DE1551502C - Wischeranordnung fur die Warme tauschwand von Wärmetauschern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine an einem Rotor angeordnete Wischeranordnung für die Wärmetauschwand von Wärmetauschern zur Erzeugung eines dünnen Mediumfilms an der Wärmetauschwand, bestehend aus mindestens einem Haltestab, der am Rotor im wesentlichen parallel zu dessen Achse angebracht ist und an dem seinerseits Vorspannmittel befestigt sind, an denen jeweils mindestens ein Wischerelement angeordnet ist, welches durch die Vorspannmittel in die Wischstellung drückbar ist, wobei die Anordnung zum Verändern der Vorspannung der Vorspannmittel eingerichtet ist und auch eine kinematische Umkehrung, d. h. rotierende Wärmetauschwand und stationäre Wischeranordnung vorliegen kann.

Viele Industrien benötigen in bestimmten Produktionsphasen Dünnschichtverdampfer, d. h. Filmverdampfer. Dabei ist es ein allgemein bekannter Grundsatz, daß die Wärmeübertragung und damit die Verdampfungsgeschwindigkeit in der Regel umgekehrt proportional zur Dicke der mit der beheizten Wärmetauschwand in Kontakt stehenden Flüssigkeitsschicht sind. Ein Dünnschichtverdampfer mit Wischern ist ein Verdampfer, bei dem auf der Wärmetauschwand ein dünner Film der zu verdampfenden Flüssigkeit erzeugt wird, indem zuerst die Flüssigkeit der beheizten Wärmetauschwand zugeführt wird und dann ein Wischblatt bzw. Abstreifblatt über diese Wand geführt wird, um überschüssige Flüssigkeit abzustreifen.

Ein kontinuierliches Abstreifen kann man, wie in der USA.-Patentschrift 2 024 299 gezeigt, dadurch erhalten, daß die Wischblätter drehbar gelagert sind und innerhalb eines aufrecht stehenden, beheizten zylindrischen Gehäuses aufgehängt sind, so daß die Flüssigkeit, welche zwischen den Rotor und das beheizte Gehäuse eingebracht wird, an der Innenwand des Gehäuses nach unten fließen kann. Sobald die Flüssigkeit in das Gehäuse eintritt und an der Innenwand des beheizten Gehäuses nach unten strömt, wird der Rotor angetrieben bzw. gedreht, um die Wischblätter wirksam zu machen und die Flüssigkeit entlang der beheizten Gehäusewandung in einer kontinuierlichen Abstreifoperation nach unten zu bewegen. Der Rückstand wird dann vom Boden des Gehäuses abgezogen, und der Dampf verläßt das Gehäuse bzw. den Kessel als Kondensat durch eine ebenfalls am Boden angeordnete Ausströmöffnung. Die Wischerblätter sind bei der Anordnung nach dieser Patentschrift frei drehbar auf Stangen angelenkt, welche parallel zur Rotorachse verlaufen; dreht sich der Rotor mit der in dieser Patentschrift angegebenen Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute, so werden die Wischerblätter durch die auftretende Fliehkraft in Berührung mit der Wärmetauschwand gebracht.

Bei einer anderen Ausführungsform einer derartigen Anordnung, wie sie aus der Zeitschrift »Industrial and Engineering Chemistry«. 1964 (56), S. 26 bis 30, bekannt ist, sind die dort aus Kohle bestehenden Wischerblätter beweglich in vertikal verlaufenden Gleitnuten angeordnet, so daß sie unter dem Einfluß der im Betrieb auftretenden Fliehkraft in diesen Kanälen radial nach außen gleiten und gegen die Wärmetauschwand zur Anlage kommen.

Diese bekannten, mit Fliehkraft arbeitenden Wischeranordnungen haben den Nachteil, daß sie sich nur für relativ kleine Verdampfer eignen, da ihre Rotordrehzahl durch die für die Anpressung der Wischerblätter erforderlichen Fliehkräfte festgelegt ist, da diese Fliehkräfte weder zu groß noch zu klein sein dürfen. Sie eignen sich deshalb schlecht für relativ große Verdampfer, deren Durchmesser zuweilen größer als 140 cm ist und deren Höhe zuweilen 580 cm übersteigt.

Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 190 817 eine an einem Rotor angeordnete Wischeranordnung

ίο für einen Wärmetauscher bekanntgeworden, die zur Erzeugung eines dünnen Mediumfilms an einer Wärmetauschwand dient. An der Antriebswelle dieses Rotors ist auf beiden Längsseiten je ein starrer Wischerträger in Form einer länglichen Eisenplatte angebracht, die an ihrer freien äußeren Kante mit Langlöchern versehen ist. An diesen Langlöchern sind mittels Befestigungsschrauben Wischerblätter befestigt, und zwar kann durch Verschieben der Befestigungsschrauben in den Langlöchern die Vorspannung festgelegt und gegebenenfalls verändert werden, mit der die Wischerblätter gegen die Wärmetauschwand anliegen. — Ein wesentlicher Nachteil der Anordnung nach dieser USA.-Patentschrift ist der Umstand, daß die Einstellung der Wischerblätter bei ihr sehr schwierig ist, da z. B. bei einem Nachstellen der Wischerblätter, das ja auf der ganzen Länge erfolgen muß, sämtliche Befestigungsschrauben sämtlicher Wischerblätter gelöst und nach dem Nachstellen wieder neu angezogen werden müssen. Dies stellt eine sehr zeitraubende Arbeit dar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei Wischeranordnungen der eingangs bezeichneten, durch die USA.-Patentschrift 3 190 817 bekannten Gattung die Einrichtung zum Verändern der durch die Vorspannmittel erzeugten Vorspannung so auszubilden, daß sie leicht zugänglich ist und auch eine Änderung des Verlaufs der Vorspannung über die Rotorlänge ohne großen Aufwand einstellbar ist.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs bezeichneten Art von Wischeranordnungen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Haltestab derart ausgebildet und am Rotor angebracht ist, daß durch elastische Verdrillung des Haltestabs die Vorspannung der Vorspannmittel veränderbar ist. Soll z. B. die Vorspannung des Wischerelements über seine ganze Länge gleichmäßig erhöht oder verringert werden, so braucht lediglich der Haltestab an seinen beiden Enden gleichsinnig um den gleichen Betrag gedreht zu werden, was einfach und ohne großen zeitlichen Aufwand möglich ist. Wünscht man eine zum unteren Ende des Wischerelements zunehmende Vorspannung, um beispielsweise die Zunahme der Viskosität der zu verdampfenden Flüssigkeit infolge ihrer Verdampfung zu berücksichtigen, so genügt es, den Haltestab an einem Ende gegenüber dem anderen Ende so zu verdrehen, wodurch man die gewünschte, über die Länge des Rotors zunehmende Vorspannung erhält. Gleichzeitig wirkt eine solche Wischeranordnung auch stark dämpfend auf etwaige Schwingungen des Rotors, z. B. dann, wenn dieser im Bereich einer kritischen Drehzahl arbeitet.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird die Wischeranordnung so ausgebildet, daß in an sich bekannter Weise die Vorspannmittel als auskragende Federn und insbesondere als Blattfedern ausgebildet sind, die sich in im wesentlichen tangentialer Richtung von dem Rotor zur Wärmetauschwand hin erstrecken. Die Wischerelemente

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können bei dieser Ausbildung ohne Schwierigkeiten Die Wischeranordnung 40 umfaßt mehrere in Umbei irgendwelchen Unregelmäßigkeiten in der Wärme- fangsrichtung im Abstand voneinander liegende, als tauschwand radial nach innen ausweichen. Haltestäbe dienende Torsionsstäbe 42, mehrere In weiterer Fortbildung der Erfindung wird.dabei Wischblätter 56 und mehrere als Vorspannmittel die Wischeranordnung mit Vorteil so ausgebildet, 5 dienende Blattfedern 52, die an einem Ende an den daß jeder Haltestab an seinem dem Einlaß des zu Torsionsstäben 42 und am anderen Ende an den behandelnden Mediums in das Gehäuse näher ge- Wischblättern 56 befestigt sind. Jeder Torsionsstab legenen Ende um seine Längsachse einstellbar am 42 ist im wesentlichen parallel zur Rotorachse ange-Rotor befestigt ist, und daß ferner die Einleitung des ordnet, wobei das obere Ende jedes Torsionsstabes Drehmoments in jeden Haltestab über wenigstens eine io an einer Klemmplatte 44 befestigt ist, während das außerhalb der Stabachse liegende Angriffsfläche und untere Ende in jeweils einer Fassung eines Flansches ein damit zusammenwirkendes, in dem Rotor abge- 46 drehbar ist. Jeder Torsionsstab 42 hat an seinem stütztes Stellelement vorgesehen ist. Hierdurch erhält unteren Ende zwei sich gegenüberliegende, als Anman in sehr einfacher Weise die zuvor beschriebene griffsfläche dienende Vorsprünge 48. Zwei als Stell-Einstellung des Wischerelements bei gleichmäßiger 15 element dienende Stellschrauben 50 sind vorgesehen Abnutzung bzw. für den Fall, daß die Vorspannung und derart angeordnet, daß durch sie einstellbar eine über die Längserstreckung des Rotors zu- oder ab- Kraft auf die Vorsprünge 48 ausgeübt werden kann, nehmen soll. um den Torsionsstab 42 elastisch zu verdrillen. In In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Abständen über die Länge der Torsionsstäbe 42 verErfindung dargestellt. Es zeigt 20 teilt, tragen diese mehrere in einer Reihe liegende, als F i g. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Vorspannmittel dienende Blattfedern 52, die sich von Seitenansicht einer vollständigen Dünnschicht- bzw. den Torsionsstäben 42 etwa tangential nach außen Filmverdampferanordnung mit Wischern gemäß der erstrecken. Jede Blattfeder 52 kann an dem zuge-Erfindung, ordneten Torsionsstab 42 festgeklammert werden und F i g. 2 eine Schnittansicht entsprechend der Linie 25 ist in der Lage, das zugehörige Wischblatt 56 gegen 2-2 in Fig. 1, und die Innenfläche der Verdampferwand 12 zu drücken. F i g. 3 eine Schnittansicht entsprechend der Linie Die Wischblätter 56 sind gewöhnlich, wie in F i g. 1 3-3 inFig. 1. dargestellt, längs der Achse der Verdampferwand in

Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit 10 bezeichneten mehrere Teile unterteilt.

Dünnschichtverdampfer mit Wischern mit einer die 30 F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab die Wisch-Wärmetauschwand darstellenden zylindrischen Ver- blattanordnung 40. Jedes Wischblatt 56 bestreicht die dampferwand 12 mit einem Mantel 18, der im Ab- Innenfläche der als Wärmetauschwand dienenden stand von der Wand 12 liegt und dieses im wesent- Verdampferwand 12 und ist mittels Verschraubungen liehen umgibt, einer insgesamt mit 30 bezeichneten 54 an einem Ende der zugehörigen Blattfedern 52 Rotoranordnung, die sich in den Innenraum der 35 befestigt. Das andere Ende der Blattfedern 52 ist eng Verdampferwand 12 erstreckt; und einer allgemein um den Torsionsstab 42 herumgeschlagen und durch mit 40 bezeichneten Wischeranordnung, die an die Reibungshaftung daran festgelegt. Das obere Ende Rotoranordnung 30 angeschlossen ist, und langge- des Torsionsstabes 42 ist an der Klemmplatte 44 streckte, als Wischelemente dienende Wischblätter 56 (s. F i g. 3) befestigt, die mit Schlitzen 45 versehen ist, aufweist, die in der Lage sind, die Innenfläche der 40 die eine Einstellung des Torsionsstabes 42 um seine Verdampferwand 12 zu berühren bzw. zu bestreichen. Längsachse mittels Schrauben 47 ermöglichen.

Gemäß F i g. 1 ist der die Verdampferwand 12 Im Betrieb dreht die (nicht dargestellte) Antriebsumgebende Mantel 18 mit einem Heizfluideinlaß 20 einrichtung über die Rotorwelle 32 den Rotor 36. und einem Heizfluidauslaß 22 versehen, durch die Das einzudampfende Medium wird durch die das Heizfluid in Berührung mit der Verdampferwand 45 Produkteinlauföffnung 14 auf den Verteilerkopf zu 12 gebracht werden kann, um die Wärmeübertragung gegeben, von wo es anschließend durch die Uberdurch sie hindurch zu bewirken. Eine Produkteinlauf- lauföffnungen 26 unter Zentrifugalwirkung gegen die öffnung 14 und eine Rückstandsauslauföffnung 16 Innenwand der Verdampferwand 12 strömt. Ein sind an den Deckeln der Verdampferwand 12 vorge- Heizfluid wird in den Raum zwischen Mantel 18 und sehen. Innerhalb der Verdampferwand 12 und sich 50 die Verdampferwand 12 geleitet und erwärmt somit

j durch den unteren Deckel derselben erstreckend ist die Wände der Verdampferwand 12.

ein Kondensator 27 und eine zugeordnete Vakuum- Die Wischblätter 56, die aus einem geeigneten

j anlage 28 vorgesehen. Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten, z. B.

j Über der Verdampferwand 12 ist eine (nicht darge- einem glasfaserverstärkten Polyfluoräthylenpolymeri-

stellte) Antriebseinrichtung montiert, die die Rotor- 55 sat, gebildet sind, werden durch die Blattfedern 52 auf

anordnung 30 mittels einer Rotorwelle 32 antreibt, die Innenfläche der Verdampferwand 12 gedrückt,

die durch eine Wellendichtung 34 hindurchgeht. Die Die Wischblätter 56 verteilen das Medium in einem

• Rotoranordnung 30 enthält einen zylindrischen dünnen, gleichmäßigen Film über die Verdampfer-Rotorkörper 36, der mit Öffnungen 38 versehen ist wand und beschleunigen so einer Verdampfung der und axial innerhalb des Innenraums der Ver- 60 niedriger siedenden Bestandteile des Mediums,
dampferwand 12 aufgehängt ist. An dem Rotorkörper Der verdampfte Anteil strömt dann durch die 36 ist oben ein Verteilerkopf 24 befestigt, der mit Öffnungen 38 des Rotors 36 in den inneren Hohl-Überlauföffnungen 26 versehen ist. Das durch die raum desselben, wo er mit dem Kondensator 27 in Produkteinlauföffnung 14 eintretende Produkt wird Berührung kommt, daran kondensiert und anschlievon dem Kopf 24 aufgefangen und strömt dann durch 65 ßend als Destillat durch den Kondensatauslaß 29 am die Überlauföffnungen 26, von wo aus es entlang der Boden des Kondensators 27 ausströmt.
Innenfläche der Verdampferwand 12 nach unten Die Bestandteile des Mediums, die nicht verdampft läuft. worden sind, strömen weiter entlang der Verdampfer-

wand 12 nach unten und verlassen den Verdampfer durch die Rückstandsauslaßöffnung 16.

Wenn eine Verstellung des Wischerdrucks in einer über die Torsionsstablänge gleichmäßigen Weise erwünscht ist, werden die Schrauben 47 gelockert und die als Stellelement dienenden Stellschrauben 50 werden gegen die Vorsprünge 48 verstellt, wodurch die Winkelstellung des Torsionsstabes 42 bezüglich seiner Längsachse in jedem gewünschten Wert fixiert werden kann.

Während die flüchtigen Komponenten des Mediums verdampfen, ändert sich die Viskosität des Rückstands, und es ist aus diesem Grunde wünschenswert oder notwendig, die auf die Wischblätter 56 ausgeübte Kraft örtlich herabzusetzen oder zu erhöhen, um eine gleichmäßige Dicke des Flüssigkeitsfilms aufrechtzuerhalten. Gemäß der Erfindung wird dies durch Verstellen der Stellschrauben 50 bewerkstelligt, während die Klemmplatte 44 ihre Stellung beibehält. Eine derartige Verstellung ruft eine Verdrillung in dem Torsionsstab 42 hervor, wodurch eine größere Verformung der Blattfedern 52 im Bereich des unteren Endes des Torsionsstabes 42 als der Blattfedern im Bereich des oberen Endes des Torsionsstabes bewirkt wird. Auf diese Weise wird die Andruckkraft des an diesem Torsionsstab befestigten Wischblattes bzw. der Wischblatteile entlang einer Mantellinie der Verdampferwand 12 unterschiedlich verändert.

Es ist offensichtlich, daß Wischeranordnungen und Verdampfer mit Wischeranordnungen gemäß der Erfindung deutliche Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen haben. Die Erfindung ermöglicht den Betrieb von Verdampferwänden 12 mit großen Durchmessern und/oder großer Länge, wobei die Wischerleistung derjenigen Leistung gleich ist, die bisher nur bei kleinen Verdampfern erzielbar war. Die durch die Wischblätter 56 ausgeübte Kraft kann weiterhin auf einfache Weise verstellt werden, um eine optimale Wischerkraft für verschiedene Verdampfungsprozesse oder zu verdampfende Medien und außerdem eine optimale Wischerkraft für verschiedene Abschnitte eines einzigen Verdampfungsprozesses zu erhalten.

Eine typische, für ein Gehäuse mit etwa 30,5 cm Durchmesser vorgesehene Rotoranordnung entsprechend der Erfindung hat vier Wischblattreihen, die gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt sind. Einzelne Wischblätter 56 mit einer Länge von etwa 30,5 cm sind im wesentlichen mit sich gegenüberliegenden Enden in senkrecht verlaufenden Reihen angeordnet. Jedes Wischblatt 56 ist an zwei Blattfedern 52 befestigt, die ihrerseits an einem Torsionsstab 42 befestigt sind, der parallel zur Rotorachse verläuft. Wenn der Torsionsstab 42 an einem Ende verdreht wird, während er an dem anderen Ende festgehalten ist, werden die Wischblätter 56 oder die Teile eines einzigen durchgehenden Wischblattes, die sich diesem Ende näher befinden, stärker gegen die Verdampferwand 12 gedrückt als die übrigen Wischblätter oder Blatteile dieses Torsionsstabes 42, wodurch entlang der Wischblätter 56 oder des durchgehenden Wischblattes eine unterschiedliche Andrückkraft erzeugt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. An einem Rotor angeordnete Wischeranordnung für die Wärmetauschwand von Wärmetauschern zur Erzeugung eines dünnen Mediumfilms an der Wärmetauschwand, bestehend aus mindestens einem Haltestab, der am Rotor im wesentlichen parallel zu dessen Achse angebracht ist und an dem seinerseits Vorspannmittel befestigt sind, an denen jeweils mindestens ein Wischerelement angeordnet ist, welches durch die Vorspannmittel in die Wischstellung drückbar ist, wobei die Anordnung zum Verändern der Vorspannung der Vorspannmittel eingerichtet ist und auch kinematische Umkehrung, d. h. rotierende Wärmetauschwand und stationäre Wischeranordnung, vorliegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestab (Torsionsstab 42) derart ausgebildet und am Rotor (36) angebracht ist, daß durch elastische Verdrillung des Haltestabes die Vorspannung der Vorspannmittel (Federn 52) veränderbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Vorspannmittel als auskragende Federn (Blattfedern (52) ausgebildet sind, die sich in im wesentlichen tangentialer Richtung von dem Rotor (36) zur Wärmetauschwand (Verdampferwand 12) hin erstrecken.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn in an sich bekannter Weise als Blattfedern (52) ausgebildet sind.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Wärmetauschwand (Verdampferwand 12) als Innenfläche eines hohlen Gehäuses ausgebildet, sowie der Rotor (36) innerhalb des Hohlraums angeordnet ist und die Vorspannmittel (Blattfedern 52) sich von dem zugehörigen Haltestab (Torsionsstab 42) aus in einer der Umlaufrichtung der Vorspannmittel im wesentlichen entgegengesetzten Richtung erstrecken.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haltestab (Torsionsstab 42) an seinem dem Einlaß des zu behandelnden Mediums in das Gehäuse näher gelegenen Ende um seine Längsachse einstellbar (Schlitze 45, Schrauben 47) am Rotor befestigt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Drehmoments in jeden Haltestab (Torsionsstab 42) über wenigstens eine außerhalb der Stabachse liegende Angriffsfläche (Vorsprünge 48) und ein damit zusammenwirkendes, in dem Rotor (36) abgestütztes Stellelement (Stellschrauben (50) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen