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Dünnschichtverdampfer zum Verdampfen und Destillieren von temperaturempfindlichen
Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf einen Dünnschichtverdampfer ohne mechanisches
Rührwerk zum Verdampfen und Destillieren von temperaturempfindlichen Flüssigkeiten
bei abwärts gerichteter Strömung der Flüssigkeit und des gebildeten Dampfes in von
außen beheizten, vorzugsweise in einem gemeinsamen Heizmantel angeordneten Verdampferrohren.
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Verdampfer dieser Bauart ohne Rührwerk haben gegenüber den bekannten
Verdampfern, z. B. den Luwa- und Sambay-Verdampfern, bei denen die ständige Bewegung
und Erneuerung des dünnen Benetzungsfilms im Inneren einer röhrenförmig vertikal
angeordneten Heizfläche durch Rührflügel bewirkt wird, die auf einer sich über den
beheizten Raum erstreckenden Welle angebracht sind, den Vorzug, daß keine mechanisch
bewegten Teile vorhanden sind, die eine Abdichtung durch Stopfbuchsen usw. erfordern.
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Es ist bereits ein Eindampfapparat für kontinuierliche Arbeitsweise
bekanntgeworden, der in konzentrischer Anordnung einen Heizmantel und eine Ringkammer
für Treibdampf und Eindampfgut besitzt.
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Diese Ringkammer wird hierbei gebildet durch die Innenwandung des
Heizmantels und die Außenwandung eines stabförmigen Verdrängungskörpers bzw. einer
auf diesem angeordneten Schraubenfläche.
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Bei dieser bekannten Anordnung sollen die schraubenlinienförmigen
Flächen eine gleichmäßige Verteilung der herabrieselnden Flüssigkeit bewirken.
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Durch diese Einbauten kann jedoch eine einigermaßen gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung
erst im unteren Teil des Verdampfers erreicht werden. Es hat sich aber gezeigt,
daß es zur Erlangung eines günstigen Wirkungsgrades von wesentlicher Bedeutung ist,
die Flüssigkeitsverteilung bereits im oberen Teil der Verdampferrohre in der gewünschten
Weise vorzunehmen, da durch die in den Rohren abwärts gerichtete Strömung die zu
verdampfende Flüssigkeit mitgerissen und im unteren Teil bereits durch diesen Vorgang
verhältnismäßig gleichmäßig verteilt wird, während im oberen Teil des Verdampfers
diese günstige Flüssigkeitsverteilung infolge der Strömung noch nicht erlangt werden
kann. Bei der bekannten Vorrichtung ist demgemäß die Ausnutzung im oberen Teil der
Verdampferrohre schlecht.
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Um diese verhältnismäßig schlechte Flüssigkeitsverteilung noch etwas
zu verbessern, sieht die bekannte Vorrichtung außerdem einen zentralen Einsatzkörper
vor, der die Schraubenflächen trägt und von außen um seine Achse gedreht werden
kann.
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Derart mechanisch bewegbare Teile sind aber, wie bereits erwähnt,
außerordentlich nachteilig.
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Es ist bereits ein rührwerksloser Berieselungsverdampfer bekanntgeworden,
bei welchem die zu verdampfende Flüssigkeit über die Heizflächen auf deren einem
Verdampferraum zugewandten Seite, d. h. auf der Außenseite der Rohre herunterströmt.
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Bei diesem bekannten Verdampfer dürfte es selbst bei Verwendung einer
sehr großen Umwälzdampfmenge nicht gelingen, den Dampf- bzw. Flüssigkeitsstrom in
gleichmäßiger Stärke auf die Rohre aufzubringen. Im übrigen wird hierbei durch die
ständige Umwälzung des Produktdampfes (das Produkt wird im Dampfzustand immer wieder
durch den Verdampferraum geführt) ein wesentlicher Vorteil der Dünnschichtverdampfung,
welcher in der kurzen Verweilzeit des Produktes im höheren Temperaturbereich des
Verdampferraumes besteht, wieder aufgehoben. Tatsächlich ist der bekannte Verdampfer
auch nicht entsprechend dem erfindungsgemäßen Dünnschichtverdampfer dazu bestimmt,
eine Destillation zum Zwecke der Reinigung des leichtersiedenden Stoffes zu bewirken,
wobei der Produktdampf das Hauptprodukt und der Rückstand das Nebenprodukt darstellt,
sondern der bekannte Verdampfer dient im wesentlichen zur Konzentrierung oder Eindickung
und Entwässerung, wobei der nicht verdampfte Rückstand das Hauptprodukt und der
verdampfte Anteil das Nebenprodukt darstellt. Hierbei ist es aber auch unwesentlich,
ob der Wälzdampf mehrfach durch die Verdampfungszone geleitet wird, da dieser nicht
temperaturempfindlich ist. Eine solche dauernde Umwälzung des Produktdampfes ist
jedoch bei der Verdampfung von temperaturempfindlichen Flüssigkeiten unzulässig.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Dünnschichtverdampfer zu schaffen,
der die Verdampfung temperaturempfindlicher Flüssigkeiten, z. B. vitamin- oder duftstoffhaltiger
Produkte sicher und mit hoher Ausbeute bewirkt und die Nachteile der bekannten Verdampfer
vermeidet.
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Zu diesem Zweck ist ein Dünnschichtverdampfer der eingangs genannten
Bauart gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß über der oberen Stirnseite
der Verdampferrohre ein Tüllboden angeordnet ist, der in die Verdampferrohre einstehende
Tüllen trägt, daß die Tüllen drallerzeugende Einbauten zur gleichmäßigen Verteilung
der zu verdampfenden Flüssigkeit und Durchwirbelung derselben mittels eines Wälzgases
aufweisen, deren Wirkung sich bis in den Verdampferraum fortpfianzt und durch den
entstehenden Produktdampf verstärkt wird, daß an den unteren Enden der Verdampferrohre
Abscheideeinrichtungen zur mechanischen Trennung von nicht verdampftem Rückstand
und Wälzgas-Produktdampf-Gemisch vorgesehen sind, daß dem Ablaufstutzen ein Kondensator
zur Trennung von Produktdampf und Wälzgas nachgeschaltet ist und daß ein Wälzgasgebläse
zwischen Kondensator und Einlaufstutzen des Verdampfers vorgesehen ist.
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Durch den erfindungsgemäß gestalteten Einlauf wird in Verbindung
mit den drallerzeugenden Einbauten eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung gewünschter
Dicke bereits im oberen Teil des Verdampfers gewährleistet, so daß nach Durchlaufen
des Verdampfers bereits die erwünschte Trennung mit Sicherheit erfolgt ist und wobei
das austretende Wälzgas-Produktdampf-Gemisch in einem nachgeschalteten Kondensator
leicht getrennt werden kann.
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Die Abscheideeinrichtung zur mechanischen Trennung von nicht verdampftem
Rückstand und Wälzgas-Produktdampf-Gemisch kann zweckmäßigerweise aus einem zylindrischen
Mantel mit ausgezacktem Rand bestehen, welcher die unteren Enden der Verdampferrohre
umfaßt.
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An Stelle eines einzigen Verdampferrohres können auch mehrere Verdampferrohre
mit kleinerem Durchmesser in einem gemeinsamen Heizraum angeordnet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der
Zeichnung zeigt Abb. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdampfers,
Abb. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Verdampfers mit
mehreren Verdampferrohren und angeschlossenem Kondensator.
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Der erfindungsgemäße Verdampfer weist nach dem Ausführungsbeispiel
gemäß Abb. 1 ein zentrales Verdampferrohrll mit vertikaler Achse auf, während gemäß
dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 mehrere vertikale Verdampferrohre 11 vorgesehen
sind.
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Die Verdampferrohre 11 werden von einem Heizmantel 12 umschlossen.
Die ganz oder teilweise zu verdampfende Flüssigkeit wird dem Tüllboden 13 zugeführt,
der in Verlängerung der Rohre 11 aufgesetzte Tüllen 14 aufweist, deren oberer Rand
gleichförmig ausgezackt ist, so daß auch noch bei einer gewissen Neigung des Rohres
11 eine im wesentlichen gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung auf
die Innenfläche der
Rohre herbeigeführt wird. In dem Rohr 11 können gemäß Abb. 1 Einbauten 15 vorgesehen
sein, die den in Abwärtsbewegung befindlichen Gas- oder Dampfstrom zusätzlich in
eine Drehbewegung versetzen und gegen die Rohrwand drücken. Die Tüllen 14 tragen
drallerzeugende Einrichtungen, welche gewährleisten, daß der abwärts gerichtete
Strom bereits im Oberteil des Rohres die gewünschte Flüssigkeitsverteilung aufweist.
Die Flüssigkeit wird durch den Stutzen 16 eingeführt und auf den Tüllboden 13 geleitet.
Sie läuft in feinen Bahnen auf die Innenfläche des Rohres 11 und wird durch den
umlaufenden Gas- oder Dampfstrom, der durch den Stutzen 17 eingeführt wird, in dünner
Schicht auf die Innenfläche verteilt und abwärts bewegt. Der durch die Verdampfung
nun entstehende Produktdampf mischt mit dem umlaufenden neutralen Gas-oder Dampfstrom,
der ihm als Träger dient. Das Gemisch wird durch den Stutzen 18 abgeführt, wobei
gegebenenfalls in dem Gemisch noch vorhandene Flüssigkeitstropfen durch den zweckmäßigerweise
ebenfalls ausgezackten Tropfrandl9 zurückgehalten werden.
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Der nicht verdampfte Produktanteil fließt durch den Stutzen 20 ab
oder wird durch diesen mit Hilfe einer Pumpe abgesaugt.
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Die Beheizung des Verdampfers kann je nach der Verdampfungstemperatur
und je nach der zugeführt tenWärmemenge mittels Wasserdampfes oder anderer Dämpfe
unter Druck oder Vakuum oder mit Hilfe durchströmender heißer Flüssigkeiten in an
sich bekannter Weise erfolgen. Der Dampf bzw. die Flüssigkeit wird durch den Stutzen
21 eingeführt und über den Stutzen 22 entnommen.
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Abb. 2 zeigt außer dem Verdampfer mit mehreren Verdampferrohren 11
den hieran angeschlossenen Kondensator 23, in dem die über den Stutzen 18 zugeführten
Produktdämpfe kondensiert werden, wobei das reine Destillat durch den Stutzen 26
entnommen werden kann, während der abgekühlte Gas- oder Dampfstrom, der nunmehr
von dem Produkt getrennt ist, über ein Gebläse 24 wieder dem Stutzen 17 des Verdampfers
zugeführt wird und diesen wiederum im Kreislauf durchsetzt.