DE102022107236A1

DE102022107236A1 - Evaporator

Info

Publication number: DE102022107236A1
Application number: DE102022107236.3A
Authority: DE
Inventors: Julian Alexander Bublies
Original assignee: Pilodist GmbH
Current assignee: Pilodist GmbH
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2042-03-29
Also published as: DE102022107236B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer (1) für die kontinuierliche Destillation, umfassend ein horizontal ausgerichtetes Verdampferrohr (10) mit einem innerhalb des Verdampferrohres (10) angeordneten Heizelement (11) und mit einem vertikal aus dem Verdampferrohr (10) herausführenden Anschlussstutzen (12) für eine Destillationskolonne (2) sowie einem aus dem Verdampferrohr (10) herausführenden Ablauf für einen Bodensumpf des Produktes, wobei das Verdampferrohr (10) von einem Außenrohr (102) und einem innerhalb des Außenrohrs (102) unter Belassung eines Zwischenraumes (101) angeordneten Innenrohr (100) gebildet ist, die endseitig zwischen zwei miteinander verspannten Flanschplatten (14, 15) abdichtend fixiert sind, wobei in den Flanschplatten (14, 15) ein Zulaufkanal (141) für den Zulauf des Produkts und ein Ablaufkanal (151) für den Ablauf des Bodensumpfs sowie der Anschlussstutzen (12) für die Destillationskolonne und eine Aufnahmebohrung (110) für das Heizelement (11) ausgebildet sind, die mit dem Innenraum des Innenrohrs (100) kommunizieren und der Zwischenraum (101) mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist.The invention relates to an evaporator (1) for continuous distillation, comprising a horizontally oriented evaporator tube (10) with a heating element (11) arranged within the evaporator tube (10) and with a connecting piece (12) leading vertically out of the evaporator tube (10). a distillation column (2) and an outlet leading out of the evaporator tube (10) for a bottom sump of the product, the evaporator tube (10) being composed of an outer tube (102) and an inner tube arranged within the outer tube (102), leaving an intermediate space (101). (100) is formed, which are sealed at the ends between two flange plates (14, 15) clamped together, with an inlet channel (141) in the flange plates (14, 15) for the inlet of the product and an outlet channel (151) for the outlet of the bottom sump as well as the connecting piece (12) for the distillation column and a receiving bore (110) for the heating element (11), which communicate with the interior of the inner tube (100) and the intermediate space (101) can be subjected to a negative pressure.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für die kontinuierliche Destillation, umfassend ein horizontal ausgerichtetes Verdampferrohr mit einem innerhalb des Verdampferrohres angeordneten Heizelement und mit einem vertikal aus dem Verdampferrohr herausführenden Anschlussstutzen für eine Destillationskolonne und einem aus dem Verdampferrohr herausführenden Ablauf für einen Bodensumpf des Produktes.The invention relates to an evaporator for continuous distillation, comprising a horizontally oriented evaporator tube with a heating element arranged within the evaporator tube and with a connecting piece for a distillation column leading vertically out of the evaporator tube and an outlet for a bottom sump of the product leading out of the evaporator tube.

Im Verdampfer wird das kontinuierlich zugeführte Produkt mittels des Heizelements erhitzt, wobei der entstehende Dampf über den aus dem Verdampferrohr herausführenden Anschlussstutzen in eine Destillationskolonne gelangt, in der die einzelnen Bestandteile des Dampfes entsprechend ihrer Anteile niedrigsiedender Komponenten auf unterschiedlichen Niveaus kondensieren und ausgetragen werden. Das schwerste Produkt bleibt als Bodensumpf im Verdampfer zurück und wird aus diesem über einen Ablauf ebenfalls getrennt abgeführt.In the evaporator, the continuously supplied product is heated by means of the heating element, with the resulting steam passing through the connecting piece leading out of the evaporator tube into a distillation column in which the individual components of the steam condense and are discharged at different levels depending on their proportions of low-boiling components. The heaviest product remains as a bottom sump in the evaporator and is also removed separately from it via a drain.

Bei einer kontinuierlichen Destillation wird dabei das Produkt oder Ausgangsgemisch kontinuierlich, d. h. ohne Unterbrechung in den beheizten Verdampfer eingebracht und auch die die destillativ getrennten Fraktionen werden in kontinuierlichen Strömen ausgebracht. Der Verdampfer wird häufig auch als Reboiler bezeichnet.In a continuous distillation, the product or starting mixture is distilled continuously, i.e. H. introduced into the heated evaporator without interruption and the fractions separated by distillation are also discharged in continuous streams. The evaporator is often referred to as a reboiler.

Neben großtechnischen Anlagen, die zum Beispiel als Erdöl-Vakuumdestillationsanlage in Erdölraffinerien Verwendung finden, existieren auch eine Vielzahl von Kleinanlagen im Labormaßstab. Deren Verdampfer werden häufig aus Glas hergestellt, um aufgrund der Transparenz den Prozess visuell beobachten zu können. Die Anschlussstutzen und Öffnungen für die Einbringung der Heizelemente, den Anschluss der Destillationskolonne sowie den Ablauf des Bodensumpfes und gegebenenfalls für Füllstandssensoren müssen bei einem derartigen, aus Glas gefertigten Verdampfer aufwendig in den geblasenen Glasrohling eingebracht werden, was höchstes handwerkliches Geschick erfordert und zu hohen Produktionskosten führt. Darüber hinaus neigt ein derartiges, mit einer Vielzahl von angeformten Anschlussstutzen versehenes gläsernes Verdampferrohr zur Bildung innerer Spannungen, die im Betrieb bei den dabei auftretenden hohen Temperaturunterschieden leicht zu einem Zerspringen bzw. Zerplatzen des Verdampferrohres führen können. Dies hat nicht nur den Verlust dieses wesentlichen Bauteiles zur Folge, sondern kann darüber hinaus durch austretendes flüssiges oder gasförmiges Produkt oder dessen Bestandteile auch zu Gefahrensituationen führen.In addition to large-scale systems that are used, for example, as petroleum vacuum distillation systems in oil refineries, there are also a large number of small, laboratory-scale systems. Their evaporators are often made of glass so that the process can be visually observed due to their transparency. In such an evaporator made of glass, the connecting pieces and openings for the introduction of the heating elements, the connection of the distillation column as well as the drain of the bottom sump and, if necessary, for level sensors must be laboriously incorporated into the blown glass blank, which requires the highest level of craftsmanship and leads to high production costs . In addition, such a glass evaporator tube, which is provided with a large number of molded connecting pieces, tends to form internal stresses, which can easily lead to the evaporator tube cracking or bursting during operation due to the high temperature differences that occur. This not only results in the loss of this essential component, but can also lead to dangerous situations due to escaping liquid or gaseous products or their components.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdampfer für die kontinuierliche Destillation der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der sich deutlich einfacher herstellen lässt, gleichwohl aber höchste Sicherheit im Betrieb bietet.The object of the invention is to propose an evaporator for continuous distillation of the type mentioned at the outset, which is much easier to manufacture but still offers the highest level of safety in operation.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Verdampfers gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.To solve the problem, the design of an evaporator according to the features of patent claim 1 is proposed according to the invention.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous refinements and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, dass das Verdampferrohr von einem Außenrohr und einem innerhalb des Außenrohrs unter Belastung eines Zwischenraumes angeordneten Innenrohr gebildet ist, die endseitig zwischen zwei miteinander verspannten Flanschplatten abdichtend fixiert sind, wobei in den Flanschplatten ein Ablaufkanal für den Ablauf des Bodensumpfes sowie der Anschlussstutzen für die Destillationskolonne und eine Aufnahmebohrung für das Heizelement ausgebildet sind, die mit dem Innenraum des Innenrohrs kommunizieren und der Zwischenraum mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist.The proposal according to the invention provides that the evaporator tube is formed by an outer tube and an inner tube arranged within the outer tube under load of a gap, which are fixed at the end in a sealing manner between two flange plates clamped together, with a drainage channel in the flange plates for the drainage of the bottom sump and the Connection piece for the distillation column and a receiving hole for the heating element are formed, which communicate with the interior of the inner tube and the intermediate space can be subjected to a negative pressure.

Erfindungsgemäß wird somit das Verdampferrohr aus zwei in unterschiedlichen Durchmessern ausgeführten und keinerlei Anschlussflansche oder Öffnungen in der Wandung aufweisenden Rohrabschnitten gebildet, die ineinander angeordnet werden, sodass zwischen ihnen ein Zwischenraum verbleibt. Die Aufnahme für das Heizelement, die für die Abführung des Bodensumpfes erforderlichen Kanäle und Öffnungen und der Anschlussstutzen für die Destillationskolonne werden an geeigneten Positionen in den beiden Flanschplatten ausgebildet, die gegeneinander unter Zwischenlage des ineinander gesteckten Innen- und Außenrohrs abdichtend verspannt sind. Im Ergebnis wird somit ein Verdampfer erhalten, der aus einfach zu fertigenden Einzelteilen besteht. Die Flanschplatten können beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gefräst oder einem geeigneten, insbesondere säurefesten Kunststoff, z.B. PEEK gebildet werden, wohingegen das Innen- und Außenrohr von entsprechend abgelängten Rohrabschnitten gebildet werden.According to the invention, the evaporator tube is thus formed from two tube sections which are designed with different diameters and do not have any connecting flanges or openings in the wall, which are arranged one inside the other so that a space remains between them. The receptacle for the heating element, the channels and openings required for the drainage of the bottom sump and the connecting piece for the distillation column are formed at suitable positions in the two flange plates, which are clamped against each other in a sealing manner with the interposition of the inner and outer tubes inserted into one another. The result is an evaporator that consists of easy-to-manufacture individual parts. The flange plates can, for example, be milled from a metallic material or formed from a suitable, particularly acid-resistant plastic, e.g. PEEK, whereas the inner and outer tubes are formed from correspondingly cut tube sections.

Die Zuführung des Produkts kann entweder über einen entsprechenden Kanal in einer der Flanschplatten oder über die an den Anschlussstutzen anschließende Destillationskolonne erfolgen.The product can be fed either via a corresponding channel in one of the flange plates or via the distillation column connected to the connecting piece.

Die eigentliche Verdampfung findet im Innenraum des Innenrohrs statt, wobei das außenseitig umgebende Außenrohr demgegenüber eine Sicherheitsbarriere bei einem Bruch des inneren Rohrs darstellt und den Austritt von Flüssigkeiten oder Gasen in einem solchen Fall verhindert. Neben der Verhinderung eines Austritts von Gasen und Flüssigkeiten wird durch das Außenrohr auch das Eindringen von Luft im Falle von Vakuumdestillationen verhindert, was durch potentielle Selbstentzündung eine große Gefahr darstellt.The actual evaporation takes place in the interior of the inner tube, with the outer tube surrounding the outside representing a safety barrier in the event of a break in the inner tube and prevents the escape of liquids or gases in such a case. In addition to preventing the escape of gases and liquids, the outer tube also prevents the ingress of air in the case of vacuum distillations, which poses a great danger due to potential self-ignition.

Darüber hinaus dient das Außenrohr zur außenseitigen Abschottung des zwischen Innenrohr und Außenrohr gebildeten Zwischenraumes, der evakuiert oder gasgefüllt, zum Beispiel mit Luft gefüllt sein kann, um eine Wärmeisolation des im Innenrohr beheizten Produktes zu bewirken. Um diese Wärmeisolation zu erhöhen, kann der Zwischenraum erfindungsgemäß mit einem Unterdruck beaufschlagt werden.In addition, the outer tube serves to seal off the space formed between the inner tube and the outer tube on the outside, which can be evacuated or gas-filled, for example filled with air, in order to provide thermal insulation for the product heated in the inner tube. In order to increase this thermal insulation, the gap can be subjected to a negative pressure according to the invention.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, um das Außenrohr herum eine weitere Wärmeisolationsschicht anzuordnen. Wenn jedoch Innen- und Außenrohr aus Glaszylindern gefertigt werden, was insoweit bevorzugt ist, geht durch eine solche außenseitige Isolierung die Sichtbarkeit auf den Verdampfungsprozess im Innern des Innenrohrs verloren.Of course, it is also conceivable to arrange a further thermal insulation layer around the outer tube. However, if the inner and outer tubes are made of glass cylinders, which is preferred in this respect, such external insulation means that the visibility of the evaporation process inside the inner tube is lost.

Wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es, dass das den Reaktionsraum umgrenzende Innenrohr aufgrund der vollständigen Abwesenheit jedweder Anschlussflansche, Öffnungen oder Stutzen in den Wandungen sehr spannungsarm hergestellt werden kann und überdies auch entsprechend dickwandig ausgeführt werden kann, sodass wärmebedingte Verspannungen weitestgehend vermieden werden. Überdies werden die Rohre zwischen den Flanschplatten in elastischen O-Ringen abdichtend verspannt, sodass sie sich frei ausdehnen können. Der erfindungsgemäße Verdampfer erreicht damit eine bedeutend verbesserte Betriebssicherheit.The main advantage of the design according to the invention is that the inner tube delimiting the reaction space can be manufactured with very little stress due to the complete absence of any connecting flanges, openings or sockets in the walls and can also be made correspondingly thick-walled, so that heat-related tensions are largely avoided. In addition, the pipes are tightly clamped between the flange plates in elastic O-rings so that they can expand freely. The evaporator according to the invention thus achieves significantly improved operational reliability.

Sollte es gleichwohl zu einem Bruch oder einer Leckage des Innerohrs kommen, werden sämtliche austretenden Stoffe zuverlässig vom außenseitig umgebenden Außenrohr abgeschirmt und zurückgehalten.Should the inner tube break or leak, any escaping substances will be reliably shielded and retained by the outer tube surrounding the outside.

Nach einem Vorschlag der Erfindung weist eine Flanschplatte die Aufnahmebohrung für das Heizelement und den Anschlussstutzen der Destillationskolonne und die andere Flanschplatte den Ablaufkanal für den Ablauf des Bodensumpfes auf. Durch diese räumliche Trennung wird eine verbesserte Reinigung des Verdampfers ermöglicht.According to a proposal of the invention, one flange plate has the receiving hole for the heating element and the connecting piece of the distillation column and the other flange plate has the drain channel for the drain of the bottom sump. This spatial separation enables improved cleaning of the evaporator.

Falls der Zulauf des Produktes nicht über die Destillationskolonne erfolgen soll, kann die den Anschlussstutzen der Destillationskolonne aufweisende Flanschplatte auch einen zusätzlichen Zulaufkanal für das Produkt umfassen.If the product is not to be fed in via the distillation column, the flange plate having the connecting piece of the distillation column can also include an additional feed channel for the product.

Als Heizelement kommen im Sinne der Erfindung unterschiedliche Bauformen zum Einsatz, insbesondere elektrische Heizpatronen und Heizkerzen, Rohrbündelwärmetauscher oder eine Quarzglasheizkerze.For the purposes of the invention, different designs are used as the heating element, in particular electric heating cartridges and heating candles, tube bundle heat exchangers or a quartz glass heating candle.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Flanschplatten auf ihrer dem Innen- und Außenrohr zugewandten Oberfläche mit einen Endbereich des Innen- und Außenrohrs aufnehmenden Nuten ausgebildet, in die ein Dichtring, insbesondere ein O-Ring eingelegt ist. Die Flanschplatten fixieren somit das Innen- und Außenrohr an definierter Position und ermöglichen eine thermische Ausdehnung derselben unter Kompression der Dichtringe, wenn die Flanschplatten gegeneinander verspannt werden.According to a further proposal of the invention, the flange plates are formed on their surface facing the inner and outer tubes with grooves which accommodate an end region of the inner and outer tubes and into which a sealing ring, in particular an O-ring, is inserted. The flange plates thus fix the inner and outer pipes in a defined position and enable thermal expansion of the same with compression of the sealing rings when the flange plates are clamped against each other.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in die eine Flanschplatte mindestens ein Füllstandssensor, vorzugsweise mehrere derartige Füllstandssensoren eingesetzt sind, beispielsweise ein analoger Füllstandssensor sowie digitale Füllstandssensoren für den minimalen und maximalen Produktlevel innerhalb des inneren Rohrs. Anstelle von Füllstandssensoren können auch externe Sensoren, z.B. Lichtschranken vorgesehen sein.Furthermore, it can be provided that at least one fill level sensor, preferably several such fill level sensors, are inserted into the one flange plate, for example an analog fill level sensor and digital fill level sensors for the minimum and maximum product level within the inner tube. Instead of level sensors, external sensors, e.g. light barriers, can also be provided.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Innen- und Außenrohr jeweils zylindrisch ausgebildet sind und das Innenrohr konzentrisch im Außenrohr angeordnet ist, sodass sich ein entsprechend zylindrischer Zwischenraum mit konstanter Querschnittsfläche bildet.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the inner and outer tubes are each cylindrical and the inner tube is arranged concentrically in the outer tube, so that a corresponding cylindrical space with a constant cross-sectional area is formed.

Zur Erzeugung eines Unterdrucks im Zwischenraum stehen mehrere Möglichkeiten offen. Zum einen kann mit einer entsprechenden Pumpe der Zwischenraum bis zu einen gewünschten Grad evakuiert werden. Zum anderen kann aber auch der Zwischenraum mit einem Luftvolumen gefüllt sein, wobei in einer Flanschplatte ein unidirektionales Entlüftungsventil angeordnet ist, welches mit dem Zwischenraum kommuniziert und so orientiert ist, dass es eine Entlüftung aus dem Zwischenraum in die Umgebung ermöglicht und in entgegengesetzter Richtung sperrt. Sobald ein solchermaßen ausgebildeter Verdampfer erstmalig aufgeheizt wird, erfährt das im Zwischenraum befindliche Luftvolumen bei Temperaturanstieg eine Druckerhöhung, die über das Entlüftungsventil in die Umgebung ausgeglichen wird, d. h. es entweicht ein gewisser Anteil des Luftvolumens. Beim nachfolgenden Abkühlen verhindert jedoch das unidirektionale Entlüftungsventil den entsprechenden Ausgleich des entwichenen Luftvolumens, sodass bereits nach einmaligem Aufheizen des Verdampfers im Zwischenraum ein gewisser Unterdruck herrscht, der sich in weiteren Aufheizphasen nachfolgend noch weiter erhöhen kann.There are several options for creating a negative pressure in the gap. On the one hand, the gap can be evacuated to a desired degree using an appropriate pump. On the other hand, the gap can also be filled with a volume of air, with a unidirectional vent valve being arranged in a flange plate, which communicates with the gap and is oriented in such a way that it enables venting from the gap into the environment and blocks it in the opposite direction. As soon as an evaporator designed in this way is heated for the first time, the volume of air in the space experiences an increase in pressure as the temperature rises, which is equalized into the environment via the vent valve, i.e. H. a certain proportion of the air volume escapes. During subsequent cooling, however, the unidirectional vent valve prevents the escaped air volume from being compensated accordingly, so that after the evaporator has been heated up once, there is a certain negative pressure in the gap, which can subsequently increase further in further heating phases.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind das Innen- und Außenrohr aus Glas oder Edelstahl hergestellt, wobei vorzugsweise, aber nicht zwingend eine übereinstimmende Materialauswahl für Innen- und Außenrohr erfolgt. Die Ausgestaltung aus Glas bringt den Vorteil mit sich, dass aufgrund der Transparenz der Vorgang im Innern des Verdampferrohres gut beobachtet werden kann. Das lediglich zu Schutz- und Isolationszwecken vorgesehene Außenrohr kann auch aus jedem beliebigen anderen geeigneten Material hergestellt sein.According to a further proposal of the invention, the inner and outer tubes are made of glass or stainless steel, with preferably, but not necessarily, a consistent selection of materials for the inner and outer tubes. The glass design has the advantage that the process inside the evaporator tube can be easily observed due to the transparency. The outer tube, which is intended solely for protection and insulation purposes, can also be made from any other suitable material.

Schließlich kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Flanschplatte mit einer in den Zwischenraum führenden Notbelüftungsbohrung versehen ist, über welche ein Kühlmedium in den Zwischenraum einleitbar ist, um beispielsweise in einem Notfall eine Schnellabschaltung bzw. schnelle Abkühlung des Verdampfers herbeiführen zu können. Als Kühlmedium können über die Notbelüftungsbohrung beispielsweise gasförmiger Stickstoff, andere geeignete Inertgase oder Flüssigkeiten, z.B. Kühlwasser eingeleitet werden, wobei die im Zwischenraum vorhandene Luft verdrängt wird, indem diese vorzugsweise über das Entlüftungsventil entweicht. Auf diese Weise kann der Verdampfer binnen kürzester Zeit auf risikoarme Temperaturen heruntergekühlt werden.Finally, according to a further proposal of the invention, it can also be provided that a flange plate is provided with an emergency ventilation hole leading into the gap, via which a cooling medium can be introduced into the gap, for example in order to bring about a quick shutdown or rapid cooling of the evaporator in an emergency can. Gaseous nitrogen, other suitable inert gases or liquids, e.g. cooling water, can be introduced as a cooling medium via the emergency ventilation hole, whereby the air present in the gap is displaced by it escaping preferably via the vent valve. In this way, the evaporator can be cooled down to low-risk temperatures within a very short time.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellende Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verdampfer;
2 den Verdampfer gemäß 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
3 den Verdampfer in einer um 180° gedrehten Orientierung gegenüber 2;
4 die Aufsicht auf eine Flanschplatte des erfindungsgemäßen Verdampfers;
5 einen Schnitt durch die Flanschplatte gemäß 4;
6 die Aufsicht auf die andere Flanschplatte des erfindungsgemäßen Verdampfers;
7 einen Schnitt durch die Flanschplatte gemäß 6.

Further embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing showing an exemplary embodiment. Show it:

1 a longitudinal section through an evaporator according to the invention;
2 the evaporator accordingly 1 in a perspective exploded view;
3 the evaporator in an orientation rotated by 180° 2 ;
4 the view of a flange plate of the evaporator according to the invention;
5 a cut through the flange plate 4 ;
6 the view of the other flange plate of the evaporator according to the invention;
7 a cut through the flange plate 6 .

Aus der 1 ist in einer Längsschnittdarstellung ein Verdampfer für eine kontinuierliche Destillation eines flüssigen Produkts dargestellt.From the 1 an evaporator for continuous distillation of a liquid product is shown in a longitudinal section.

Wie insbesondere aus der vergleichenden Betrachtung in der 2 ersichtlich, umfasst der Verdampfer 1 ein sich horizontal erstreckendes Verdampferrohr 10 mit einem darin angeordneten Heizelement 11 in Form einer elektrischen Heizpatrone, die ein in das Verdampferrohr 10 eingeleitetes Produkt erhitzt, sodass die Dämpfe in eine Destillationskolonne 2 aufsteigen bzw. der zurückbleibende Bodensumpf über einen Ablaufkanal 151 ausgetragen wird.As can be seen in particular from the comparative consideration in the 2 As can be seen, the evaporator 1 comprises a horizontally extending evaporator tube 10 with a heating element 11 arranged therein in the form of an electric heating cartridge, which heats a product introduced into the evaporator tube 10, so that the vapors rise into a distillation column 2 or the remaining bottom sump via a drain channel 151 will be held.

Das Verdampferrohr 10 wird von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohrabschnitten aus Glas unterschiedlichen Durchmessers gebildet, die als Innenrohr 100 und Außenrohr 102 ineinander entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet sind, sodass zwischen diesen ein Zwischenraum 101 mit konstantem zylindrischen Querschnitt verbleibt.The evaporator tube 10 is formed by two concentrically arranged tube sections made of glass of different diameters, which are arranged inside one another as an inner tube 100 and an outer tube 102 along a common longitudinal axis, so that a gap 101 with a constant cylindrical cross section remains between them.

An den beiden gegenüberliegenden Enden von Außenrohr 102 und Innenrohr 100 sind jeweils Flanschplatten 14, 15 angeordnet, die zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff durch Fräsen hergestellt werden. Die Flanschplatten 14, 15 werden gegeneinander über Spannstreben 16 unter Verringerung ihres Abstandes zueinander verspannt, sodass das Innenrohr 100 und das Außenrohr 102 zwischen den Flanschplatten 14, 15 festgeklemmt wird.At the two opposite ends of the outer tube 102 and inner tube 100, flange plates 14, 15 are arranged, which are made, for example, from a metallic material by milling. The flange plates 14, 15 are clamped against each other via tension struts 16 while reducing their distance from one another, so that the inner tube 100 and the outer tube 102 are clamped between the flange plates 14, 15.

Wie insbesondere aus den Darstellungen gemäß 4 bis 7 ersichtlich, weist dabei jede Flanschplatte 14, 15 auf der den Enden von Innenrohr 100 und Außenrohr 102 zugewandten Seite die jeweiligen Endbereiche des Innen- und Außenrohrs 100, 102 aufnehmende Nuten 143, 153, 144, 154 auf, in die überdies jeweils ein Dichtring 17, 18 eingelegt ist. Zwischen den Flanschplatten 14, 15 wird damit das Innenrohr 100 und das Außenrohr 102 nicht nur klemmend fixiert, sondern auch abgedichtet, wobei die elastisch deformierbaren Dichtringe 17, 18 auch eine gewisse Längenausdehnung von Innenrohr 100 und Außenrohr 102 ermöglichen.As can be seen in particular from the illustrations 4 until 7 As can be seen, each flange plate 14, 15 has, on the side facing the ends of the inner tube 100 and outer tube 102, grooves 143, 153, 144, 154 accommodating the respective end regions of the inner and outer tube 100, 102, into which there is also a sealing ring 17 , 18 is inserted. Between the flange plates 14, 15, the inner tube 100 and the outer tube 102 are not only clamped, but also sealed, with the elastically deformable sealing rings 17, 18 also allowing a certain length expansion of the inner tube 100 and outer tube 102.

In die gemäß der Darstellung in 1 linksseitig angeordnete Flanschplatte 14 ist eine Aufnahmebohrung 110 eingebracht, in die das Heizelement 11 eingesteckt wird und in der eingesteckten Position im Innern des Innenrohrs 100 verläuft.In the as shown in 1 In the flange plate 14 arranged on the left side, a receiving hole 110 is made, into which the heating element 11 is inserted and, in the inserted position, runs inside the inner tube 100.

In die Flanschplatte 14 ist ein mit dem Innenraum des Innenrohrs 100 kommunizierender Anschlussstutzen 12 für den Anschluss der sich vertikal erstreckenden und hier nur auszugsweise dargestellten Destillationskolonne 2 eingebracht.A connecting piece 12, which communicates with the interior of the inner tube 100, is inserted into the flange plate 14 for connecting the vertically extending distillation column 2, which is only shown in excerpts here.

Darüber hinaus ist in die Flanschplatte 14 auch ein Kanal 141 eingebracht, der beispielsweise für den Zulauf des Produkts genutzt werden kann, sofern der Zulauf nicht über die Destillationskolonne 2 und den Anschlussstutzen 12 erfolgt. In jedem Fall erfolgt der Zulauf des Produktes im dargestellten Ausführungsbeispiel kontinuierlich in das Verdampferrohr 10, genauer in den Innenraum des Innenrohrs 100. Wird der Kanal 141 nicht für den Zulauf des Produkts genutzt, steht er anderweitig zur Verfügung, z.B. für eine Druckmessung im Innenraum des Innenrohrs 100.In addition, a channel 141 is also introduced into the flange plate 14, which can be used, for example, for the inflow of the product, provided that the inflow does not take place via the distillation column 2 and the connecting piece 12. In any case, in the exemplary embodiment shown, the product is fed continuously into the evaporator tube 10, more precisely into the interior of the inner tube 100. If the channel 141 is not for the inlet of the product duct, it is available for other purposes, for example for pressure measurement in the interior of the inner tube 100.

Die in der Darstellung gemäß 1 gegenüberliegend bzw. rechtsseitig angeordnete Flanschplatte 15 weist nicht nur den Ablaufkanal 151 für den Ablauf des Bodensumpfes auf, sondern verfügt über mehrere Aufnahmebohrungen für Füllstandssensoren 152 sowie ein Entlüftungsventil 153, welches in eine Ventilaufnahme 156 eingeschraubt ist und über einen Kanal 155 mit dem Zwischenraum 101 zwischen Innenrohr 100 und Außenrohr 102 kommuniziert. Der Kanal 155 endet daher zwischen den zugeordneten Nuten 153, 154 für das Innenrohr 100 bzw. Außenrohr 102, siehe 7.Those shown in the illustration 1 Flange plate 15 arranged opposite or on the right not only has the drain channel 151 for the drainage of the bottom sump, but also has several receiving holes for fill level sensors 152 as well as a vent valve 153, which is screwed into a valve receptacle 156 and has a channel 155 with the gap 101 between Inner tube 100 and outer tube 102 communicate. The channel 155 therefore ends between the assigned grooves 153, 154 for the inner tube 100 or outer tube 102, see 7 .

Weitere in der Darstellung gemäß 6 nicht näher gekennzeichnete Aufnahmebohrungen dienen der Aufnahme von digitalen Füllstandssensoren, zum Beispiel für die Detektion eines minimalen und maximalen Flüssigkeitslevels im Verdampferrohr 10.Further information is shown in the illustration 6 Mounting holes (unmarked) are used to accommodate digital level sensors, for example for detecting a minimum and maximum liquid level in the evaporator tube 10.

Eine kontinuierliche Destillation wird in dem solchermaßen ausgebildeten Verdampfer 1 durchgeführt, indem das Heizelement 11 aufgeheizt wird und das zu destillierende Produkt über den Zulaufkanal 141 in der Flanschplatte 14 in den Innenraum des Innenrohrs 100 geleitet wird. Dort erhitzt das Heizelement 11 das flüssige Produkt, woraufhin die aufsteigenden Dämpfe über den Anschlussstutzen 12 in der Flanschplatte 14 in die Destillationskolonne 2 aufsteigen und dort kondensieren und ausgetragen werden. Der zurückbleibende Bodensumpf im Innern des Innenrohrs 100 wird über den Ablaufkanal 151 ausgetragen. Da sich das Verdampferrohr 10 gemäß der Darstellung in 1 im Wesentlichen horizontal erstreckt, ergibt sich diese Aufteilung der Komponenten des zugeführten Produkts zwangsläufig.A continuous distillation is carried out in the evaporator 1 designed in this way by heating the heating element 11 and passing the product to be distilled into the interior of the inner tube 100 via the inlet channel 141 in the flange plate 14. There, the heating element 11 heats the liquid product, whereupon the rising vapors rise via the connecting piece 12 in the flange plate 14 into the distillation column 2 and condense there and are discharged. The remaining soil sump inside the inner tube 100 is discharged via the drain channel 151. Since the evaporator tube 10 is as shown in 1 extends essentially horizontally, this division of the components of the supplied product inevitably results.

Wesentlicher Vorteil des solchermaßen ausgebildeten Verdampferrohres 10 ist es, dass auf zylindrische Rohrabschnitte zur Ausbildung des Innenrohrs 100 und Außenrohrs 102 zurückgegriffen werden kann, die über ihre gesamte Längserstreckung über keinerlei Anschlussstutzen, Öffnungen, Stutzen oder dergleichen in der Wandung verfügen, sondern als durchgehende zylindrische Rohrabschnitte ausgebildet sind. Sie sind damit sehr unempfindlich gegenüber inneren Spannungen, die ansonsten bei Temperaturschwankungen leicht zu Materialermüdung führen können. Sämtliche Anschlussstutzen, Öffnungen und Kanäle sind vielmehr in den beiden, das Innenrohr 100 und das Außenrohr 102 aufnehmenden und klemmend fixierenden Flanschplatten 14, 15 ausgebildet.The main advantage of the evaporator tube 10 designed in this way is that cylindrical tube sections can be used to form the inner tube 100 and outer tube 102, which do not have any connecting pieces, openings, nozzles or the like in the wall over their entire longitudinal extent, but rather as continuous cylindrical pipe sections are trained. This makes them very insensitive to internal stresses, which can otherwise easily lead to material fatigue when there are temperature fluctuations. Rather, all connecting pieces, openings and channels are formed in the two flange plates 14, 15 which accommodate and clamp the inner tube 100 and the outer tube 102.

Die gesamte Destillation findet im Innenraum des Innenrohrs 100 statt, welches vom Zwischenraum 102 und dem Außenrohr 101 umgeben ist. Das Außenrohr 102 dient daher als zusätzlicher Schutz und Barriere, sollte es doch einmal zu einem Bruch oder einer Undichtigkeit im Innenrohr 100 kommen und hält zuverlässig austretendes Produkt bzw. dessen Dämpfe zurück.The entire distillation takes place in the interior of the inner tube 100, which is surrounded by the gap 102 and the outer tube 101. The outer tube 102 therefore serves as additional protection and barrier should there be a break or a leak in the inner tube 100 and reliably holds back escaping product or its vapors.

Der Zwischenraum 101 zwischen Innenrohr 100 und Außenrohr 102 ist beispielsweise mit Luft gefüllt, sodass eine gute Wärmeisolation zwischen dem Innenrohr 100 und der am Außenrohr 102 anliegenden Umgebung gewährleistet ist.The space 101 between the inner tube 100 and the outer tube 102 is filled with air, for example, so that good thermal insulation between the inner tube 100 and the surroundings adjacent to the outer tube 102 is guaranteed.

Zur weiteren Steigerung der Isolationswirkung kann dieser Zwischenraum 101 auch mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, etwa indem über den Kanal 155 das Luftvolumen aus dem Zwischenraum 101 abgesaugt wird.To further increase the insulation effect, this gap 101 can also be subjected to a negative pressure, for example by sucking the air volume out of the gap 101 via the channel 155.

Besonders bevorzugt ist jedoch, dass in die an den Kanal 155 anschließende Aufnahmebohrung 156 ein unidirektionales Entlüftungsventil 153 eingesetzt ist, welches so orientiert ist, dass es eine Entlüftung aus dem Zwischenraum 101 in die Umgebung ermöglicht und in entgegengesetzter Richtung sperrt.However, it is particularly preferred that a unidirectional vent valve 153 is inserted into the receiving bore 156 adjoining the channel 155, which is oriented in such a way that it enables venting from the intermediate space 101 into the environment and blocks it in the opposite direction.

Sobald das Verdampferrohr 10 erstmalig in Betrieb genommen wird, indem das Heizelement 11 aufgeheizt wird, erwärmt sich das im Zwischenraum 101 befindliche Luftvolumen unter Druckerhöhung, sodass ein gewisser Volumenanteil über das Entlüftungsventil 153 in die Umgebung entweicht. Beim anschließenden Abkühlen kann jedoch über das dann sperrende Entlüftungsventil 153 keine Luft zurück in den Zwischenraum 101 strömen, sodass dieser allmählich mit Unterdruck beaufschlagt wird, der für eine nochmals verbesserte Wärmeisolation sorgt.As soon as the evaporator tube 10 is put into operation for the first time by heating the heating element 11, the volume of air located in the gap 101 heats up with an increase in pressure, so that a certain volume fraction escapes into the environment via the vent valve 153. During subsequent cooling, however, no air can flow back into the intermediate space 101 via the then blocking vent valve 153, so that this is gradually subjected to negative pressure, which ensures further improved thermal insulation.

Schließlich kann zum Beispiel im Falle einer Störung über eine weitere in der Flanschplatte 14 vorhandene Notbelüftungsbohrung 145, die in den Zwischenraum 101 führt, bedarfsweise ein Kühlmedium, etwa ein Kühlgasstrom, beispielsweise gasförmiger Stickstoff oder eine Kühlflüssigkeit, z.B. Kühlwasser in den Zwischenraum 101 eingeleitet werden, um diesen im Falle einer Störung rasch herunterkühlen zu können. Das einströmende Kühlmedium verdrängt dabei die im Zwischenraum 101 vorhandenen Luftvolumina über das Entlüftungsventil 153.Finally, for example, in the event of a fault, a cooling medium, such as a cooling gas stream, for example gaseous nitrogen or a cooling liquid, for example cooling water, can be introduced into the intermediate space 101 via a further emergency ventilation hole 145 present in the flange plate 14, which leads into the intermediate space 101. in order to be able to cool it down quickly in the event of a malfunction. The incoming cooling medium displaces the air volumes present in the gap 101 via the vent valve 153.

Der vorangehend beschriebenen Verdampfer 1 ist ausschließlich aus leicht herstellbaren Komponenten gefertigt, die nur geringe Eigenspannungen aufweisen, sodass wärmebedingte Spannungsspitzen weitgehend vermieden werden und der Verdampfer trotz einer einfacheren, rationelleren Fertigung deutlich höhere Belastbarkeit aufweist.The evaporator 1 described above is made exclusively from easily manufactured components that have only low internal stresses, so that heat-related voltage peaks are largely avoided and the evaporator is efficient despite a simpler earlier production has significantly higher resilience.

Claims

Evaporator (1) for continuous distillation, comprising a horizontally aligned evaporator tube (10) with a heating element (11) arranged within the evaporator tube (10) and with a connecting piece (12) for a distillation column (2) leading vertically out of the evaporator tube (10). ) and a drain leading out of the evaporator tube (10) for a bottom sump of the product, characterized in that the evaporator tube (10) is composed of an outer tube (102) and an inner tube (102) arranged within the outer tube (102), leaving a gap (101). 100) is formed, which are sealed at the ends between two flange plates (14, 15) clamped together, with a drain channel (151) in the flange plates (14, 15) for the drain of the bottom sump and the connecting piece (12) for the distillation column and a receiving hole (110) is formed for the heating element (11), which communicates with the interior of the inner tube (100) and the intermediate space (101) can be subjected to a negative pressure.

evaporator after Claim 1 , characterized in that one flange plate (14) has the connecting piece (12) for the distillation column (2) and the receiving hole (110) for the heating element (11) and the other flange plate (15) has the drainage channel (151) for the drainage of the bottom sump having.

evaporator (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the flange plates (14, 15) have grooves (143, 153, 144, 154) on their surface facing the inner and outer tubes (100, 102) that accommodate an end region of the inner and outer tubes (100, 102). are formed into which a sealing ring is inserted.

Evaporator (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that at least one fill level sensor (152) is inserted into the flange plate (15).

Evaporator (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the inner and outer tubes (100, 102) are each cylindrical and the inner tube (100) is arranged concentrically in the outer tube (102).

Evaporator (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the gap (101) is filled with a volume of air and a unidirectional vent valve (153) is arranged in the flange plate (15), which communicates with the gap (101) and is oriented so that there is ventilation from the Intermediate space (101) allows access to the environment and blocks it in the opposite direction.

Evaporator (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the inner and/or outer tube (100, 102) are made of glass or stainless steel.

Evaporator (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that a flange plate (14) is provided with an emergency ventilation hole (145) leading into the intermediate space (101), via which a cooling medium can be introduced into the intermediate space (101).

Evaporator (1) according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that a flange plate (14) has an inlet channel (141) leading into the interior of the inner tube (100) for the inlet of the product.