another with a specific step.
The evaporator works in the following way:
The starting material reaches the cylindrical container 22 via the nozzle 4 (FIG. 1). When the rotor 8 rotates, the liquid rises under the action of centrifugal force on its walls, as a result of which a concentric vertical layer is produced.
By flowing over the inner edge of the concentric ring 13 over the entire circumference thereof, the liquid flows evenly over its surface in the form of a thin layer and then changes its direction of movement from the horizontal as soon as it has reached the rounded outer edge 31 (FIG. 5) in the vertically downward direction, is thrown from the ring 13 onto the inner surface of the crests 21 of the corrugations of the drum 9, which takes place without significant loss of the kinetic energy of this liquid. In the drum 9 the liquid is separated into individual vertical flows.
After reaching the openings 10 (Fig. 3.5), which are located on the crests 21 of the corrugations of the drum 9 at different heights of the latter, the liquid flows are thrown through the openings 10 onto the heat exchange surface 11 of the stage 12 of the housing 11, where they form a swirling descending thin layer that flows down. A part of the liquid on the heat exchange surface 11 evaporates, and the non-evaporated liquid flows from its toothed bottom 25 evenly over the entire circumference onto the distribution disk 19, which is attached in the upper part of the lower-lying drum 9a.
Furthermore, the liquid is centrifugally thrown from the distribution disc 19 onto the inner surface of the crests 21 of the corrugations of the drum 9a, where the cycle repeats. The evaporated solution (or bubble residue) is removed through the nozzle 5, and the vapor formed during the evaporation of the liquid enters the cavities of the drums 9a, 9b through the gaps 27, a few times in the gaps between the longitudinally corrugated plates 26 and the baffle plates 28, the wave crests 29 of which are located in the cavities 30 of the edge corrugations of the neighboring plates 26, and the liquid is separated from it. The separated liquid is thrown off the wave crests 29 of the baffle plates 28 under the action of centrifugal force on the inner surface of the wave crests 21 of the corrugations of the drums 9, 9a, 9b.
Part of the steam flows into the interior of the drums 9, 9a, 9b via their end faces. After the steam has been deflected by 2700, the liquid is separated from it in the annular gap between the inner surface of the lower part of the drums 9, 9a and the outer surface of the side walls 24, 24a. The separated liquid is thrown by the rings 15, 20 onto the inner surface of the wave crests 21 of the corrugations of the drums 9, 9a. The final steam separation takes place at the outlet from the cavity of the lowermost drum 9b in the separator 33, the steam being deflected a few times in the gaps between the beads of the metal sheets 34. The separated liquid is thrown from the surface of the sheets 34 onto the inner surface of the drum 9b.
FIG. 6 shows an evaporator whose drums 35, 35a and 35b are frustoconical, but the sections of the housing 1 are cylindrical. In this embodiment of the evaporator, the centrifugal force (the centrifugal force component which is directed downwards along the generatrix of the drum cone) for forcibly displacing the liquid from top to bottom on the inner surface of the wave crests of the corrugations of the drums 35, 35a, 35b and on the heat exchange surface 11, 11a, lib of the respective sections 2, 2a and 2b.
This vaporizer can be used to treat particularly heat-sensitive (thermally unstable) substances with increased toughness as well as low-viscosity products that need a minimum residence time in the heating zone, and to carry out chemical liquid phase reactions that regulate the residence time of the reaction components in the vaporizer presuppose.
In Fig. 7, an embodiment of the evaporator is Darge, in which both the drums 35, 35a, 35b as well
Sections 36, 36a, 36b of the housing 1, which are provided with the heating jackets 37, 37a and 37b, are conical. In this evaporator, the centrifugal force is also used to force the liquid to be treated.
In addition, in this embodiment, the conical
Form of the sections 36, 36a, 36b of the housing 1 also for
Achieving optimal conditions for the forced conveyance of the product to be treated in the heat exchange surface from top to bottom thanks to reduced losses in kinetic energy of the ejected liquid jets when they come into contact with the heat exchange surface. For this
This evaporator is the universal evaporator and can be used to treat products in a wide range of their various thermal-physical properties.
In the described embodiments of the evaporator, shown in FIGS. 6, 7, the liquid layer can inevitably be conveyed, the residence time of the product to be treated in the evaporator can be reduced and regulated, the
Heat exchange surface is cleaned by itself (clean).
By increasing the speed of the rotor, very viscous substances can be conveyed more intensively and thus also treated under the influence of the kinetic energy of the liquid jets.
By changing the rotor speed, the displacement speed of the liquid and thus the dwell time of the product to be treated in the evaporator can be controlled.
This results in a self-cleaning effect of the heat exchange surface of the evaporator, by forcibly displacing the thin layer and at the same time being entangled by the liquid stream which is thrown out of the drum
8,9 and 10 show various embodiments of drums for distributing the liquid in the rotor thin-film evaporator, which are used in those cases
Can be used in applications that do not require high separability, for example when used as
A column still in vacuum rectification, product thickening and other processes.
In Fig. 8 a section of a drum is shown, which consists of individual arcuate, longitudinally corrugated plates 26, which are arranged with columns 38 vertically to each other, such that the edges of the waves of the neighboring plates 26 are offset relative to each other, thereby allowing direct steam passage in the
Block the drum cavity.
FIG. 9 shows a section of a further drum which consists of individual shafts (teeth) 39 which are arranged vertically to one another with columns 38, such that the edges of the
Neighboring waves are staggered relative to each other, thereby blocking the direct passage of steam into the drum cavity.
In Fig. 10 is a portion of another drum Darge presents, which consists of columns 38 arranged vertically to each other and offset relative to each other elements 40, which are semicircular in the 1section. The elements 40 block the direct passage of steam into the drum cavity.
8, 9, 10, the openings for the liquid outlet on the wave crests of the drum shafts are not shown.
In Fig. 11, a longitudinal section of a drum is shown, which consists of a continuous corrugated band. At the wave crests are the openings 10 with the bent upper edge 32, which are intended as a passage when the liquid is thrown onto the heat exchange surface of the evaporator. Openings 41 are provided in the recesses 23 of the shafts over the entire height of the drum, the upper edge 42 of which is bent in such a way that it blocks the direct passage of steam into the rotor cavity.
In this way, the construction of the evaporator according to the invention allows the heat exchange process to be intensified considerably and the field of application to be considerably expanded.