DE10108242C1 - Rotationsverdampfer mit Pendelsystem mit verlagertem Drehpunkt - Google Patents

Abstract

Der Rotationsverdampfer umfaßt DOLLAR A a) ein Rotationsgefäß (2) zur Aufnahme von zu verdampfenden Substanzen und DOLLAR A b) eine Antriebseinrichtung (6) zum Rotieren des Rotationsgefäßes um eine durch das Rotationsgefäß verlaufende Rotationsachse (R), DOLLAR A c) wobei das Rotationsgefäß zusätzlich um eine Schwenkachse (S) schwenkbar ist, die DOLLAR A c1) außerhalb des Rotationsgefäßes und DOLLAR A c2) bezogen auf die Gravitationskraft (G) oberhalb der Rotationsachse des Rotationsgefäßes verläuft. DOLLAR A Vorteile: kompakterer Aufbau, kürzerer Dampfweg, geringere Beanspruchung eines Ausgleichselements in der Dampfleitung.

Description

Es sind Rotationsverdampfer bekannt zum Verdampfen von Substanzen, insbesondere zum Verdampfen von Lösemitteln beim Konzentrieren oder Destillieren von pharma­ zeutischen oder chemischen Produkten. Bei diesen bekannten Rotationsverdampfern werden die zu verdampfenden, flüssigen Substanzen in den Hohlraum eines, im allge­ meinen in einem Heizbad, rotierbaren Rotationskolben (Verdampfergefäß) eingebracht. Durch Rotation des Rotationskolben wird auf der Innenseite des Rotationskolbens ein dünner Flüssigkeitsfilm erzeugt, aus dem heraus die Substanzen, insbesondere das Lö­ semittel, verdampft. Ein gewisser Teil der Substanz bzw. des Lösemittels verdampft auch direkt aus dem Flüssigkeitsspiegel im Rotationskolben. Der Dampf wird aus dem Rotationskolben durch eine Dampfleitung einem Kühler zugeführt und dort wieder auskondensiert. Im allgemeinen wird im Rotationskolben auch ein Unterdruck oder Vakuum erzeugt, um den Dampfdruck der zu verdampfenden Substanzen zu erhöhen und um das Produkt zu schonen. Die Dampfleitung ist in einem Durchführungsbereich an den Rotationskolben über eine drehbare Verbindung angeschlossen. Die Verbin­ dungsstelle ist mittels einer Rotationsdichtung abgedichtet.

Die DE-PS 12 24 062 offenbart einen Rotationsverdampfer mit einem um seine Sym­ metrieachse drehbaren Arbeitskolben. Der Arbeitskolben ist dicht auf den Normschliff­ kern eines Glasvorstoßes aufgesetzt, dessen kegeliger Teil in die konische Bohrung eines Tragrings mit Schneckenradkranz eingesetzt ist. In den Schneckenradkranz greift nun zum Antrieb des Rotationskolbens eine Schnecke ein, die auf der Antriebswelle eines kleinen Elektromotors mit Schalter befestigt ist. Der Tragring ist drehbar in einem Ku­ gellager eines Gehäuses gehalten, an welchem zugleich der Motor und ein Kondensator befestigt sind. Der Arbeitskolben ist außerdem um eine zu seiner Symmetrieachse senk­ recht verlaufende Schwenkachse frei schwenkbar. Dazu besitzt das Gehäuse eine Lager­ platte, in deren Bohrung eine feste, waagerechte Führungsachse des Apparatestativs frei drehbar eingeführt ist, so daß sich der Arbeitskolben frei um die Führungsachse oder Schwenkachse in einem Radius bewegen kann, bis er auf der Oberfläche eines Wasser­ bades frei schwimmt.

Die freie Bewegung um die Schwenkachse oder Pendelachse senkrecht zur Symmetrie­ achse des Arbeitskolbens erlaubt es theoretisch, jede Flüssigkeitsmenge in einem belie­ big großen Arbeitskolben einzuengen, wobei die Grenze für die Kolbengröße bzw. die Menge der mit einem Arbeitsvorgang einzuengende Flüssigkeit nur dadurch bestimmt wird, welche Größe des Arbeitskolbens noch bequem und ohne Verwendung einer be­ sonderen Hebe- und Senkvorrichtung zu bewältigen ist. Bei einem Rotationsverdampfer mit einem solchen Pendelsystem wird also die Gewichtskraft des Arbeitskolbens mit der darin enthaltenen zu verdampfenden Substanz allein durch den Auftrieb des Arbeits­ kolbens im Wasserbad gehalten und dadurch werden Drehmomente und Kräfte auf die Halterung des Arbeitskolbens deutlich reduziert. Eine Knebelschraube an der Lager­ platte dient dazu, den Arbeitskolben auch unabhängig vom Wasserbad in jeder beliebi­ gen Schräglage (Schwenklage) zu halten.

Der über den Rotationsantrieb rotierbare Glasvorstoß mit dem daran befestigten Ar­ beitskolben ist gegenüber einem nicht mitrotierenden, mit dem Gehäuse verbundenen, weiteren Glasvorstoß über einen Dichtungsring abgedichtet. Die Verbindung dieses ortsfesten Glasvorstoßes mit den übrigen Teilen des Rotationsverdampferapparates ist durch einen Faltenbalg aus reinem Polytetrafluorethylen hergestellt. Der Faltenbalg dient zum Ausgleichen der Relativbewegung zwischen der aus Arbeitskolben, Antrieb, Gehäuse und den beiden Glasvorstößen gebildeten schwenkbaren Einheit und dem dazu ortsfesten nicht mitverschwenkbaren Apparatestativ. Die Schwenkachse verläuft dabei durch den Faltenbalg in der Nähe von dessen Schnittpunkt zwischen den beiden Diagonalen. Der Faltenbalg ist bei der Schwenkbewegung um eine Ausgangslage, in der seine Mittelachse im wesentlichen vertikal, also parallel zur Schwerkraft, verläuft, ver­ formbar. Die Schwenkachse für die Pendelbewegung des Rotationskolbens und die als Rotationsachse vorgesehene Symmetrieachse des Arbeitskolbens schneiden sich in ei­ nem Schnittpunkt und liegen somit in jeder Schwenklage in einer Ebene. Der Faltenbalg ist also parallel zur Schwenkachse seitlich versetzt zum bezüglich der Rotationsbewe­ gung des Arbeitskolbens ortsfesten Glasvorstoß angeordnet.

Zum Ablösen von Niederschlag in den Glasvorstößen ist gemäß der DE-PS 12 24 062 ferner an der von dem mitrotierenden Glasvorstoß abgewandten Seite des ortsfesten Glasvorstoßes eine Einleit- und Waschdüse eingesetzt, über die eine Spülflüssigkeit ge­ gen die Innenwände der Glasvorstöße gesprüht werden kann, die über einen Zweiwegehahn zugeführt wird. Ein etwaiger Niederschlag in den Glasvorstößen kann dadurch abgelöst und zusammen mit der neu einzuleitenden Flüssigkeit wieder in den Arbeits­ kolben gebracht werden.

Aus der DE 35 22 607 A1 ist ein weiterer Rotationsverdampfer mit einem Pendelsystem bekannt. Bei diesem Rotationsverdampfer wird der Masseinhalt des Rotationskolbens oder Veränderungen diese Masseinhaltes entsprechend dem Eindringen des Rotations­ kolbens in die Badflüssigkeit durch Wiegen festgestellt und das Ergebnis des Wiegens als Regelgröße oder Steuergröße für den Verdampfungsprozeß verwendet. Bei diesem bekannten Rotationsverdampfer ist die Pendelachse oder Schwenkachse zwar ebenfalls senkrecht zur Rotationsachse angeordnet, jedoch verläuft die Pendelachse nicht in der­ selben Ebene wie die Rotationsachse, sondern ist in Schwerkraftrichtung gesehen un­ terhalb der Rotationsachse des Rotationskolbens angeordnet. Die Rotationsachse schließt in der Arbeitslage des Rotationskolbens einen spitzen Winkel zur Vertikalen, also zur Schwerkraft, ein, so daß der Rotationskolben schräg nach unten in das Flüssig­ keitsbad eintaucht. Ein Antriebsteil, das den Kolbenhals mit dem Rotationskolben um die Rotationsachse antreibt, ist zum einen in einem Schwenklager an einem Stativ um die Pendelachse schwenkbar gelagert und zum anderen über einen Stoßdämpfer für die Pendelbewegung, der ebenfalls am Stativ befestigt ist, gedämpft. An der vom Rotations­ kolben gegenüberliegenden Seite des Antriebteils ist ein Dampfrohr angeschlossen, das nicht um die Rotationsachse mitrotiert, jedoch um die Pendelachse mitpendelt. Das für den Verdampfungsprozeß zuzuführende Produkt wird parallel zur Rotationsachse am freien Ende des Dampfrohres zugeführt. Von dem Dampfrohr führt ein Leitungsab­ zweig im wesentlichen horizontal zu einem Kühler, in dem das verdampfte Produkt kondensiert und als Destillat nach unten in ein Destillatauffanggefäß läuft. Zum Aus­ gleich der Pendelbewegung des Dampfrohres mit dem Antrieb und dem Rotationskol­ ben gegenüber dem feststehenden Kühler ist in dem Leitungsabzweig ein Ausgleich­ selement angeordnet. Die Mittelachse des Ausgleichselements, die der Strömungsrich­ tung des Dampfes entspricht, verläuft im wesentlichen waagerecht oder horizontal.

Verwendet man nun wie in der DE-PS 12 24 062 auch beim Rotationsverdampfer ge­ mäß DE 35 22 607 A1 einen Faltenbalg als Ausgleichselement, so können sich unter ungünstigen Bedingungen Niederschläge im Faltenbalg bilden, die wegen dessen waage­ rechter Anordnung sich in den unteren Falten sammeln und nicht mehr abfließen kön­ nen. Das Ausgleichselement bei der DE 35 22 607 A1 ist außerdem relativ weit entfernt von der Pendelachse angeordnet. Dadurch wird das Ausgleichselement bei der Pendel­ bewegung einer relativ starken Verformung, insbesondere Verbiegung, Streckung und/oder Stauchung, ausgesetzt, was in der Praxis unter Umständen Funktionsstörun­ gen nach sich ziehen kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Rotationsverdampfer mit Pendel­ system anzugeben, bei dem die genannten Nachteile beim Stand der Technik wenigstens zum Teil beseitigt oder zumindest gemildert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Der Rotationsverdampfer gemäß Anspruch 1 umfaßt

• a) ein Rotationsgefäß (oder: Arbeitsgefäß) zur Aufnahme von zu verdampfenden Substanzen und
• b) eine Antriebseinrichtung zum Rotieren des Rotationsgefäßes um eine durch das Rotationsgefäß verlaufende Rotationsachse (Drehachse),
• c) wobei das Rotationsgefäß zusätzlich um eine Schwenkachse (Pendelachse) schwenkbar ist, die
  • 1. außerhalb des Rotationsgefäßes und
  • 2. bezogen auf die Schwerkraft (Gravitationskraft, Erdanziehungskraft) oberhalb der Rotationsachse des Rotationsgefäßes verläuft (angeordnet ist).

Ein besonderer Vorteil der Anordnung der Schwenkachse oberhalb der Rotationsachse besteht darin, daß der Bereich unterhalb der Rotationsachse frei wird und andere Kom­ ponenten in diesem unteren Bereich angeordnet werden können. Dadurch ist ein kom­ pakter Aufbau des Rotationsverdampfers möglich. Unter den Begriffen Rotationsachse und Schwenkachse werden geometrische Achsen oder, mathematisch ausgedrückt, Ge­ raden im Raum verstanden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Rotationsverdampfers gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Die Rotationsachse ist in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen ortho­ gonal zur Schwenkachse gerichtet. Vorzugsweise ist das Rotationsgefäß wenigstens an­ nähernd rotationssymmetrisch bezüglich einer Gefäßmittelachse ausgebildet, um ein gleichmäßiges Trägheitsmoment zu erreichen. Im allgemeinen fällt die Rotationsachse dann mit der Gefäßmittelachse zusammen, wodurch Unwuchten bei der Drehbewegung vermieden werden. Das Rotationsgefäß ist ferner im allgemeinen in wenigstens einem Rotationslager um die Rotationsachse rotierbar gelagert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Rotationsgefäß mit einem Ende einer nicht mit dem Rotationsgefäß mitrotierenden Dampfleitung zum Transport der verdampften Substanz(en) verbunden ist. Ein anderes Ende der Dampfleitung ist dann vorzugsweise an einen Kühler (Kondensator) angeschlossen zur Kondensation der verdampften Sub­ stanz(en). Der Kühler ist vorzugsweise bezogen auf die Schwerkraft oberhalb der Lei­ tung angeordnet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Rotationsverdampfers ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfleitung wenigstens ein flexibles Ausgleichselement angeordnet ist. Dabei ist ein zwischen Rotationsgefäß und Ausgleichselement verlaufen­ der erster Dampfleitungsteil mit dem Rotationsgefäß gemeinsam um die Schwenkachse schwenkbar und ein am Ausgleichselement anschließender zweiter Dampfleitungsteil, der im allgemeinen zum Kühler führt, nicht mit dem Rotationsgefäß um die Schwen­ kachse schwenkbar. Das Ausgleichselement verbindet die beiden Dampfleitungsteile strömungstechnisch miteinander und gleicht die durch die Schwenkbewegung verur­ sachte Lageänderung zwischen den beiden Dampfleitungsteilen aus. Das Ausgleich­ selement ist im allgemeinen ein Faltenbalg oder ein flexibler Schlauch.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Schwenkachse die Dampfleitung kreuzt, also durch die Dampfleitung verläuft. Dadurch können Hebelkräfte und Träg­ heitsmomente gering gehalten werden. Besonders vorteilhaft ist nun, wenn die Schwen­ kachse durch das Ausgleichselement, vorzugsweise zumindest annähernd durch einen Mittelpunkt des Ausgleichselements, insbesondere einen Schnittpunkt zweier Diagona­ len des Ausgleichselements, verläuft. Dies hat zur Folge, daß die Verformung des Aus­ gleichselements bei der Schwenkbewegung minimal gehalten werden kann.

Vorzugsweise ist der zweite (ortsfeste) Leitungsteil der Dampfleitung zumindest im Be­ reich des an das Ausgleichselement angeschlossenen Endes im wesentlichen parallel zur Schwerkraft angeordnet.

Der Rotationsverdampfer umfaßt in einer vorteilhaften Weiterbildung ein Flüssigkeits­ bad, in das das Rotationsgefäß im Betrieb eintaucht oder eintauchbar ist, wobei sich das Eintauchen und/oder die Lage des Rotationsgefäßes im Flüssigkeitsbad durch Schwenkbewegung um die Schwenkachse selbsttätig einstellt oder verändert. Das Flüs­ sigkeitsbad dient im allgemeinen als Wärmequelle zum Einstellen einer Prozeßtempera­ tur im Rotationsgefäß.

Das Rotationsgefäß ist vorzugsweise um die Schwenkachse zumindest in einem vorge­ gebenen Schwenkbereich frei schwenkbar, so daß sich die Schwenkwinkelposition des Rotationsgefäßes und damit dessen Lage im Flüssigkeitsbad selbst aufgrund des Auf­ triebs des Rotationsgefäßes mit darin enthaltenen Substanzen in dem Flüssigkeitsbad einstellt. Dadurch werden die Lager und Aufhängungen des Rotationsgefäßes entlastet von Drehmomenten und Hebelkräften. Es ist natürlich neben einer freien Schwenklage­ rung auch möglich, einen Schwenkantrieb zum gezielten Einstellen der Schwenklage des Rotationsgefäßes vorzusehen.

In der Regel zeigt das Rotationsgefäß schräg nach unten, ist also in einem Schwenkbe­ reich schwenkbar, der zwischen einer horizontalen, d. h. senkrecht zur Schwerkraft ge­ richteten, Lage der Rotationsachse und einer vertikalen, nach unten, d. h. parallel zur Schwerkraft, gerichteten Lage der Rotationsachse liegt.

Die Anordnung der Schwenkachse zur Rotationsachse ist vorzugsweise so, daß eine von der Rotationsachse und der Schwerkraft aufgespannte vertikale Bezugsebene im we­ sentlichen senkrecht zur Schwenkachse gerichtet ist und der Schnittpunkt dieser Bezug­ sebene mit der Schwenkachse bezogen auf die Schwerkraft in jeder Schwenklage des Rotationsgefäßes oberhalb eines Schnittpunktes der Rotationsachse mit einer durch den Schnittpunkt der Bezugsebene mit der Schwenkachse in Richtung der Schwerkraft ver­ laufenden vertikalen Geraden liegt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt die Schwenkachse in der Nähe der Rotationsachse, um die Auslenkung oder Verformung des Ausgleichselements ge­ ring zu halten und/oder den Dampfweg möglichst kurz zu gestalten. Der Abstand der Schwenkachse von der Rotationsachse liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem zweifachen und dem sechsfachen Wert eines Durchmessers (oder: einer lichten Weite) des Querschnitts der Dampfleitung.

Die Dampfleitung weist in einer weiteren Ausführungsform im ersten Leitungsteil einen Übergangsbereich, insbesondere eine Biegung, zwischen einem parallel oder koaxial zur Rotationsachse verlaufenden ersten Bereich und einem im wesentlichen senkrecht auf die Schwenkachse zulaufenden zweiten Bereich auf. Durch den Winkel zwischen den beiden Bereichen des ersten Dampfleitungsteiles bzw. die Biegung kann der Dampfweg von einem zur Rotationsachse parallelen Teilweg unmittelbar in einen senkrecht, d. h. parallel zur Gravitationskraft, verlaufenden Teilweg übergeführt werden, so daß ein praktisch minimaler Dampfweg in Auftriebsrichtung des Dampfes verwirklichbar ist.

Eine Rückflußvorrichtung des Rotationsverdampfers ist dadurch gebildet, daß der Kühler einen Destillatsammler aufweist, der über wenigstens eine Verschließeinrichtung mit einem Destillatgefäß verbunden oder verbindbar ist, und bei geschlossener Ver­ schließeinrichtung und gefülltem Destillatsammler Destillat über die Dampfleitung in das Rotationsgefäß zurückfließt. Der Kühler ist dabei vorzugsweise schrägliegend ange­ ordnet, so daß Destillat aufgrund der Schwerkraft in den vorzugsweise im unteren Be­ reich des Kühlers angeordneten Destillatsammler fließen kann. Besonders vorteilhaft ist für die Rückführung des Destillats die große Steilheit oder sogar senkrechte Anordnung der Dampfleitung, wodurch das Destillat aufgrund der Schwerkraft schnell und ohne Rückstände, beispielsweise im Faltenbalg, zurückfließen kann. Ein Rückfluß von De­ stillat in das Rotationsgefäß kann auch über eine weitere Leitung, die, ggf. über eine weitere Verschließeinrichtung, mit der dem Destillatsammler nachgeschalteten Ver­ schließeinrichtung verbunden ist, erfolgen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

Fig. 1 ein Rotationsverdampfer in einer Frontansicht,

Fig. 2 der Rotationsverdampfer gemäß Fig. 1 in einer Rückansicht und

Fig. 3 ein Teil des Rotationsverdampfers gemäß Fig. 1 und 2 in einer geschnittenen Seitenansicht
jeweils schematisch veranschaulicht sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den Fig. 1 bis 3 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Rotationsverdampfer gemäß Fig. 1 und Fig. 2 umfaßt ein Rotationsgefäß (oder: Arbeitsgefäß) 2, das über eine Antriebseinrichtung 6 um eine Rotationsachse (Drehach­ se) R rotierbar (drehbar) ist. Das Rotationsgefäß 2 taucht in ein Flüssigkeitsbad 3 mit einer Flüssigkeit F ein. Die Neigung der Rotationsachse R gegenüber der orthogonal zur Gravitationskraft (Erdanziehungskraft) G gerichteten Horizontalen H' ist mit einem Winkel α und die Neigung der Rotationsachse R zur parallel zur Gravitationskraft ge­ richteten Vertikalen ist durch einen Winkel β gekennzeichnet, wobei α + β = 90°.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rotationsgefäß 2 im wesentlichen rotati­ onssymmetrisch zur Rotationsachse R als Symmetrieachse ausgebildet und umfaßt einen im wesentlichen kugelförmigen Aufnahmebereich 20 zur Aufnahme der zu verdampfenden flüssigen Substanz(en) und einen sich an einer Öffnung im kugelförmigen Auf­ nahmebereich 20 anschließenden Stutzen 21, der über eine Flanschverbindung 22 an eine Hohlwelle (Rohrteil) 17 angeschlossen ist, die von der Antriebseinrichtung 6 ange­ trieben oder antreibbar ist.

Das Rotationsgefäß 20 hat also im dargestellten Ausführungsbeispiel die Gestalt eines Rotationskolbens.

Am entgegengesetzten Ende der Antriebseinrichtung 6 ist eine Aufnahmevorrichtung 23 angeordnet, die ortsfest, also nicht mitrotierbar, ist und eine Leitung 26 zum Trans­ port der gasförmigen verdampften Substanz(en) aufnimmt und hält. Die Hohlwelle 17 mit dem angeschlossenen mitrotierenden Stutzen 21 des Rotationsgefäßes 20 ist gegen­ über der nicht mitrotierenden Leitung 26 über eine in der Aufnahmevorrichtung 23 aufgenommene Rotationsdichtung abgedichtet. Die Antriebseinrichtung 6 und die Auf­ nahmevorrichtung 23 mit der daran angeschlossenen Leitung 26 sind beide an einem Gehäuse 8 befestigt und gehalten, das mit einem Schwenkbereich (Schwenkarm) unge­ fähr der Biegung der Leitung 26 folgend nach oben verläuft und in einem Schwenklager 10 um eine Schwenkachse S schwenkbar gelagert ist.

Die beiden Leitungen 26 und 27 sind also gegeneinander um die Schwenkachse S ver­ schwenkbar. Dabei bleibt die Leitung 27 ortsfest in der dargestellten Lage an einer ka­ stenförmigen, auf einer Bodenplatte 58 stehenden Trägereinrichtung 9 gehalten, wäh­ rend die Leitung 26 mit den bezüglich der Schwenkachse S ortsfest zur Leitung 26 an­ geordneten Rotationsgefäß 2, Antriebseinrichtung 6 und Aufnahmevorrichtung 23 um die Schwenkachse S schwenkbar ist. Das Schwenklager 10 ist ebenfalls in der Trägerein­ richtung 9 in der durch die Schwenkachse S festgelegten Stellung gehalten. Die Schwen­ kachse S verläuft also horizontal, d. h. senkrecht zur Graviationskraft G.

Die Leitung 26 weist einen im wesentlichen koaxial zur Rotationsachse R verlaufenden Leitungsbereich 24 und einen im wesentlichen vertikal, d. h. parallel zur Gravitations­ kraft G verlaufenden, zweiten Leitungsbereich 25 auf, die einen stumpfen Winkel von über 90°, beispielsweise 100°, miteinander einschließen. Die beiden Leitungsbereiche 24 und 25 der Leitung 26 sind über einen gekrümmten Bereich miteinander verbunden. Die Leitung 26 ist insbesondere als Winkelrohrstück ausgebildet.

Der vertikale Leitungsbereich 25 mündet in ein als Faltenbalg ausgebildetes Ausgleichs­ element 50, an dessen entgegengesetzter Seite sich eine vertikal erstreckende weitere Leitung 27 anschließt. An die vom Ausgleichselement 50 abgewandte Seite der Leitung 27 ist ein Kühler 4 angeschlossen.

Die Leitung 26 und die Leitung 27 sind im allgemeinen aus Glas oder einem anderen starren Material gebildet, das bei Knickung oder Biegung durch die Schwenkbewegung zerstört würde. Deshalb sind die beiden Leitungen 26 und 27 über das Ausgleichsele­ ment 50 flexibel miteinander verbunden, so daß eine flexible Strömungsverbindung zwischen den beiden Leitungen 26 und 27 möglich ist.

Das Rotationsgefäß 2 ist also in dem Schwenklager 10 um die Schwenkachse S schwenkbar, wodurch ein Pendelsystem verwirklicht ist. Die Schwenkachse S und das Schwenklager 10 könnten deshalb auch als Pendelachse bzw. Pendellager bezeichnet werden. Die Fig. 1 zeigt eine Stellung, bei der der Leitungsbereich 25 der Leitung 26 koaxial und parallel zur Leitung 27 und damit zur Graviationskraft G gerichtet ist und somit der Faltenbalg des Ausgleichselements 50 in einem entspannten, mit der Mitte­ lachse parallel zur Graviationskraft G verlaufenden Zustand ist. Bei einer Schwenkung des Rotationsgefäßes 2 um die Schwenkachse S nehmen nun die Mittelachsen des Lei­ tungsbereiches 25 der Leitung 26 und der Leitung 27 einen Winkel zueinander ein, der dem Schwenkwinkel aus der dargestellten Nullage heraus entspricht. Entsprechend wird bei einer Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn (in der Darstellung der Fig. 1) das Rota­ tionsgefäß 2 sich nach oben und etwas nach links aus der Flüssigkeit F des Flüssigkeits­ bades 3 heben, so daß der Winkel α zwischen der Horizontalen H' und der Rotati­ onsachse R kleiner und der Winkel β zwischen der Rotationsachse R und der Gravitati­ onskraft G größer wird. Bei einer Schwenkbewegung gegen den Uhrzeigersinn wird das Rotationsgefäß 2 dagegen tiefer in die Flüssigkeit F des Flüssigkeitsbades 3 eintauchen, so daß der Winkel α größer und der Winkel β kleiner wird. Anders beschrieben, wird der Schnittpunkt P2 zwischen der Mittelachse des Leitungsteils 25 und der Rotationsachse R beim nach links erfolgenden Schwenken nach links oben und beim Schwenken entge­ gen dem Uhrzeigersinn nach rechts unten wandern.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rotationsgefäß 2 um die Schwenkachse S frei schwenkbar, so daß abhängig von der Befüllung und dem Eigengewicht des Rotati­ onsgefäßes 2 und der daraus resultierenden Auftriebskraft in der Flüssigkeit F sich eine Gleichgewichtslage als Schwenklage frei und automatisch einstellt.

Ein Schnittpunkt der Schwenkachse S mit der senkrecht zur Gravitationskraft G ge­ richteten Horizontalen H ist mit P1 bezeichnet. Der Schnittpunkt P1 der Schwenkachse S mit der durch die Gravitationskraft G und die Rotationsachse R aufgespannten verti­ kalen Ebene liegt gemäß Fig. 1 im Mittelpunkt, d. h. im Schnittpunkt der Diagonalen, des Ausgleichselementes 50, so daß die Verformung des Ausgleichselementes 50 beim Ausgleich der Schwenkbewegung um die Schwenkachse S minimal gehalten werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Rotationsverdampfers gemäß den Fig. 1 und 2, der das Schwenklager 10 in weiteren Einzelheiten zeigt. Das Schwenklager 10 umfaßt eine Schwenkwelle 10C, die in zwei, insbesondere als Wälzlager, vorzugsweise Kugellager, ausgebildete Teillagern 10A und 10B an beiden Seiten der säulenartigen Trägereinrich­ tung 9 koaxial zur (geometrischen) Schwenkachse S gelagert ist.

Wie in Fig. 2 zu erkennen, kann auch eine Dämpfungsvorrichtung 55 vorgesehen sein, die über ein Gegengewicht 57 fest mit dem Schwenklager 10 verbunden ist und für eine spielfreie Lagerung und Dämpfung von resonanten Schwingungen des Rotationsgefäßes 2 sorgt. Die Dämpfungsvorrichtung 55 kann insbesondere hydraulisch mit einer Ölfül­ lung funktionieren.

Im Biegungsbereich der Leitung 26 zwischen den beiden Leitungsbereichen 24 und 25 sind zwei nicht näher bezeichnete Anschlüsse vorgesehen, durch die zwei dünne Lei­ tungen 32 und 33 ins Innere der Leitung 26 und durch den Stutzen 21 in den Aufnah­ mebereich 20 des Rotationsgefäßes 2 führen. Die Leitung 33 bildet eine Zuführleitung zum Zuführen des zu behandelnden Produktes, insbesondere einer zu konzentrierenden oder zu destillierenden flüssigen Substanz. Die Leitung 33 ist dabei über ein Ventil als Verschließeinrichtung 13 und eine weitere Leitung 36 mit einem das Produkt enthalten­ den Produktgefäß 7 verbunden. Die weitere Leitung 32 dient zum Rückfluß oder zur Zufuhr von Destillat, insbesondere bereits verdampfter und wieder auskondensierter Flüssigkeit, in den Aufnahmebereich 20 des Rotationsgefäßes 2, ist aber nicht unbedingt erforderlich.

Im Betrieb des Rotationsverdampfers wird das Flüssigkeitsbad 3 mit der Flüssigkeit F durch eine nicht dargestellte Beheizung auf eine für den Rotationsverdampfungsprozeß gewünschte Temperatur oder ein gewünschtes Temperaturprofil geregelt. Durch die Rotation des Rotationsgefäßes 2 um die Rotationsachse R wird an der Innenwand des Aufnahmebereiches 20 ein dünner Film, insbesondere ein Flüssigkeitsfilm, mit der zu verdampfenden Substanz(en) erzeugt. Aus diesem Film wird durch die thermische Energiezufuhr aus der Flüssigkeit F die Substanz kontrolliert verdampft und durch den Stutzen 21, die Leitung 26 und die Leitung 27 als Dampf oder Gasleitung nach oben geführt zu dem Kühler 4. In dem Kühler 4 ist ein Wärmetauscher 40 vorgesehen, durch den der Dampf seine Wärme abgibt und im Kühler 4 wieder zu Flüssigkeit auskonden­ siert. Das Kondensat oder Destillat wird in einem Destillatsammler 41 im unteren Be­ reich des Kühlers 4 gesammelt und über eine Leitung 35 am unteren Ende des Destillat­ sammlers 41, eine Verschließeinrichtung 11, eine weitere Leitung 31, eine Verschließein­ richtung 12 und eine weitere Leitung 34 einem Destillatsammelgefäß 5 zugeführt.

Die Verschließeinrichtung 12 kann als Dreiwege-Ventil oder -Hahn ausgebildet sein und verbindet die Leitung 31 nicht nur mit der Leitung 34, sondern auch mit der bereits erwähnten Leitung 32. Je nach Einstellung der Verschließeinrichtung 12 kann somit ein Teil oder das gesamte Destillat, das aus dem Destillatsammler 41 kommend durch die Leitung 31 fließt, in die Leitung 32 weitergeleitet werden und somit zurück in den Auf­ nahmebereich 20 des Rotationsgefäßes 2 fließen. Es ist somit eine Rückflußvorrichtung gebildet zum Rückfließen von bereits verdampften und wieder auskondensierten De­ stillat aus dem Kühler 4 zurück in den Aufnahmebereich 20 des Rotationsgefäßes 2.

Sperrt man die Verschließeinrichtung 11 ab, so wird der Destillatsammler 41 des Küh­ lers 4 überflutet und das nicht mehr über die Leitung 35 abfließende Destillat fließt nun über die Dampfleitung, also die Leitungen 27 und 26 sowie den Stutzen 21, als Rück­ flußvorrichtung direkt in den Aufnahmebereich 20 des Rotationsgefäßes 2 zurück. Da­ durch wird eine verbesserte Selbstreinigung des Dampfweges erreicht.

Der Dampfweg für das verdampfte Produkt ist in der Anordnung gemäß der Erfindung sehr kurz gehalten und verläuft praktisch entlang der vertikalen Auftriebsrichtung des Dampfes.

Im Normalfall enthält das aus dem Produktgefäß 7 stammende Produkt im Aufnahme­ bereich 20 des Rotationsgefäßes 2 wenigstens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten oder Verdampfungstemperaturen, so daß nur eine oder ein Teil der ent­ haltenen Substanzen mit niedrigerem Siedepunkt beim Rotationsverdampfungsprozeß verdampft und die Substanz(en) mit den höheren Siedepunkten im Rotationsgefäß 2 verbleiben. Dadurch kann eine Konzentration oder Destillation des Ausgangsproduktes erreicht werden.

Bezugszeichenliste

2

Rotationsgefäß

3

Flüssigkeitsbad

4

Kühler

5

Destillatsammelgefäß

6

Antriebseinrichtung

7

Produktgefäß

8

Gehäuse

9

Trägereinrichtung

10

Schwenklager

10

A,

10

B Teillager

10

C Schwenkwelle

11

,

12

,

13

Verschließeinrichtung

17

Hohlwelle

20

Aufnahmebereich

21

Stutzen

22

Flanschverbindung

23

Aufnahmevorrichtung

24

,

25

Leitungsteil

26

,

27

Leitung

31

bis

36

Leitung

40

Wärmetauscher

41

Destillatsammler

50

Ausgleichselement

55

Hebe- und Senkeinrichtung

56

Anschlüsse

57

Gegengewicht

58

Bodenplatte
F Flüssigkeit
G Gravitationskraft
H, H' Horizontale
R Rotationsachse
S Schwenkachse
P1 oberer Schnittpunkt
P2 unterer Schnittpunkt
α, β Winkel

Claims (23)

1. Rotationsverdampfer mit

• a) einem Rotationsgefäß (2) zur Aufnahme von zu verdampfenden Substanzen und
• b) einer Antriebseinrichtung (6) zum Rotieren des Rotationsgefäßes um eine durch das Rotationsgefäß verlaufende Rotationsachse (R),
• c) wobei das Rotationsgefäß zusätzlich um eine Schwenkachse (S) schwenkbar ist, die
  • 1. außerhalb des Rotationsgefäßes und
  • 2. bezogen auf die Gravitationskraft (G) oberhalb der Rotationsachse des Rotati­ onsgefäßes verläuft.

2. Rotationsverdampfer nach Anspruch 1, bei dem die Rotationsachse im wesentli­ chen orthogonal zur Schwenkachse gerichtet ist.

3. Rotationsverdampfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Rotati­ onsgefäß wenigstens annähernd rotationssymmetrisch bezüglich einer Ge­ fäßmittelachse ausgebildet ist.

4. Rotationsverdampfer nach Anspruch 3, bei der die Rotationsachse mit der Ge­ fäßmittelachse übereinstimmt.

5. Rotationsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rotationsgefäß in wenigstens einem Rotationslager um die Rotationsachse ro­ tierbar gelagert ist.

6. Rotationsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rotationsgefäß mit einem Ende einer nicht mit dem Rotationsgefäß mitrotieren­ den Leitung (26, 27) verbunden ist.

7. Rotationsverdampfer nach Anspruch 6, bei dem ein anderes Ende der Leitung (27) in einen Kühler (4) mündet.

8. Rotationsverdampfer nach Anspruch 7, bei dem der Kühler bezogen auf die Gravitationskraft oberhalb der Leitung (27), vorzugsweise schrägliegend, ange­ ordnet ist.

9. Rotationsverdampfer nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der Kühler einen Destillatsammler (41) zum Sammeln von in dem Kühler auskondensiertem Destillat aufweist, der über wenigstens eine Verschließeinrichtung (11) mit einem Destillatgefäß verbunden oder verbindbar ist, wobei bei geschlossener Ver­ schließeinrichtung und gefülltem Destillatsammler Destillat über die Leitung in das Rotationsgefäß zurückfließt.

10. Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Schwenk­ achse die Leitung (26, 27) kreuzt.

11. Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Leitung (25, 27) wenigstens ein flexibles Ausgleichselement (50) umfaßt, wobei ein zwi­ schen Rotationsgefäß und Ausgleichselement verlaufender erster Leitungsteil (26) mit dem Rotationsgefäß gemeinsam um die Schwenkachse schwenkbar ist sowie ein am Ausgleichselement anschließender zweiter Leitungsteil (27) nicht mit dem Rotationsgefäß um die Schwenkachse (S) schwenkbar ist und wobei das Ausgleichselement (50) die beiden Leitungsteile (25, 27) miteinander verbindet und die durch eine Schwenkbewegung verursachte Lageänderung zwischen den beiden Leitungsteilen ausgleicht.

12. Rotationsverdampfer nach Anspruch 10 und Anspruch 11, bei dem die Schwen­ kachse (S) die Leitung im Bereich des Ausgleichselements (50) kreuzt.

13. Rotationsverdampfer nach Anspruch 12, bei dem die Schwenkachse zumindest annähernd durch einen Mittelpunkt (P1) des Ausgleichselements, vorzugsweise durch einen Schnittpunkt zweier Diagonalen des Ausgleichselements, verläuft.

14. Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Aus­ gleichselement ein flexibler Schlauch oder ein Faltenbalg ist.

15. Rotationsverdampfer nach einem der Anspruche 11 bis 14, bei dem der zweite Leitungsteil (27) zumindest im Bereich des an das Ausgleichselement (50) ange­ schlossenen Endes im wesentlichen parallel zur Gravitationskraft angeordnet ist.

16. Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem das erste Leitungsteil gegenüber dem zweiten Leitungsteil in einem Schwenkwinkelbereich an der oder um die Richtung der Gravitationskraft schwenkbar ist.

17. Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der die Leitung im ersten Leitungsteil einen parallel oder koaxial zur Rotationsachse verlaufen­ den Bereich (24) und einen im wesentlichen senkrecht auf die Schwenkachse zulaufenden Bereich (25) aufweist.

18. Rotationsverdampfer nach Anspruch 17, bei dem die beiden Bereiche des ersten Leitungsteils über eine Biegung verbunden sind und vorzugsweise unter einem Winkel von über 90° zueinander gerichtet sind.

19. Rotationsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Flüssigkeitsbad (3), in das das Rotationsgefäß im Betrieb eintaucht oder ein­ tauchbar ist, wobei das Eintauchen und/oder die Lage des Rotationsgefäßes im Flüssigkeitsbad durch Schwenkbewegung um die Schwenkachse frei veränderlich ist.

20. Rotationsverdampfer nach Anspruch 19, bei dem das Rotationsgefäß um die Schwenkachse zumindest in einem vorgegebenen Schwenkbereich frei schwenk­ bar ist, so daß die Schwenkwinkelposition und damit die Lage im Flüssigkeitsbad des Rotationsgefäßes sich selbst aufgrund des Auftriebs des Rotationsgefäßes mit darin enthaltenen Substanzen in dem Flüssigkeitsbad einstellt.

21. Rotationsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rotationsgefäß in einem Schwenkbereich schwenkbar ist, der zwischen einer ho­ rizontalen, d. h. senkrecht zur Gravitationskraft gerichteten, Lage der Rotati­ onsachse und einer vertikalen, nach unten, d. h. parallel zur Gravitationskraft, gerichteten Lage der Rotationsachse liegt.

22. Rotationsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine von der Rotationsachse und der Gravitationskraft aufgespannte vertikale Bezug­ sebene im wesentlichen senkrecht zur Schwenkachse gerichtet ist und der Schnittpunkt dieser Bezugsebene mit der Schwenkachse bezogen auf die Gravi­ tationskraft in jeder Schwenklage des Rotationsgefäßes oberhalb eines Schnitt­ punktes der Rotationsachse mit einer durch den Schnittpunkt der Bezugsebene mit der Schwenkachse in Richtung der Gravitationskraft verlaufenden vertikalen Geraden liegt.

23. Rotationsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwenkachse in der Nähe der Rotationsachse liegt.