DE1004590B - Film evaporator - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft einen Filmverdampfer für Flüssigkeiten, mit einer innerhalb eimes Verdampferraumes drehbar angeordneten, von der Flüssigkeit benetzten Walze als Verdampfungsfläche.The invention relates to a film evaporator for liquids, with an evaporator chamber inside rotatably arranged, wetted by the liquid roller as an evaporation surface.
Die Erfindung hat den Zweck, bei. derartigen Verdampfern, eine gleichmäßige Benetzung der Walzenoberfläche zu gewährleisten und für sämtliche Teilchen der durch den Verdampferraum geführten Flüssigkeit eine intensive Bewegung und eine gleiche Verweilzeit zu erwirken. Die Einhaltung dieser Bedingungen ist insbesondere bei der Behandlung vieler viskoser Flüssigkeiten, z. B. Spinnschmelzen, unerläßlich, da Teile dieser Flüssigkeiten, die sich an toten Stellen, innerhalb der Vorrichtung absetzen, sich infolge ihrer Empfindlichkeit gegen Sauerstoff und gegen Temperatureinwirkung zersetzen, so daß sie eine Gefahr für die Reinheit des Endproduktes bilden.The invention has the purpose at. such evaporators, to ensure uniform wetting of the roller surface and for all particles the liquid passed through the evaporation chamber an intense movement and a to achieve the same dwell time. Compliance with these conditions is particularly important during treatment many viscous liquids, e.g. B. spinning melts, indispensable because parts of these liquids, located in dead spots within the device settle, decompose due to their sensitivity to oxygen and to the effects of temperature, so that they pose a threat to the purity of the end product.
Die Verwendung von. mechanischen Rührern od. dgl. schaltet diese Gefahr nicht aus, da sich auf ihnen Flüssigkeitsteifchen absetzen und nicht mehr am zügigen Durchlauf durch die Apparatur teilnehmen können.The usage of. mechanical stirrers or the like. This danger does not switch off, since it is on they deposit small amounts of liquid and no longer participate in the rapid passage through the apparatus can.
Es wurde nun gefunden, daß die genannten Schwierigkeiten behoben sind, wenn erfindungsgemäß die Walze mit mindestens einem im Verdampfungsrauni angeordneten Körper einen Keilspaltraum bildet, in den die Flüssigkeit unter Druck zugeführt und aus dem sie durch den Spaltdruck wieder abgeführt wird. In den Keilspaitraum mündet mindestens eine im Körper in Achsrichtung der Walze angeordnete offene Rinne, die an Zufuhr- und Abfuforleitungen für die Flüssigkeit angeschlossen ist.It has now been found that the difficulties mentioned are eliminated when according to the invention the roller with at least one body arranged in the evaporation room has a wedge gap forms, into which the liquid is supplied under pressure and from which it is discharged again by the gap pressure will. At least one opens into the wedge chip space in the body in the axial direction of the roller arranged open gutter, which is connected to supply and discharge lines for the liquid is connected.
Hierdurch wird erreicht, daß die Walze der Länge nach mit der Flüssigkeit gleichmäßig benetzt wird und: daß alle Flächen, die benetzt werden, auch gespült werden, so daß sich an der Vorrichtung keine ruhenden Flüssigkeitszonen einstellen können. Infolge der zwangläufigen Führunig der Flüssigkeit durch die Vorrichtung haben'alle Flüssigkeitsteilchen eine gleiche Verweilzeit. Außerdem findet eine gute Durchmischung der Flüssigkeit statt ohne Zuhilfenahme von mechanischen Rührarmen od. dgl.This ensures that the length of the roller is evenly wetted with the liquid and: that all surfaces that are wetted are also rinsed so that there are no can set resting liquid zones. As a result of the inevitable leadership of the liquid by the Device have'all liquid particles one same dwell time. In addition, the liquid is thoroughly mixed without any assistance of mechanical stirring arms or the like.
In der .Zeichnung, sind Aueführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. An Hand der Abb. 1 und 2 sei das Prinzip des Erfindungsgegenstandes erläutert.In the drawing, examples of the Subject of the invention shown schematically. The principle of the subject matter of the invention is based on Figs. 1 and 2 explained.
Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt undFig. 1 shows a longitudinal section and
Abb. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung.Fig. 2 shows a cross section through the device.
Es bedeutet 1 das zylindrische Gehäuse des Verdampfers, 2 eine Walze, die innerhalb des vom Gehäuse 1 gebildeten Verdampferraumes 3 mittels der Weite 4 und des Vierkants 5 in Richtung des Pfeiles 6 um ihre senkrechte Achse in Drehung versetzt wird.It means 1 the cylindrical housing of the evaporator, 2 a roller that is inside the evaporator space 3 formed by the housing 1 by means of the Width 4 and the square 5 is set in rotation in the direction of arrow 6 about its vertical axis.
FilmverdampferFilm evaporator
Anmelder:Applicant:
Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen-BayerwerkPaint factories Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen-Bayerwerk
Dr. Wolf Rodenacker, Dormagen,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Wolf Rodenacker, Dormagen,
has been named as the inventor
Das Gehäuse ist mit einem Mantel 7 ausgestattet. In den zwischen Gehäuse 1 und Mantel 7 gebildeten Raum 8 kann ein Heiz- oder Kühlmittel durch denThe housing is equipped with a jacket 7. In the one formed between the housing 1 and the casing 7 Room 8 can have a heating or cooling medium through the
ao Stutzen 9 ein- und durch den Stutzen 10 abgeführt werden. 11 und 12 sind Vakuumanschlüsse. Innerhalb dies Gehäuses 1 ist ein Körper 13 angeordnet, der mit der Walze 2 einen Keilspaltraum 14 bildet. Die Leitung 15 dient zur Einführung der Flüssigkeit in die im Körper 13 angeordnete Rinne 16 und die Leitung 17 dient zur Abführung der Flüssigkeit aus der Rinne 16. Wird durch die Leitung 15 Flüssigkeit der Rinne 16 zugeführt, so läuft die Flüssigkeit in den Keilspaltraum 14 und füllt diesen Keilspaltraum bis zur Füllungsgrenze 18, wenn die Walze 2 mit einer bestimmten Drehzahl umläuft. Wie von den, Lagern des allgemeinen -Maschinenbaues her bekannt, stellen sich im Keilspaltraum Drücke längs des Walzenumfanges ein, deren Größe von der FüHungsgrenze 18 an erst langsam, dann schnell bis zu einem Maximum ansteigt und am anderen Ende, des Spaltes wieder auf den Anfangswert abfällt. Die Rinne 16 ist im Körper 13 an der Stelle des Keilspaitraumes angeordnet, an welcher der höchste Druck herrscht; sie kann natürlieh auch an jeder anderen Stelle des Keilspaltraumes angebracht sein. Die Zufuhr der Flüssigkeit durch die Leitung 15 muß also mittels einer Druckpumpe (nicht dargestellt) erfolgen., die so ausgebildet ist, daß »ie nur bis zu dem bestimmten maximalen Druck arbeitet und darüber hinaus keinerlei Flüssigkeit mehr fördert.ao connecting piece 9 can be introduced and discharged through the connecting piece 10. 11 and 12 are vacuum connections. A body 13 is arranged inside this housing 1 and forms a wedge gap 14 with the roller 2. The line 15 serves to introduce the liquid into the channel 16 arranged in the body 13 and the line 17 serves to discharge the liquid from the channel 16. If liquid is fed to the channel 16 through the line 15, the liquid runs into the wedge gap 14 and fills this wedge gap up to the filling limit 18 when the roller 2 rotates at a certain speed. As is known from the bearings of general mechanical engineering, pressures arise in the wedge gap along the roll circumference, the magnitude of which increases slowly from the guide limit 18, then quickly to a maximum and at the other end of the gap again to the initial value falls off. The channel 16 is arranged in the body 13 at the point of the wedge space at which the highest pressure prevails; it can of course also be attached at any other point in the wedge gap. The supply of the liquid through the line 15 must therefore take place by means of a pressure pump (not shown), which is designed in such a way that it only works up to the specified maximum pressure and does not convey any more liquid beyond that.
Das kann man dadurch erreichen, daß man dieYou can do that by using the
Pumpe mit einer Umgebungsleitung mit einer Drosselstelle versieht.Provides pump with an ambient line with a throttle point.
, Entspricht also der Druck in der Rinne 16 dem maximalen Förderdruck der Pumpe, so dringt keinerlei· Flüssigkeit mehr in den Keilspal.t 14 ein. Wird jedoch durch die Leitung %7 Flüssigkeit aus dem Raum 14 etwa mittels einer Zahnradpumpe (nicht dargestellt) abgezogen, so geht die FüMungsgrenze 18If the pressure in the channel 16 corresponds to the maximum delivery pressure of the pump, no more liquid will penetrate into the wedge gap 14. If, however, liquid is withdrawn from the space 14 through the line 7, for example by means of a gear pump (not shown), the contact limit 18 goes
609 840/382609 840/382
des Keilspaltes 14 auf die Füllungsgrenze 19 zurück, und die Drücke im Keilspaltraum 14 sinken gleichzeitig. Die Einspeisungspumpe ist dann, wieder in der Lage, Flüssigkeit durch die Leitung 15 in den. Raum 14 nachzufordern.of the wedge gap 14 back to the filling limit 19, and the pressures in the wedge gap 14 decrease at the same time. The feed pump is then again able to feed liquid through line 15 into the. space 14 to be requested.
Die Druckverteilung im KeMspaltraium 14 ist abhängigvon der Bogenlänge und der Spaltbreite, der Winkelgeschwindigkeit der Walze und der Zähigkeit der Flüssigkeit. Diese Größen kann man zu einer dimensionslosen Kenngröße zusammenfassen·:The pressure distribution in the nucleus 14 is dependent on the arc length and the gap width, the angular velocity of the roller and the toughness the liquid. These quantities can be combined to form a dimensionless parameter:
P Druck P pressure
η ■ ω Zähigkeit · Winkelgeschwindigkeit η ■ ω viscosity · angular velocity
wie auch schon aus Versuchen bekannt ist. Die Kennzahl wurde mit 15 000 festgestellt bei einer Spaltbreite von 0,2 mm und einem Walzendurohmesser von 100 mm.as is already known from experiments. The key figure was found to be 15,000 with a gap width of 0.2 mm and a roller diameter of 100 mm.
Die sich drehende Walze 2 nimmt Flüssigkeit aus dem Keilspaltraum 14 in dünner Schicht mit und führt sie durch den Verdampferraum 3. Gegenüber dem Körper 13 kann noch ein zweiter Körper an der Wand des Gefäßes angeordnet werden, der mit der Walze 2 ebenfalls; einen Keilspaltraum bildet. Durch die Vakuumleitungen 11 und 12 treten die Dämpfe beispielsweise in einen Kühler (nicht dargestellt). Die senkrecht angeordnete Walze 2 trägt an ihrem unteren Ende eine Tasse 45, in der sich eventuell·herablaufende Flüssigkeit beim Stillsetzen der Walze ansammeln kann. Aus dieser Tasse wird die Flüssigkeit beim Wiederingangsetzen der Walze durch die Pumpwirkung des Keilspaltes 14 über die Leitung 17 entfernt. Das Gewicht der Walze wird z. B. durch ein Radiaxkugellager 23 aufgenommen. Die Mantelheizung des Gefäßes 1 kann auch durch eine direkte elektrische Heizung ersetzt werden. Im allgemeinen genügt die Wärmeübertragung über die in den Spaltraum 14 befindliche Flüssigkeit auf die Walze 2. Um eine absolute Vakuumdichtigkeit der Stopfbüchse 20 zu gewährleisten, ist die Stopfbüchse über die Leitung 21 an die Zuführleitung 15 anzuschließen.The rotating roller 2 takes liquid from the wedge gap 14 in a thin layer with and leads them through the evaporator chamber 3. Opposite the body 13, a second body can be attached to the Wall of the vessel are arranged, which is also with the roller 2; forms a wedge gap. By the vacuum lines 11 and 12 pass the vapors into a cooler (not shown), for example. the At its lower end, the vertically arranged roller 2 has a cup 45 in which it may run down Liquid can collect when the roller is stopped. This cup is where the liquid comes from Restarting the roller by the pumping action of the wedge gap 14 via the line 17 removed. The weight of the roller is z. B. added by a radial ball bearing 23. The jacket heating of the vessel 1 can also be replaced by direct electrical heating. In general the heat transfer via the liquid located in the gap 14 to the roller 2 is sufficient To ensure an absolute vacuum tightness of the stuffing box 20, the stuffing box over the line 21 to be connected to the feed line 15.
In den Abb·. 3 und 4 ist ein den Abb. 1 und 2 entsprechender Filmverdampfer in Längs- und Querschnitt dargestellt, bei dem jedoch die Zuführleitungen 15 an der Rinne 16 des Körpers 13 und die Abführleitungen 17 an eine andere Rinne 22 desselben Körpers 13 angeschlossen sind. Die Lagerung der Walze erfolgt in den Kugellagern 23 (Ab-b. 3). Durch die Zuleitung 15 eintretende Flüssigkeit wird im Keilspaltraum 14 verteilt und von der sich drehenden Walze 2 in dünnen Schichten mitgenommen und wieder in den Raum 14 gebracht, den sie durch die Rinne 22 über die Leitung 17 verläßt.In the fig. 3 and 4 is a film evaporator corresponding to FIGS. 1 and 2 in longitudinal and cross-section shown, in which, however, the supply lines 15 on the channel 16 of the body 13 and the discharge lines 17 are connected to another channel 22 of the same body 13. The bearing of the roller takes place in the ball bearings 23 (Fig. 3). Liquid entering through the supply line 15 is in the wedge gap 14 distributed and carried along by the rotating roller 2 in thin layers and again brought into the space 14, which it leaves through the channel 22 via the line 17.
Durch diese Anordnung wird verhindert, daß Flüssigkeit aus der Zuleitung 15 sofort in die Ableitung 17 eintreten kann, ohne den Verdampfungsraum 3 passiert zu haben. This arrangement prevents liquid from the supply line 15 from immediately entering the discharge line 17 can enter without having passed the evaporation chamber 3.
Eine abgewandelte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeigen die Abb. 5 und 6. Um eine Verdampfung in verschiedenen Stufen, d. h. bei versehiedenetn Vakuum oder verschiedenen Temperaturen vornehmen zu können, ist eine Längsunterteilung der Apparatur in mindestens zwei Verdampfungszonen 24 und 25 erforderlich. Die Abtrennung der einen Verdampfungszone 24 von der anderen Verdampfungszone 25 erfolgt, wie in der Abb. 5 dargestellt ist, durch einen Zwischenflansch 26, der mit der Walze 2 einen Spalt 27 bildet, der der engsten Stelle des Keilspaltraumes 14 entspricht. Durch den Druckunterschied zwischen den zwei Stufen wird etwas Flüssigkeit durch den Spalt 27 entweder von oben nach unten oder von unten nach oben hindurchtreten. Diese Flüssigkeit wird sofort wieder in die Rinne 16 zurückgefördert, so· daß auf diese Weise eine Abdichtung der einzelnen Zonen mit der zu destillierenden Flüssigkeit ohne besondere Mittel vorgenommen werden kann. Die Flüssigkeit wird in den Zonen 24 und 25 jeweils durch die Leitungen 28 und 29 zugeführt und durch die Leitungen 30 und 31 abgeführt. 32 und 33 sind die den Zonen 24 und 25 entsprechenden Vakuumanschlüsse. A modified embodiment of the subject matter of the invention show Figs. 5 and 6. To a Evaporation in different stages, d. H. at versehiedetn To be able to make vacuum or different temperatures is a longitudinal division of the Apparatus in at least two evaporation zones 24 and 25 required. The separation of one evaporation zone 24 from the other evaporation zone 25 takes place, as shown in Fig. 5, through an intermediate flange 26 which, with the roller 2, forms a gap 27 which is the narrowest point of the wedge gap 14 corresponds. Due to the pressure difference between the two stages, there will be some liquid pass through the gap 27 either from top to bottom or from bottom to top. These Liquid is immediately pumped back into the channel 16, so that in this way a seal between the individual zones and the liquid to be distilled is achieved can be done without special means. The liquid is in zones 24 and 25 respectively fed through lines 28 and 29 and discharged through lines 30 and 31. 32 and 33 are the vacuum connections corresponding to zones 24 and 25.
In der Abb. 7 ist eine Ausführung der Apparatur im Querschnitt dargestellt, bei der die Walze 2 hohl ausgebildet ist und durch den feststehenden Strahlungsheizkörper 28 geheizt wird. Die Keilkörper 13 sind hier mit Aussparungen 82 versehen, in denen z. B. elektrische Heizkörper oder ähnliche Körper für eine Dampfheizung untergebracht werden können, deren Anschlüsse in den Böden untergebracht sind.In Fig. 7, an embodiment of the apparatus is shown in cross section, in which the roller 2 is hollow is formed and is heated by the stationary radiant heater 28. The wedge bodies 13 are here provided with recesses 82 in which z. B. electric radiators or similar bodies for a steam heater can be accommodated, the connections of which are housed in the floors.
Durch die Isolierung 83 sind die warmen Teile der Apparatur von dem kalten Gehäuse 34 und dem Kühlmantel 35 getrennt. Die Zuführung der zu destillierenden Flüssigkeit erfolgt durch die Rinne 46. Die Abflußrinne 47 ist bei dieser Ausführung in dem gegenüberliegenden Keilstück 48 untergebracht.Through the insulation 83, the warm parts of the Apparatus separated from the cold housing 34 and the cooling jacket 35. The supply of the to be distilled Liquid flows through the channel 46. The drainage channel 47 is in this embodiment in the opposite Wedge piece 48 housed.
In den Abb. 8 und 9 ist ein Verdampfer im Quer- und Längsschnitt dargestellt, bei dem sich Kühlflächen 36 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Walze 2 befinden. Die Kühlflächen 36, die von einem Kühlmedium durchströmt werden, das durch die Leitungen 37 zu und durch die Leitungen 38 abgeführt wird, können dem in den Räumen 39 und 40 aufrechterhaltenen Vakuum entsprechend innerhalb der freien Weglänge der Moleküle angebracht werden. Ist das Kondensat flüssig, so kann es am Boden des Gefäßes, wie in Abb. 8 dargestellt, in einer Auffangrinne 41 gesammelt werden und in ein Vakuumgefäß 42 ablaufen. Feste Produkte lassen sich durch einen Schaber 43, der an der Walze 2 befestigt wird, abschaben und im Sammelraum 14 des Apparates auffangen.In Figs. 8 and 9, an evaporator is shown in cross-section and longitudinal section, in which there are cooling surfaces 36 are in the immediate vicinity of the surface of the roller 2. The cooling surfaces 36, which of a Cooling medium flowed through, which is discharged through the lines 37 to and through the lines 38 is, the maintained in the spaces 39 and 40 vacuum within the free Path length of the molecules are attached. If the condensate is liquid, it can be at the bottom of the vessel, as shown in Fig. 8, are collected in a collecting channel 41 and drain into a vacuum vessel 42. Solid products can be scraped off by a scraper 43 attached to the roller 2 and collect in the collecting space 14 of the apparatus.
Die in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Apparaturen können auch für das Eindampfen (Trocknen), Destillieren, Rektifizieren und Evakuieren von Flüssigkeiten verwendet werden.The apparatuses explained in the present description can also be used for evaporation (Drying), distilling, rectifying and evacuating liquids can be used.
Für die Zähigkeit der zur Verarbeitung gelangenden Flüssigkeit steht ein ziemlicher Spielraum zur Verfugung, da mit einer hohen Umdrehungszahl der Walze von beispielsweise 2800 U/min und einer kleinsten Spaltweite von etwa 0,05 mm auch Flüssigkeiten von sehr geringer Zähigkeit verarbeitet werden können. Je höher die Zähigkeit der Flüssigkeit ist, die zur Verarbeitung gelangt, desto einfacher wird die ganze Apparatur bezüglich Ausführung und Betriebsweise. There is a fair amount of leeway for the viscosity of the liquid being processed Grouting, because the roller has a high number of revolutions of, for example, 2800 rpm and one smallest gap width of about 0.05 mm, liquids of very low viscosity can also be processed can. The higher the viscosity of the liquid that is processed, the easier it becomes the entire apparatus in terms of design and mode of operation.
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