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Verdampfer zum Eindicken von viskosen Flüssigkeiten Die Erfindung
betrifft einen Verdampfer zum Eindicken von viskosen Flüssigkeiten, mit einem im
wesentlichen zylindrischen Kessel mit horizontaler Längsachse und einem im unteren
Bereich des Kessels befindlichen Heizkörper mit parallel zueinander und zur Längsachse
des Kessels angeordneten hohlen Heizelementen.
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Bei derartigen bekannten Verdampfern (USA.-Patentschrift 2 084 743)
ist der Heizkörper als ein Rohrbündel ausgebildet, dessen Hüllfläche im wesentlichen
einem Halbzylinder gleicht, der von dem unteren Abschnitt des Kessels einen konstanten
Abstand aufweist und der mit seiner oberen Begrenzungsfläche mindestens bis zur
horizontalen Mittelebene des Kessels reicht. Unmittelbar an den äußeren seitlichen
und unteren Heizrohren anliegend sind Strömungsleitbleche angeordnet, die mit Ausnahme
einer Zuströmöffnung im Bereich der vertikalen Längsmittelebene des Kessels den
Heizkörper bis zur Höhe der obersten Rohrreihe umgeben. Der Kessel ist bei dem bekannten
Verdampfer darüber hinaus noch durch eine Reihe von parallel zu den stirnseitigen
Kesselböden verlaufenden Scheidewänden in mehreren Abteilungen unterteilt, die abwechselnd
durch Überströmöffnungen im Bereich zwischen den Strömungsleitbiechen und der Kessel
wand bzw. Durchlässen an der Kesselunterseite miteinander in Verbindung stehen.
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Bei diesen bekannten Verdampfern steigt in jeder Abteilung die einzudickende
Flüssigkeit zwischen den Rohren des Heizkörpers hoch und strömt dann im Kreislauf
zwischen der Kesselwand und den Strömungsleitblechen wieder nach unten. Der Durchlaßquerschnitt
der dem aufsteigenden Flussigkeitsstrom zur Verfügung steht, ändert sich periodisch
von Kleinstwerten in den Horizontalebenen, die die Heizrohrachsen enthalten, auf
Größtwerte zwischen den Horizontalebenen, die von Heizrohren frei sind.
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Dadurch entsteht ein unregelmäßiger Strömungsverlauf mit Wirbelbildung
um die Rohre und einer Querströmung zwischen den Rohrebenen. Die Flüssigkeit wird
somit nicht gleichförmig erwärmt, weil ein Teil direkt zwischen den Heizrohren nach
oben strömt und unter Umständen sofort in die nächste Abteilung abströmt, während
ein anderer Teil unterschiedlich lange zwischen den Heizrohren verweilt. Nachteilig
ist weiterhin, daß durch die Wirbelbildung und die Querströmung der gesamte Flüssigkeitsstrom
behindert und durch die verminderte Flußgeschwindigkeit der Wärmeaustausch und damit
die Leistungsfähigkeit des Verdampfers verkleinert wird, während andererseits örtliche
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hitzungen auftreten können, die zu Qualitätsminderungen des einzudickenden
Gutes und Ablagerungen an den Heizrohren führen können.
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Bei dem bekannten Verdampfer ist das Nennfassungsvermögen des Kessels
nur wenig verschieden von der für den Betrieb erforderlichen RulImenge.
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Für den Einsatz eines Verdampfers zur Herstellung von Kristallen durch
Eindickung der Flüssigkeit wird aber angestrebt, erst eine Kornfußfüllmasse zu bilden,
deren Kristalle durch progressive Zufuhr von Flüssigkeit vergrößert werden. Um die
Bildung vieler kleiner an Stelle der gewünschten großen Kristalle zu vermeiden,
soll folglich das Volumen der Kornfußfüllmasse und damit die Anzahl der ursprünglich
vorhandenen Kristalle klein gehalten werden. Dies ist aber bei dem bekannten Verdampfer
nicht möglich, da dessen für den Betrieb erforderliches Füllvolumen nur wenig kleiner
als das Nennvolumen ist, insbesondere wegen des relativ hohen Heizkörpers und der
Strömungsleitbleche.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdampfer der eingangs
genannten Art derart auszubilden, daß gleichzeitig eine sehr intensive Zirkulation
der Flüssigkeit unter Vermeidung toter Zonen, eine gleichförmige Erhitzung der Flüssigkeit
sowie eine große Differenz zwischen minimalem und Nennfassungsvermögen erzielt sowie
ein geringer Flüssigkeitsüberstand über den Heizkörpern erzielt wird.
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Erfindungsgemäß wird dies, ausgehend von einem Verdampfer der eingangs
genannten Gattung, durch die Kombination der folgenden Merkmale erreicht: a) in
an sich bekannter Weise bestehen die Heizelemente aus Plattenheizkörpern mit ebenen
Seitenwänden, die lotrecht angeordnet sind, wobei die äußeren Plattenheizkörper
einen für die Rezirkulation der gesamten umlaufenden Flüssigkeitsmenge bemessenen
Abstand von den benachbarten Kesselwandungen aufweisen; b) diese den äußersten Heizelementen
benachbarten Kesselwandungen verlaufen in an sich bekannter Weise in Höhe der Oberkanten
der Heizelemente nach oben auseinander, und c) in an sich bekannter Weise erstrecken
sich die Heizelemente im wesentlichen von dem einen stirnseitigen Kesselbodens zu
dem anderen Ein Verdampfer mit der Gesamtheit dieser Merkmale ist Gegenstand des
Patentbegehrens. Bei einer derartigen Ausbildung ist es möglich, sowohl für den
aufsteigendenFlüssigkeitsstrom schädliche Verwirbelungen und Querströmungen zu vermeiden
und günstige Strömungsverhältnisse, verbunden mit einer sehr gleichmäßigen Wärmeübertragung
auf die Flüssigkeit zu erhalten, als auch die Strömungswiderstände für die absteigende,
rezirkulierte Flüssigkeit auf einen Kleinstwert zu bringen, und zwar ohne daß komplizierte
und in der Herstellung aufwendige Bauformen für den Kessel oder zusätzliche Strömungsleitbleche
erforderlich wären. Es können sich folglich die Auftriebskräfte zwischen den Plattenheizkörpern
ungestört entfalten, welche in Verbindung mit den minimalen Strömungswiderständen
des Kreislaufes eine ungewöhnlich hohe Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
erreichen lassen. Diese wiederum erhöht den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen
der Flüssigkeit und den Plattenheizkörpern, so daß letztere, welche ohnehin wegen
der gegenüber Heizrohren größeren Heizfläche bei gleichem Raumbedarf kleiner bauen,
mit erheblich geringerer Höhe gegenüber einem Rohrbündel ausführbar sind und folglich
neben größerer Leistungsfähigkeit auch ein für die Züchtung großer Kristalle erwünschtes
großes Verhältnis zwischen dem Nennfassungsvermögen des Verdampfers und dem Volumen
der Kornfußfülütnasse erreichen lassen.
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Es sind Verdampfer mit senkrecht stehendem zylindrischem Kessel bekannt
(deutsche Patentschrift 923 660), bei denen die Heizelemente aus Plattenheizkörpern
mit ebenen Seitenwänden bestehen, die lotrecht angeordnet sind, wobei die äußeren
Plattenheizkörper einen für die Rezirkulation der gesamten umlaufenden Flüssigkeitsmenge
bemessenen Abstand von den benachbarten Kesselwandungen aufweisen.
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Hierbei ist aber der Abstand jedes äußeren Plattenheizkörpers von
der benachbarten Kesselwandung nicht konstant, sondern vermindert sich von der Heizplatte
zu jedem von deren Enden. Da somit für die Rezirkulationsströmung in den verschiedenen,
zu den Heizplatten senkrechten, lotrechten Ebenen unterschiedliche Strömungswiderstände
vorhanden sind, werden die Strömungsfäden nicht parallel zueinander verlaufen, sondern
sich überlagern, wobei eine Bildung von Wirbeln und toten Zonen unvermeidlich ist
und die Rezirkulationsgeschwindigkeit insgesamt sinkt.
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Es ist weiterhin für andere Verdampfer mit senkrecht stehendem zylindrischem
Kessel bekannt (»Technologie des Zuckers«, 1955, S 354 und 355), die den äußersten
Heizelementen benachbarten Kesselwandungen in Höhe der Oberkanten der Heizelemente
nach oben auseinanderlaufend auszubilden, dergestalt, daß sich die Wandung hier
auf einem Abschnitt ihrer Höhe kegelstumpfförmig nach außen erweitert und dann in
zyltindrischer Form, aber mit vergrößertem Durchmesser verläuft.
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Es sind weiterhin Verdampfer mit zylindrischen Kesseln mit horizontaler
Längsachse bekannt, welche insbesondere für die Verdampfung von Meereswasser, d.
h. einer leicht beweglichen Flüssigkeit, bestimmt sind, bei welchen sich die als
Heizrohre ausgebildeten Heizelemente im wesentlichen von dem einen stirnseitigen
Kesselboden zu dem anderen erstrecken. Die Heizrohre sind innerhalb einer runden
oder rechteckigen Querschnittfläche angeordnet, wobei die untersten Rohre bzw. die
an den unteren Außenkanten verlaufenden Heizrohre dicht an der Kesselwandung geführt
sind. Für Verdampfer, die für viskose Flüssigkeiten bestimmt sind, läßt sich eine
derartige Anordnung des Rohrbündels wegen der ungünstigen Strömungsverhältnisse
für die Zirkulationsströmung und der Bildung toter Zonen nicht verwenden.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung
an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g.
1 einen Längsschnitt durch einen Kochapparat gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen
Querschnitt durch den Kochapparat gemäß Fig. 1 und F i g. 3 einen waagerechten Schnitt
durch den Kochapparat gemäß F i g. 1.
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Der in der Zeichnung dargestellte Kochapparat weist einen im wesentlichen
zylindrischen Kessel 1 mit horizontaler Längsachse auf, in dessen unterem Teil,
der im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist, eine Reihe von Plattenheizkörpern
2 angeordnet sind.
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Diese Heizkörper 2 verlaufen parallel zueinander und zur Längsachse
des Kessels 1 und erstrecken sich im wesentlichen von dem einen stirnseitigen Kesselboden
3 zum anderen.
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Die Plattenheizkörper 2 bestehen im wesentlichen aus senkrecht stehenden,
verschweißten Blechen 4, welche einen Hohlraum umschließen, in dem Distanzkörper
5 angeordnet sind. Um eine gleichmäßige Beheizung zu erzielen, sind die Plattenheizkörper
2 vorzugsweise abwechselnd mit Rohren 10 an zwei Dampfkammern 6 angeschlossen, von
denen sich jeweils eine an jedem stirnseitigen Kesselboden 3 befindet und durch
ein Dampfruleitungsrohr 7 gespeist wird. Die Plattenheizkörper 2 werden von Trägern
8 gehalten und sind an ihren oberen Enden durch Flacheisen 9 ausgesteift.
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In jeden Plattenheizkörper 2 mündet noch mindestens eine Kondensatablaufleitung
11 und eine Auslaßleitung 12 für Luft und nichtkondensierbare Gase.
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Die einzudickende Flüssigkeit wird dem Verdampfer über eine Rohrleitung
Ifzugeführt, während die Entleerung über mehrere Stutzen 14 erfolgt, die am Boden
des Kessels 1 dergestalt ausgebildet sind, daß die Entnahme des eingedickten Gutes
ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden kann.
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Durch die Ausbildung der Heizkörper als Platten kann gegenüber einem
Rohrbündel mit gleich großer benetzter Oberfläche der Dampfinhalt und der gesamte
Platzbedarf vermindert werden, so daß die Gesamthöhe der Heizkörper klein gewählt
werden kann. Demzufolge läßt sich auch das zur vollständigen Bedeckung der Heizkörper
erforderliche Minimalvolumen an Flüssigkeit, bezogen auf das Nennfassungsvermögen,
senken, so daß sich günstige Verhältnisse für die Kornfußfüllmasse ergeben. Da die
Kesselwandungen in Höhe der Heizelementeoberkanten nach oben auseinanderstreben,
ist einerseits die Höhe der Flüssigkeitssäule über den Platten gering, wodurch der
Dampfaustritt aus der Flüssigkeit erleichtert wird, während andererseits die Rezirkulationsströmung
keine Widerstände vorfindet und von hier aus wegen der strömungsgünstigen und großen
Querschnitte praktisch ungehindert zu den Unterkanten der Plattenheizkörper gelangen
kann.