DE1235862B

DE1235862B - Rotierende spiralfoermige Verteil-, Foerder- und Austauschvorrichtung fuer Duennschicht-verdampfer

Info

Publication number: DE1235862B
Application number: DEC27857A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bernd Thier
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1962-09-05
Filing date: 1962-09-05
Publication date: 1967-03-09
Also published as: CH413784A; BE637018A; NL297473A; US3266555A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOId

Deutsche Kl.: 12a-2

C 27857 IV c/12 a
5. September 1962
9. März 1967

Bei der Destillation und Rektifikation hochmolekularer Stoffe gewährleisten Dünnschichtverdampfer eine schonende Behandlung der thermisch empfindlichen Produkte. Durch die Erzeugung von dünnen Flüssigkeitsfilmen auf den Austauschflächen erreicht man einen geringen Gesamtinhalt und damit eine kurze Verweilzeit des Produktes.

Da eine gleichmäßige Ausbreitung des Filmes und die ständige Erneuerung der Flüssigkeitsschicht notwendig ist, wurden Dünnschichtverdampfer ent- ίο wickelt, bei denen die Filmerzeugung mit mechanischen Vorrichtungen (Wischer, Bürsten, schräggezahnte Leisten, Rollen usw.) erreicht wird.

Bei der Rektivikation ist die Erzeugung von dünnen Flüssigkeitsschichten ebenfalls vorteilhaft, da ein intensiver Stoffaustausch mit dem Dampf die Wirksamkeit der Kolonne erhöht und aus einer dünnen Filmschicht ein Mitreißen feiner Flüssigkeitströpfchen weitgehend unterbleibt. Stoff- und Wärmeaustausch erfordern notwendigerweise große Oberflächen (Füllkörper, Rieselbleche usw.), die jedoch keinen großen Druckverlust in der Kolonne bewirken dürfen, da eine thermische Belastung für viele hochmolekulare Stoffe nicht erträglich ist.

Die bekannten Dünnschichtverdampfer mit rotierendem Einsatz zur mechanischen Filmerzeugung besitzen nur eine unbefriedigende Rektivizierwirkung, sei es, daß ihnen die notwendigen Stoffübertragungsflächen fehlen, wie z. B. bei der Vorrichtung, die in der deutschen Auslegeschrift 1 050 317 beschrieben ist, sei es, daß sie durch die kleinen freien Querschnitte zwischen Verdampferrohr und Einsatz dem Dampf einen zu großen Strömungswiderstand entgegensetzen und damit einen zu großen Druckverlust verursachen.

Der letztgenannte Nachteil haftet auch der Rektifikationskolonne mit rotierendem Einsatz gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 037 413 an.

Es wurde nun gefunden, daß eine gute Filmerzeugung und Austauschwirkung durch eine rotierende Verteil-, Förder- und Austauschvorrichtung für Dünnschichtverdampfer erreicht werden kann, die aus einem schneckenförmigen, aus einer tragenden Spiralfeder 3 und einer diese umhüllenden feineren Spiralfeder 4 gebildeten Rotor besteht.

Die Wirkungsweise geht aus den nachfolgend beschriebenen Abbildungen hervor.

Die A b b. 1 zeigt einen Dünnschichtverdampfer im Schnitt. Er besteht aus einem zylindrischen Verdampferrohr 1, das von einem Mantel 2 umgeben ist. In dem Verdampferrohr 1 rotiert ein schneckenförmiger Rotor, der aus einer tragenden Spiralfeder 3 Rotierende spiralförmige Verteil-, Förder- und Austauschvorrichtung für Dünnschichtverdampfer

Anmelder:

Chemische Werke Hüls Aktiengesellschaft, Mari

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Bernd Thier, Mari

und einer umhüllenden feineren. Spiralfeder 4 besteht. Die tragende Spiralfeder 3 ist ,im oberen Teil des Verdampfapparates zweckmäßig als Antriebswelle ausgebildet. Das Produkt gelangt über den Eingangsstutzen 5 in den Dünnschichtverdampfer und wird von dem rotierenden Organ zu einer dünnen Filmschicht ausgebreitet. Während das höhersiedende Produkt aus dem konischen Stutzen 6 abläuft, wandern die entstehenden Dämpfe über den Stutzen 7 zum Kondensator. Mitgerissene Flüssigkeitströpfchen werden von dem Zentrifugalabscheider 8, der an der Antriebswelle befestigt ist, wieder an die Verdampferwand geschleudert.

Die Konstruktion des schneckenförmigen Rotors ist aus Abb. 2 und Abb. 3 erkennbar. Das tragende Element ist die hier rohrförmige tragende Spiralfeder 3, die elastisch und biegsam ausgebildet ist. Um die tragende Spiralfeder 3 ist eine umhüllende, sie schlauchartig umgebende feinere Spiralfeder 4 gelegt. Die umhüllende Spiralfeder 4 ist derart unter Druckspannung gesetzt, daß sie sich an der Innenseite der tragenden Spiralfeder 3 anlegt. Auf diese Weise entsteht eine elastische Federumhüllung, so daß das gesamte Rotorsystem 3 und 4 unter leichter Vorspannung in dem Verdampferrohr 1 sitzt.

Gelangt das Produkt über den Stutzen 5 in den Verdampfer, so wird es von dem schneckenförmigen Rotor als Film auf der Wand ausgebreitet. Da die umhüllende Spiralfeder 4 mit jeder Windung je eine punktförmige Berührung an dem Verdampferrohr 1 besitzt, haftet die Flüssigkeit zunächst auf Grund der Kapillarwirkung und der Oberflächenspannung in den Zwickeln, die an jeder Berührungsstelle entstehen. Bei größerer Beaufschlagung sammelt sich in der umhüllenden Spiralfeder 4 ein Flüssigkeitsring, aus dem der Film gespeist wird. Während der Rotation treten infolge der Stauchung und Streckung der

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gespannten Feder Schwingungen auf, die die Flüssig- Die große Oberfläche, die die umhüllende Spiralkeit innerhalb der umhüllenden Spiralfeder 4 ständig feder 4 besitzt, gestattet es, sehr günstige Austauschbewegen. Der Film am Verdampferrohr 1 wird an Verhältnisse zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit den punktförmigen Berührungsstellen immer wieder zu erreichen. Dabei findet der Wärme- und Stoffausaufgerissen und somit umgewälzt und erneuert. 5 tausch nicht nur an der Oberfläche der Filmschicht

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn man die statt, sondern vor allen Dingen innerhalb der Spiraltragende Spiralfeder 3 als Rohr ausbildet, womit sie feder, wo sich bei der Rotation ein Flüssigkeitsring heiz- und kühlbar ist. Durch den metallischen Kon- ansammelt, der ständig oberflächlich erneuert wird, takt der umhüllenden Spiralfeder 4 mit der beheizten Der Druckverlust ist sehr gering, da ein großer freier rohrförmigen tragenden Spiralfeder 3 können große io Querschnitt für die Dampfströmung vorhanden ist. Wärmemengen an das Produkt übertragen werden, In Abb. 5 ist eine Rektifikationskolonne mit so daß sich die Gesamtaustauschfläche und damit die rotierendem Einsatz dargestellt. Das Rohprodukt Leistung des Apparates wesentlich erhöht. läuft über den Stutzen 14 in das als Kolonne wirkende

Die Ausbildung des Rotors ist in konstruktiver Verdampferrohr 1. Der höhersiedende Stoff gelangt Hinsicht sehr günstig, da nur geringe Massen um- 15 in den Sumpf 13 der Kolonne und wird mit Hilfe lauf en und diese zudem symmetrisch angeordnet sind. einer Pumpe 15 in einen Verdampfer (z.B. Fall-Die tragende ist wie die umhüllende Feder elastisch Stromverdampfer) gedrückt. Die im Verdampferund biegsam angeordnet, wobei das Verdampfer- rohr 1 entstehenden Dämpfe wandern aufsteigend, rohr 1 als Führung dient. Eine Lagerung des Rotors also im Gegenstrom zum höhersiedenden Stoff, durch in einem End- oder Zapfenlager ist selbst bei langen ac die Kolonne über den Zentrifugalabscheider 8 in den Einheiten nicht notwendig. Dephlegmator 16. Über die Auffangbleche 17 gelangt

Die schneckenförmige Anordnung des Rotors be- das Produkt zum Ventil 18 für die Destillatabnahme, wirkt eine Förderung des Produktes, die entsprechend Entsprechend dem Rücklaufverhältnis wird ein Teil der Drehrichtung nach oben oder unten gewählt wer- des Produktes über das Regelventil 19 in die Kolonne den kann. So ist es möglich, nicht nur mit fallendem *5 zurückgeleitet. Die Vakuumleitung wird an dem Film, sondern auch mit steigendem Film zu arbeiten. Stutzen 20 angeschlossen. Das höhersiedende Proin Abb. 4 wird eine Vorrichtung gezeigt, die eine dukt läuft an dem Druckstutzen 21 kontinuierlich aus Förderwirkung in senkrechter Richtung nach oben der Apparatur.

aufweist. Sie besitzt den gleichen Aufbau eines Dünn- In A b b. 6 wird eine Vorrichtung zur Molekularschichtverdampfers, wie er bereits in den Abb. 1, 2 3° destillation mit innen liegender Kondensationsfläche und 3 dargestellt ist. Vom Kopf des Verdampfer- gezeigt. Die Anlage ist im Prinzip so aufgebaut, wie rohres 1 geht eine Umgangsleitung 10 über einen sie bereits in den vorhergehenden Abbildungen beWärmeaustauscher 11 zum Sumpf 13 des Ver- schrieben wurde. In der Mitte des Verdampferdampfers. Das Produkt gelangt über den Stutzen 9 rohres 1 ist ein Kühlrohr 22 untergebracht, dessen in die Umgangsleitung 10, wird im Wärmeaustauscher 35 Innenraum von Kühlmittel durchflossen wird. 23 und 11 vorgewärmt und gelangt dann in den Verdamp- 24 sind die entsprechenden Ein- bzw. Ausgangsfer 1. Das höhersiedende Sumpfprodukt verläßt über stutzen. Das Produkt gelangt über den Stutzen 5 in den Stutzen 12 den Apparat. den Apparat und wird an dem beheizten Verdampfer-

Es besteht die Möglichkeit, den Zwangsumlauf- rohrl als Film ausgebreitet. Die leicht flüchtigen verdampfer überflutet zu fahren; das gesamte System 4" Stoffe wandern zu der gegenüberliegenden, innen anist dann bis zum Überlauf der Umgangsleitung 10 mit geordneten Kondensationsfläche und laufen als Flüssigkeit gefüllt. Durch die Rotation wird eine Flüssigkeit über das Kühlrohr 22 und den Sammelkräftige Durchmischung und Förderung erreicht, trichter 25 aus dem Apparat. Das schwerersiedende

Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit steigender Produkt sammelt sich am Boden des Apparates und

Filmverdampfung zu arbeiten, indem der Sumpf des 45 gelangt über das Ablaufrohr 26 in den Vorrats-

Verdampferapparates gefüllt ist und nur die unteren behälter (nicht dargestellt).

zwei bis drei Gänge des schneckenförmigen Rotors In A b b. 7 ist eine Molekulardestillation mit inneneintauchen. Bei der entsprechenden Drehrichtung liegendem Verdampfer und außenliegender Kondenwird die Flüssigkeit durch das Rotationsorgan als sationsfläche dargestellt. Dabei wird die umhüllende Film an der beheizten Wand hochgezogen. Dieser 5° Spiralfeder 4 derart unter Zugspannung gesetzt, daß Effekt ist vor allen Dingen bei viskosen Produkten sie sich einmal an der Außenfläche der tragenden deutlich wirksam und wird noch durch die Dampf- Spiralfeder 3, zum andern am Verdampferrohr 1 strömung unterstützt. Die Filmdicke wird dabei außen anlegt. Auch hier ist das System elastisch auswesentlich von der Drehzahl und von der Eintauch- gebildet, da die umhüllende Spiralfeder 4 nach außen tiefe des Rotors bestimmt. 55 ausweichen kann.

Um große Förderleistungen zu erreichen, kann das Im allgemeinen haben die zu destillierenden, hoch-Rotorsystem, bestehend aus der tragenden Spiral- molekularen Stoffe ausreichende Schmierwirkung, so feder 3 und der umhüllenden Spiralfeder 4, von einem daß die wandberührende, umhüllende Spiralfeder 4 Schlauch überzogen werden, der aus elastischem, aus einem metallischen Werkstoff, z. B. Chromnickelwärme- und chemikalienbeständigem Material be- ^5o Federstahl, angefertigt werden kann. Um jeden Absteht. Für die meisten Verwendungszwecke sind rieb zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Federdraht Schläuche aus Polytetrafluoräthylen oder Synthese- mit einem abriebfesten Kunststoff, beispielsweise kautschuk verwendbar. Die umhüllende Spiralfeder 4 Polytetrafluoräthylen, zu überziehen,
wirkt dabei als Federkörper, der den Schlauch ela- Der Rotor kann selbstverständlich verschiedene stisch an die umgebende Wand preßt. Dieses System ⁶5 Formen aufweisen und so z. B. in einem konischen läßt sich naturgemäß auch zur Filmerzeugung mit oder einem waagerecht liegenden Verdampferapparat zwangsweise nach unten fördernder Produktströmung untergebracht werden. Außerdem besteht die Mögeinsetzen, lichkeit, die umhüllende Spiralfeder 4 mit einer weite-

ren Feder zu umgeben, so daß auf diese Weise ein mehrfach ineinandergeschachteltes Federgebilde entsteht. Statt der Feder können natürlich auch andere elastische Systeme, z.B. Metallschläuche, Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche:

1. Rotierende Verteil-, Förder- und Austauschvorrichtung für Dünnschichtverdampfer, gekennzeichnet durch einen schneckenförmigen, aus einer tragenden Spiralfeder (3) und einer diese umhüllenden feineren Spiralfeder (4) bestehenden Rotor.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllende Spiralfeder (4) unter Druckspannung steht und an der Innenseite der tragenden Spiralfeder (3) sowie an der Innenseite des außen angeordneten Verdampferrohres (1) anliegt. _O

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllende Spiralfeder (4) unter Zugspannung steht und an der Außenseite der tragenden Spiralfeder (3) sowie an der Außenseite des innen angeordneten Verdampferrohres (1) anliegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die tragende Spiralfeder (3) als Rohr ausgebildet und heiz- oder kühlbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllende Spiralfeder (4) von einem Schlauch umgeben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federdraht der umhüllenden Spiralfeder (4) mit einem abriebfesten Kunststoff überzogen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 037 413,
050 317.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen