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Dünnschichtverdampfer Bei der Verdampfung temperaturempfindlicher
Produkte sind thermische Beanspruchungen zu vermeiden, da sich diese Stoffe leicht
zersetzen, kondensieren oder polymerisieren können. Die Destillation wird daher
nicht nur im hohen Vakuum durchgeführt, sondern auch in Apparaten, bei denen die
Flüssigkeit als Film ausgebreitet wird, um durch eine kurze Verweilzeit und einen
geringen Gesamtinhalt eine möglichst schonende Verdampfung zu erreichen.
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Die heute bekannten Verfahren der Dünnschichterzeugung in Verdampfern
unterscheiden sich im wesentlichen durch die verschiedenen Methoden der Filmbildung.
Bei den als LUWA- und Sambay-Dünnschichtverdampfern bekannten Typen (Chemie-Ingenieur-Technik,
27 [1955], S. 257 bis 261; deutsche Patente 915 450, 922 770 und 925 111) wird der
Film mechanisch durch Wischer, Flügel oder Bürsten erzeugt. Beim LUWA-Verdampfer
laufen die starren Flügel in einem Abstand von 1 bis 2 mm von der Wand und erzeugen
eine Filmbildung durch eine Art Ventilationseffekt des hochtourig umlaufenden Rotationssystems.
Eine unmittelbare Wandberührung und damit die Möglichkeit der Entfernung von Feststoffen
oder hochviskosen Rückständen ist nicht gegeben. Der Sambay-Verdampfer benutzt pendelnd
aufgehängte Wischer oder Bürsten, die auf der Innenfläche des Verdampfers gleiten.
Die Filmdicke richtet sich nach dem Anpreßdruck der Wischer und der Zähigkeit des
Produktes. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß durch die schleifende Bewegung
der Wischer Abrieb von den Verteilerorganen bzw. der Verdampferwand in das Produkt
gelangt, was in den meisten Fällen unerwünscht ist. Bei schlecht schmierenden organischen
Stoffen ist der Abrieb erheblich, so daß es schon nach relativ kurzer Laufzeit zu
starken Riefenbildungen auf der Verdampferinnenwand kommt. Außerdem kann das schleifende
Wischerorgan beim Sambay-Verdampfer eine einwandfreie Verteilung hochviskoser zäher
Massen nicht gewährleisten, da es je nach Anpreßdruck zu einem erheblichen Stau
vor dem Wischerorgan kommen wird.
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Nach der deutschen Patentschrift 1 044 764 werden zur Verteilung
fließfähiger sowie zäher, klebriger oder pastöser Substanzen an der Innenwand von
Dünnschichtverdampfern Rollen eingesetzt, die in mit der Welle verbundenen und zweckmäßig
mit Schlitzen versehenen Traversen drehbar gelagert sind.
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Die bei der Drehung der Welle sich ausbildende Zentrifugalkraft bewirkt,
daß die Rollen sich radial in den Schlitzen der Traversen nach außen bewegen und
auf der Verdampferinnenwand abrollen, wobei das Produkt als Film ausgebreitet wird.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß durch das geometrische Abrollen der Rollen
auf der Verdampferinnenwand die notwendigen Schubbeanspruchungen des Flüssigkeitsfilmes
nicht gegeben sind, die für eine ständige Erneuerung des Filmes und vor allen Dingen
zur Entfernung hochviskoser Stoffe und anhaftender Festsubstanzen erforderlich sind.
Die Rolle wird bei der Rotation zwar je nach Anpreßdruck und Viskosität mit einem
Schlupf laufen, der jedoch in vielen Fällen zur Entfernung der anhaftenden Substanzen
nicht ausreichen wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man bei Dünnschichtverdampfern mit einer
Verteilervorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsfilmes auf beheizbaren Flächen
die erwähnten Nachteile in einfacher Weise beheben kann, wenn man als Verteilervorrichtung
bei Fliehkraftausbildung exzentrisch um Achsen rotie rende Gleithülsen anordnet.
Das Maß der Exzentrizität gestattet es, der Rotation der Gleithülse eine Schleifbewegung
zu überlagern, d. h., die Schlupfbewegung und damit die Schubwirkung der Vefleilerhülse
auf das Produkt kann durch die Wahl der entsprechenden Exzentrizität eingestellt
werden.
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Weiterhin ergeben sich bei dieser Anordnung Vorteile dadurch, daß
auch auf der Innenfläche der Gleithülse eine Filmbildung hervorgerufen werden kann,
so daß die Austauschfläche sich wesentlich vergrößert. Zu diesem Zweck können an
den Gleithülsen beispielsweise Einlaufkanäle vorgesehen werden, die einen entsprechenden
Anteil der zu verdampfenden Flüssigkeit an die Innenflächen der Gleithülsen leiten.
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Bei den bekannten Dünnschichtverdampfern wurde bisher nur das Verdampferrohr
durch Außenbeheizung und Filmbildung auf der Innenseite als Aus-
tauschfläche
benutzt. Bei der Anwendung der Gleithülsen als Verteilerorgan zur Erzeugung dünner
Schichten kann man ein rotierendes beheiztes Röhrenbündelsystem verwenden, wobei
die Gleithülsen exzentrisch um die einzelnen Rohre rotieren und somit nicht nur
auf der Innenwand des Verdampferrohres einen Film erzeugen, sondern auch auf der
Außenfläche des Rohrbündelsystems. Die dabei gewonnene Austauschfläche ist beachtlich.
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Durch entsprechende Bohrungen der Hülsen, durch Längsschlitze oder
durch eine Siebbespannung perforierter Hülsen kann man eine Feststoffentfemung von
der Wand ermöglichen, wobei das Produkt durch die Bohrungen, Schlitze bzw. Siebgewebe
nach innen gedrückt wird und nach unten abfällt.
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An Hand der Zeichnungen sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert werden.
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Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Dünnschichtverdampfer
mit fest angeordneten Achsen und exzentrisch geführten Gleithülsen.
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Abb. 2 stellt einen Querschnitt durch dieselbe Anordnung dar.
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In dem Verdampferrohr 1, das durch einen Mantel 2 beheizt werden
kann, ist eine zentrisch laufende Welle 3 untergebracht. An der Welle 3 sind in
bestimmten Abständen Tragarme 4 befestigt, die die fest an den Tragarmen 4 angeordneten
Achsen 5 aufnehmen. Die Achsen 5 dienen zur Aufnahme der Gleithülsen 6. Sobald das
Hauptrotorsystem, be stehend aus der Welle 3, den Tragarmen 4 und den fest angeordneten
Achsen 5, rotiert, wandern die Gleithülsen 6 infolge der Zentrifugalwirkung nach
außen und werden bei Berührung an der Wand des Verdampferrohres 1 in Eigenrotation
versetzt. Die Gleithülsen 6 drehen sich dabei exzentrisch um die Achsen 5. Je nach
der Größe der Exzentrizität erhalten die rotierenden Gleithülsen 6 eine Schubkomponente,
so daß in der Filmschicht des Produktes hohe Scherkräfte erzeugt werden, die den
Film ständig erneuern und anhaftende Stoffe entfernen.
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Abb. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Verdampferkörper, bei
dem die Achsen drehbar gelagert sind.
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Abb. 4 stellt einen Querschnitt durch den Verdampfer dar.
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Die in Abb. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der Konstruktion nach Abb. 1 und 2. Die Achsen 7 sind mit ihren Zapfen 8 in den
Bohrungen der Tragarme 4 gelagert. Durch die Ro tation der Antriebswelle 3 und Ausbildung
eines Zentrifugalfeldes laufen die Gleithülsen 6 exzentrisch um die Achsen 7, die
ebenfalls in Rotation versetzt werden, da sie drehbar gelagert sind. Durch den Schlupf
bedingt laufen die Gleithülsen 6 und die Achsen 7 mit einer Relativgeschwindigkeit
zueinander, wobei die rotierenden Achsen 7 die Aufgabe der Filmerzeugung auf der
Innenfläche der Gleithülsen 6 übernehmen. Die Entfernung des sich ge gebenenfalls
auf der Innenfläche absetzenden Fest-
stoffes erfolgt auch hier durch den Schub der
Gleithülsen und kann unterstützt werden durch eine ge eignete Profilierung, z. B.
Schneckenprofile, der Achse 7.
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Abb. 5 zeigt einen Längsschnitt durch den Verdampfer mit einem rotierenden
beheizten Rohrbündelsystem.
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Abb. 6 stellt den entsprechenden Querschnitt durch dieselbe Ausführung
dar.
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In dem zylindrischen Verdampferrohr 1, das von außen durch den Mantel
2 beheizt wird, rotiert ein beheizbares Rohrbündelsystem 9. Der untere Teil des
Rohrbündelsystems ist durch Verschraubungen 10 und 11 lösbar, damit die Gleithülsen
6 aufgeschoben werden können. An der Mittelachse 12 des Rohrbündelsystems sind in
gewissen Abständen Haltearme 13 befestigt, die die Gleithülsen 6 aufnehmen. Die
Gleithülsen 6 sind mit Bohrungen 14 versehen, damit der Flüssigkeitsfilm von der
Innenfläche der Gleithülse durch die Bohrungen 14 zur Verdampferwand wandern kann.
Umgekehrt wird bei höher Beaufschlagung Produkt durch die Kanäle 14 in den Innenraum
der Gleithülsen 6 gedrückt.
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Das Anbringen der Bohrungen, Längs- und Querschlitze auf den Gleithülsen
6 gilt sinngemäß auch für die Ausführungsbeispiele nach Abb. 1 bis 4. Beim Auftreten
von Feststoffen ist es zweckmäßig, die perforierten Gleithülsen mit einer Siebbespannung
zu umgeben, um das Produkt von der Wand zu entfernen und abzuführen.
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Die Gleithülsen 6 können aus allen chemisch beständigen Werkstoffen
hergestellt werden. Wegen der guten Laufeigenschaften wird man vor allen Dingen
Teflon- und Graphithülsen verwenden.
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Durch eine konische Ausbildung der Gleithülsen im oberen Teil ergeben
sich Einlaufkanäle 15 für das Produkt, das durch die rotierenden Gleithülsen von
der Wand abgenommen wird und in den Innenraum der Gleithülsen läuft.