DE102006004927A1

DE102006004927A1 - Rotationsverdampfer

Info

Publication number: DE102006004927A1
Application number: DE200610004927
Authority: DE
Original assignee: BOERJES PESTALOZZA HENRICH; Borjes-Pestalozza Henrich
Current assignee: BOERJES PESTALOZZA HENRICH; Borjes-Pestalozza Henrich
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-09
Also published as: WO2007088011A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationsverdampfer (1) mit einem drehantreibbaren Verdampferkolben (2) für die einzudampfende Flüssigkeit sowie mit einer Heizquelle (3) zum Erhitzen des Verdampferkolbens (2). Nach einem Vorschlag gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Infrarot-Heizstrahler als Heizquelle (3) vorgesehen ist, dessen Infrarotstrahlung zur Wärmeübertragung auf den Verdampferkolben (2) dient. Zusätzlich oder stattdessen kann eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Ist-Temperatur der im Verdampferkolben (2) befindlichen einzudampfenden Flüssigkeit vorgesehen sein, die beispielsweise zumindest einen Infrarot-Sensor (6) zur Temperaturerfassung hat (Figur).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationsverdampfer mit einem drehantreibbaren Verdampferkolben für die einzudampfende Flüssigkeit sowie mit einer Heizquelle zum Erhitzen des Verdampferkolbens.

Rotationsverdampfer der eingangs erwähnten Art werden im Laborbereich verwendet, um gegebenenfalls auch lösemittelhaltige Flüssigkeitsmischungen in ihre Bestandteile zu trennen. Dabei rotiert der auf einen definierten Unterdruck gesetzte Verdampferkolben in einem Wasser- oder Ölbad, das die von der Heizquelle auf das Wasser- oder Ölbad ausgeübte Wärme über den Verdampferkolben auf die im Verdampferkolben befindliche, einzudampfende Flüssigkeit überträgt. Die Flüssigkeitsmischung wird dadurch derart erwärmt, dass ein Bestandteil der Flüssigkeitsmischung seinen Siedepunkt erreicht, verdampft und aus der Flüssigkeitsmischung ausgeschieden werden kann. Die Verdampfungsrate des in der Flüssigkeitsmischung enthaltenen Lösungsmittels kann durch die Kolbengröße des Verdampferkolbens, den Systemdruck im Rotationsverdampfer und/oder durch die Ro tationsgeschwindigkeit des Verdampferkolbens beeinflusst werden, da die Flüssigkeit durch die Rotation des Verdampferkolbens auf dessen heißen Wandinnenflächen einen dünnen Film bildet, der eine leichtere Verdunstung ermöglicht. Bei einer das Optimum übersteigenden Rotationsgeschwindigkeit besteht jedoch die Gefahr einer unerwünschten Verwirbelung der im Verdampferkolben befindlichen Flüssigkeitsmischung, die wiederum eine längere Destillier- und Verfahrensdauer zur Folge haben kann. Da bei den vorbekannten Rotationsverdampfern der Verdampferkolben in einem Wasser- oder Ölbad rotiert und der Kolbeninhalt dort nicht ohne weiteres zugänglich ist, lässt sich bei diesen vorbekannten Rotationsverdampfern die Temperatur des einzudampfenden Flüssigkeitsgemisches nur indirekt durch eine Temperaturmessung im Wasser- oder Ölbad ermitteln. Zudem ist ein Hebemechanismus notwendig, um den Verdampferkolben bei Bedarf aus dem Wasser- oder Ölbad herausheben und an das Kolbeninnere gelangen zu können. Auch wegen dieses Hebemechanismus sind die vorbekannten Rotationsverdampfer mit einem nicht unerheblichen apparativen Aufwand verbunden.

Es besteht daher die Aufgabe, den apparativen Aufwand für einen solchen Rotationsverdampfer zu vereinfachen, wobei sich der erfindungsgemäße Rotationsverdampfer durch präzise festlegbare Arbeitsbedingungen auszeichnen soll.

Ein erfindungsgemäßer Vorschlag zur Lösung dieser Aufgabe sieht insbesondere vor, dass zumindest ein Infrarot-Heizstrahler als Heizquelle vorgesehen ist, dessen Infrarotstrahlung zur Wärmeübertragung auf den Verdampferkolben dient. Der erfindungsgemäße Rotationsverdampfer weist zumindest einen Infrarot-Heizstrahler als Heizquelle auf. Der Heizstrahl dieses Infrarot-Heizstrahlers kann präzise auf den Verdampferkolben des Rotationsverdampfers ausgerichtet und auf das bei spielsweise aus Borosilikatglas hergestellte Kolbenmaterial eingestellt werden, wobei die Heizleistung dieser Heizquelle präzise eingeregelt werden kann. Dieser Infrarot-Heizstrahler macht beispielsweise ein Wasser- oder Ölbad sowie einen Hebemechanismus für den Verdampferkolben entbehrlich und vermag den apparativen Aufwand für einen solchen Rotationsverdampfer wesentlich zu vereinfachen.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag zur Lösung der oben gestellten Aufgabe, die einen Rotationsverdampfer mit einer Temperaturmesseinrichtung betrifft, sieht insbesondere vor, dass die Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung ausgestaltet und zur Messung der Temperatur des Verdampferkolbens vorgesehen ist. Bei diesem Erfindungsvorschlag ist die Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung ausgestaltet. Diese berührungslose Temperaturmesseinrichtung ist zur Messung der Temperatur des Verdampferkolbens vorgesehen, um anhand der Temperatur des Verdampferkolbens einen Rückschluss auf die Ist-Temperatur der im Verdampferkolben befindlichen, einzudampfenden Flüssigkeit ziehen zu können. Da die Temperaturmesseinrichtung ein berührungsloses Temperaturmessverfahren erlaubt, und da die Temperaturmesseinrichtung ein in ein Wasser- oder Ölbad einzutauchendes Thermometer entbehrlich macht, kann der apparative Aufwand für einen solchen Rotationsverdampfer wesentlich vereinfacht werden.

Dabei wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher die Temperatur-Messeinrichtung zumindest einen Infrarot-Sensor zur Temperaturerfassung hat. Mit Hilfe dieses Infrarot-Sensors lässt sich beispielsweise die Ist-Temperatur des Verdampferkolbens und damit auch die Temperatur der im Verdampferkolben befindlichen Flüssigkeit präzise messen, um anschließend beispielsweise die Heizleistung der Heizquelle auf die Siedetemperatur des zu verdampfenden Flüssigkeitsbestandteils einzuregeln.

Eine bevorzugte Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, dass der zumindest eine Infrarot-Heizstrahler in einem bestimmten Infrarot-Frequenzbereich abstrahlt und dass der wenigstens eine Infrarot-Sensor in einem demgegenüber anderen Infrarot-Frequenzbereich arbeitet. Da der Heizstrahler und der Infrarot-Sensor in voneinander unterschiedlichen Infrarot-Frequenzbereichen arbeiten, können sich die Infrarot-Sensoren beziehungsweise Infrarot-Quellen nicht gegenseitig stören.

Die Verdampfungsrate des in der Flüssigkeitsmischung enthaltenen Lösungsmittels kann durch die Kolbengröße des Verdampferkolbens, den Systemdruck im Rotationsverdampfer und/oder durch die Rotationsgeschwindigkeit des Verdampferkolbens beeinflusst werden, da die Flüssigkeit durch die Rotation des Verdampferkolbens auf dessen heißen Wandinnenflächen einen dünnen Film bildet, der eine leichtere Verdunstung ermöglicht. Um die Verdampfungsrate noch zusätzlich beeinflussen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Heizleistung des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers regulierbar ist.

Da der Rotationsverdampfer auch mit verschiedenen Verdampferkolben unterschiedlicher Kolbengröße eingesetzt werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die von der Heizquelle im Bereich des Verdampferkolbens bestrahlte Fläche variierbar ist. Da die von der Heizquelle bestrahlte Fläche variiert und somit vergrößert oder verkleinert werden kann, lässt sich die Heizquelle auf den jeweiligen Durchmesser des verwendeten Verdampferkolbens einstellen. Auf diese Weise lässt sich auch eine bloß punktförmige Erwärmung des Verdampferkolbens vermeiden.

Um die Heizleistung der Heizquelle beispielsweise an die Kolbengröße des verwendeten Verdampferkolbens anpassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn zum Regulieren der Heizleistung des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers eine Regelelektronik vorgesehen ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn mittels der Regelelektronik die Heizleistung, der Systemdruck im Rotationsverdampfer und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des Verdampferkolbens regulierbar sind; somit können diese Verfahrensparameter derart variiert und zueinander eingestellt werden, bis sich ein Optimum erreichen lässt.

Um die Heizleistung der Heizquelle bei Bedarf erhöhen und um die Heizquelle an die Kolbengröße des verwendeten Verdampferkolbens anpassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Heizquelle mehrere Infrarot-Heizstrahler hat, die vorzugsweise separat und/oder gruppenweise zu- oder abschaltbar sind.

Um den während des Betriebs des erfindungsgemäßen Rotationsverdampfers heißen Verdampferkolben gut sichern zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Verdampferkolben zumindest bereichsweise von einer Schutzhaube umschlossen ist und wenn die Schutzhaube vorzugsweise zumindest ein transparentes Sichtfenster zum Verdampferkolben aufweist. Eine solche Schutzhaube verhindert, dass sich der Anwender an dem heißen Verdampferkolben unbeabsichtigt verbrennen kann.

Zum Schutzes des Anwenders ist es auch zweckmäßig, wenn die Schutzhaube mit einem Sicherheitsschalter in Steuerverbindung steht, der beim Anheben und/oder Öffnen der Schutzhaube die Heizquelle unterbricht. Wird die Schutzhaube angehoben und/oder geöffnet, unterbricht der Sicherheitsschalter die zur Heizquelle führende Stromversorgung und verhindert somit, dass sich der Anwender unbeabsichtigt an der Heizquelle verbrennen kann.

Um den apparativen Aufwand für den erfindungsgemäßen Rotationsverdampfer noch zusätzlich zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn der Verdampferkolben von einer auf den Verdampferkolben reflektierenden Spiegelfläche umgeben ist. Diese Spiegelfläche vermag den Infrarot-Heizstrahl der Heizquelle wirkungsvoll auf den Verdampferkolben zu reflektieren. Diese Spiegelfläche verhindert auch ein unbeabsichtigtes Aufheizen der Umgebung sowie der den Rotationsverdampfer umgebenden Teile.

Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass die Schutzhaube die Spiegelfläche trägt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schutzhaube zum Ein- und Ausbringen des Verdampferkolbens öffen- und/oder teilbar ist.

Um eine gegenseitige Beeinträchtigung der Heizquelle einerseits und der Temperaturmesseinrichtung andererseits zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn der Heizstrahl des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers und der Messkopf der Temperatur-Messeinrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind.

Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ansprüchen. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles noch näher beschrieben.
In der einzigen Figur ist ein Rotationsverdampfer 1 mit einem drehantreibbaren Verdampferkolben 2 für die einzudampfende Flüssigkeit dargestellt. Dem Rotationsverdampfer 1 ist eine Heizquelle 3 zum Erhitzen des Verdampferkolbens zugeordnet. Die Heizquelle 3 weist zumindest einen Infrarot-Heizstrahler auf, dessen Infrarot-Strahlung zur Wärmeübertragung auf den Verdampferkolben 2 dient.
Der Infrarot-Heizstrahl der Heizquelle 3 ist in seinem Frequenzbereich auf das Kolbenmaterial des Verdampferkolbens 2 eingestellt, so dass sich schnellere Aufheizzeiten ergeben.
Um ein unbeabsichtigtes Aufheizen der Umgebung und der den Rotationsverdampfer 1 umgebenden Teile zu vermeiden, ist der Verdampferkolben 2 von einer Schutzhaube 5 umschlossen. Diese Schutzhaube 5 trägt innenseitig eine auf den Verdampferkolben 2 reflektierende Spiegelfläche 4, die den Infrarot-Heizstrahl der Heizquelle 3 stets auf den Verdampferkolben 2 zurückwirft. Die Schutzhaube 5 ist zum Ein- und Ausbringen des Verdampferkolbens 2 öffen- und/oder teilbar. Dabei ist die Heizquelle 3 in eine Spiegelöffnung der Schutzhaube 5 eingelassen. Um während des Betriebs des Rotationsverdampfers 1 den Verdampferkolben beobachten zu können, weist die Schutzhaube 5 zumindest eine transparente Fensteröffnung 7 auf.
Die Schutzhaube 5 steht mit einem Sicherheitsschalter in Steuerverbindung, der beim Anheben und/oder Öffnen der Schutzhaube 5 die Stromversorgung zur Heizquelle 3 unterbricht.
Um die Verdampfungsrate der im Verdampferkolben 2 befindlichen Flüssigkeit beeinflussen zu können, ist die Heizleistung der Heizquelle 3 regulierbar. Zum Regulieren der Heizleistung ist eine Regelelektronik vorgesehen. Mit Hilfe dieser Regelelektronik lässt sich die Strahlungsleistung der Heizquelle 3 durch eine vorzugsweise stufenlose Veränderung der Strahlungsintensität einregulieren. Zusätzlich oder stattdessen kann aber auch vorgesehen sein, dass die Heizquelle 3 mehrere getrennt voneinander zu- oder abschaltbare Heizzonen oder auch mehrere Infrarot-Heizstrahler hat, die vorzugsweise separat und/oder gruppenweise zu- oder abgeschaltet werden können. Darüber hinaus kann die von der Heizquelle 3 im Bereich des Verdampferkolbens 2 bestrahlte Fläche wahlweise vergrößert oder verkleinert und somit auf die Kolbengröße des verwendeten Verdampferkolbens 2 angepasst werden.
Der Rotationsverdampfer 1 weist eine Temperaturmesseinrichtung auf, die zur berührungslosen Temperaturmessung ausgestaltet und zur Messung der Temperatur des Verdampferkolbens vorgesehen ist. Die Temperaturmesseinrichtung erlaubt eine berührungslose Messung der Temperatur des Verdampferkolbens und somit auch einen Rückschluss auf die Temperatur der im Verdampferkolben befindlichen, einzudampfenden Flüssigkeit. Die Temperaturmesseinrichtung weist hier zumindest einen Infrarot-Sensor 6 zur Temperaturerfassung auf. Die Temperaturmesseinrichtung erlaubt es, die Temperatur der im Verdampferkolben 2 befindlichen Flüssigkeit präzise zu erfassen und die Heizleistung der Heizquelle 3 entsprechend einzuregeln.
Damit sich der Heizstrahl der Heizquelle 3 einerseits und der Messstrahl der Temperaturmesseinrichtung andererseits nicht gegenseitig beeinflussen, strahlt der Infrarot-Heizstrahler 3 in einem bestimmten Infrarot-Frequenzbereich ab, während der Infrarot-Sensor 6 der Temperaturmesseinrichtung in einem demgegenüber anderen Infrarot-Frequenzbereich arbeitet. Zusätzlich ist der Heizstrahl des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers und der Messkopf des Infrarot-Sensors 6 in einem Winkel zueinander angeordnet.
Der Infrarot-Sensor 6 ist hier als Infrarot-Temperatursensor ausgebildet. Der Infrarot-Sensor 6 weist eine Abbildungsoptik auf, die zum Ausblenden der Streustrahlung dient.

Claims

Rotationsverdampfer (1) mit einem drehantreibbaren Verdampferkolben (2) für die einzudampfende Flüssigkeit sowie mit einer Heizquelle (3) zum Erhitzen des Verdampferkolbens (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Infrarot-Heizstrahler als Heizquelle (3) vorgesehen ist, dessen Infrarot-Strahlung zur Wärmeübertragung auf den Verdampferkolben (2) dient.
Rotationsverdampfer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1, mit einer Temperaturmesseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung ausgestaltet und zur Messung der Temperatur des Verdampferkolbens vorgesehen ist.
Rotationsverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung zumindest einen Infrarot-Sensor (6) zur Temperaturerfassung hat.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Infrarot-Heizstrahler (3) in einem bestimmten Infrarot-Frequenzbereich abstrahlt und dass der wenigstens eine Infrarot-Sensor (6) in einem anderen Infrarot-Frequenzbereich arbeitet.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers (3) regulierbar ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Heizquelle im Bereich des Verdampferkolbens bestrahlte Fläche variierbar ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Regulieren der Heizleistung des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers eine Regelelektronik vorgesehen ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regelelektronik die Heizleistung, der Systemdruck im Rotationsverdampfer und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des Verdampferkolbens regulierbar ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle mehrere Infrarot-Heizstrahler (3) hat, die vorzugsweise separat und/oder gruppenweise zu- oder abschaltbar sind.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampferkolben (2) zumindest bereichsweise von einer Schutzhaube umschlossen ist und dass die Schutzhaube vorzugsweise zumindest ein transparentes Sichtfenster zum Verdampferkolben (2) aufweist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (5) mit einem Sicherheitsschalter in Steuerverbindung steht, der beim Anheben und/oder Öffnen der Schutzhaube (5) die Heizquelle unterbricht.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampferkolben (2) von einer auf den Verdampferkolben (2) reflektierenden Spiegelfläche (4) umgeben ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche (4) von einem vom Verdampferkolben (2) separaten Spiegel gebildet ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (5) die Spiegelfläche (4) trägt.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube zum Ein- und Ausbringen des Verdampferkolbens öffen- und/oder teilbar ist.
Rotationsverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrahl des zumindest einen Infrarot-Heizstrahlers (3) und der Messkopf des Infrarot-Sensors (6) in einem Winkel zueinander angeordnet sind.