DE1619694A1 - Konischer Duennschichtapparat - Google Patents

Description

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FARBENFABRIKEN BAYER AG LEVIRIUSBN-Btjrwwwk Mr/gb p.unt-Abteiiunj 2 5. Jan. 1967 Konischer Dünnschichtapparat

Die vorliegende Erfindung Dezieht eich auf einen Dünnschichtapparat zum physikalischen oder chemischen Behandeln von Flüssigkeiten in Form eines Films, wobei der Apparat aufrecht steht und eich nach unten zu konisch verjüngt und mit um die Mittelachse rotierbaren Wischern ausgestattet ist und dessen Einlad eich am oberen, der Auslaß am unteren Ende befindet« Für das Eindampfen temperatürempfindlicher Stoffe, bei denen das Verhältnis von Destillat zu Zulaufmenge sehr groß sein soll, sowie für Reaktionen in einer Flüssigkeit, bei der zu Beginn viel und gegen Ende weniger Wärme ab- oder zugeführt werden muß, werden konische Dünnschichtapparate mit senkrechter Achse vorgeschlagen, bei denen die Flüssigkeit auf der Innenseite eines Kegels vom oberen, großen Durchmesser als dünner Film mit freier Oberfläche etwa gleichbleibender Dicke' entlang der kegeligen Mantelfläche zum kleineren Durchmesser am unteren Ende fließt. Der Flüseigkeitsfilm wird dabei in bekannter Weise von üb die Hauptachse rotierenden Wischern erzeugt, welche das an der Innenwand des Kegels herabfließende Produkt zu einem dünnen

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Film mit ständig erneuerter Oberfläche ausstreichen· Durch Beheizen oder Kühlen dee Kegelmantels von außen kann dabei dem Produkt Im Film Wärme zu- oder abgeführt werden. Hierbei handelt es sich nicht um die ebenfalls bekannten Dünnschichtverdampfer mit verhältnismäßig kleinem Kegelwinkel (< 10°) und hoher Drehzahl des Wischers und mit meist waagerechter Hauptachse, bei denen der Flüssigkeitsfilm auf der freien Oberfläche als Folge der auf ihn wirkenden großen Zentrifugalkräfte angenähert zylindrische Form hat. Der am Flüssigkeitsauelauf kleinere Durchmesser des Kegelmantels bildet bei dieeer, die vorliegende Erfindung nicht berührenden Art von Dünnschichtverdampfern gleichsam ein Überlaufwehr.

Ss 1st ferner bekannt, daß man durch Verschieben der Wischer längs der Drehachse die Spaltweite zwischen Wischerkanten und Kegelinnenmantel verändern kann. Dabei ist bei gleichem Kegelwinkel von Kegelinnenmantel und geometrischer Hüllfläche der Wischerkanten die Spaltweite über die ganze Länge der Wischerkanten konstant· Die mittlere Verweilzeit der Flüssigkeit in einem solchen Dünnschichtapparat läßt sich für ein bestimmtes Produkt durch Verändern der Drehzahl des Wischere, der Spaltweite zwischen Wischerkanten und Heizmantel, der ZuIaufmengβ und evtl. der Heiz- oder Kühlmitteltemperatur beeinflussen. Man hat es jedoch auf diese Weise nicht in der Hand, auf die

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Größe der jeweiligen örtlichen Strömungsgeschwindigkeit des länge des Kegelmantels strömenden Flüssigkeitsfilms einzuwirken.

Weiterhin ist für zylindrische Dünnschichtverdampfer ein Stauring bekannt, der den freien Durchmesser im Ablauf verringert, so daß sich über dem Stauring ein dickerer Flüssigkeitsfilm und damit, wegen der Verringerung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle, auch eine längere Verweilzeit ergeben. Die Turbulenz in diesem unteren, dickeren Teil des Flüssigkeitsfilmes ist jedoch gegenüber der Turbulenz im oberen, sehr viel dünneren Teil erheblich verringert.

Ea wurde nun gefunden, daß in einem konischen Dünnschichtapparat mit aus verfahrenstechnischen Gründen erwünschter unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit im Flüssigkeitsfilm mit freier Oberfläche längs des Weges vom Einlaß zum Auslaß auch in den Abschnitten mit dementsprechend größeren Filmdicken eine gute Turbulenz dadurch erreicht wird, daß der spaltförmige Abstand zwischen der Innenwandung des konischen Mantels und der geometrischen Umhüllenden der dotierenden Wischer längs der Mantellinie unterschiedlich ist. Dadurch wird erreicht, daß auf der konischen Innenwandung des Behälters der Flüssigkeiten film verschieden stark ist, je nachdem, in welchem Stadium der Reaktion eine größere Verweilzeit gefordert ist. Soll beispielsweise die Flüssigkeit im unteren Bereich länger verweilen, so nimmt der epaltförmige Abstand zwischen Wischerkanten und Innen-

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wandung des Mantels zum Auslaß hin zu. Soll die Verweilzeit im oberen Teil des Apparates länger sein, so nimmt der apaltförmige Abstand zum Auslaß hin ab. Es versteht sich, daß die Wischerkanten über ihre Länge mehrmals abgesetzt sein können, beispielsweise sägezahnartig. Vorzugsweise ist die Innenwandung des konischen Mantels und/oder die Wischerkanten mit nutartigen Vertiefungen geeigneten Profile und geeigneter Tiefe ausgestattet, um in an sich bekannter Weise auch in kleineren Bereichen des Apparates die Filmdicke ändern zu können.

Durch alle diese Maßnahmen wird eine erwünschte Rückströmung und damit erhöhte Turbulenz erzielt. Eine bessere Durchmischung des Filmes normal zur Mantelwandung und verbesserter Wärmeübergang an die Flüssigkeit wird dadurch erreicht.

Anhand der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 4 sei der erfindungsgemäße Apparat beschrieben, sowie die Flüssigkeitsverteilung erläutert:

An der Innenwand des konischen Mantels 1 fließt die Flüssigkeit herab. Die rotierenden Wischer 2 verteilen diese Flüssigkeit und sind mit einem oberen Deckel 3 und einem unteren Deckel 4 verbunden. Das gesamte Wischersystem wird von der Welle 5 angetrieben, wobei die Welle in bekannter Weise auch längsverschieblich gelagert sein kann, und mit der Dichtung 6 gegen . das Gehäuse abgedichtet ist. Die herablaufende Flüssigkeit

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wird unten in der Rinne 8 gesammelt und abgeführt. Die evtl. entstandenen Gase oder Dämpfe werden durch Öffnungen 12 im Deckel 3 und den Stutzen 9 abgeführt und gegebenenfalls einem nachgeschalteten Kondensator oder eine Vakuumpumpe zugeführt. Durch den Stutzen 9 kann auch eine gasförmige Komponente eingeführt werden, wenn diese für die Reaktion notwendig ist. Die Innenwandung ist von einem Temperiermantel 13 umgeben, durch dessen Anschlüsse 10 das Temperiermittel fließen kann.

Die Ausführungen gemäß Figuren 1 bis 4 unterscheiden sich in der Form des freien Spaltes zwischen Innenwandung des Mantels 1 und den Wischern 2. Die Form des Spaltes 11 in Figur 1 entsteht dadurch, daß der Kegelwinkel des Innenmantels 1 größer als der des von den umlaufenden Wischern 2 einbeschriebenen Kegels ist. Damit ist die Spaltbreite im oberen Teil des Dünnschichtapparates größer als im unteren Teil, so daß auch die Verweilzeit der im Spalt 11 herabströmenden Flüssigkeit gegenüber einem Spalt gleichbleibender Dicke und gleichen Gesamtvolumens im oberen Teil verlängert und im unteren Teil verkürzt wird. Ferner kann sich im oberen Teil des Spaltes 11 eine Rückströmung ausbilden, durch die bewirkt wird, daß die Geschwindigkeitsgradienten im Flüsaigkeitsfilm normal zur Kegelinnenwand 1 im oberen Teil des Dünnschichtapparates vergrößert werden, so daß sich auch in dem hier dickeren Film

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mit verminderter mittlerer Strömungsgeschwindigkeit höhere Wärmeübergangszahlen erreichen lassen. Bei der Form des Spaltes 21 in Figur 2 ist die Differenz der Kegelwinkel gegenüber der von Spalt 11 umgekehrt, so daß sich die relative Verlängerung der Verweilzeit und die Möglichkeit einer Rückströmung in den unteren Teil des Dünnschichtapparates verlagert. In Figur 3 sind am Mantel 1 nutartige Vertiefungen 31 angebracht. In Figur 4 sind die Kanten der Wischer 2 mit derartigen Vertiefungen 41 versehen. Hierbei ist die auf den jeweiligen zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt bezogene mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsfilmes an den nutartigen Vertiefungen des Spaltes geringer als in den nicht erweiterten Stellen. Dabei werden bei der Spaltform 31 echte "Verweilkammern" gebildet. Dagegen werden bei der Spaltform 41 die von den Vertiefungen in den Wischerblättern erzeugten Verdickungen im Flüssigkeitsfilm zwischen den einzelnen Wischerblättern in einem gewissen Umfang wieder verlaufen. Die bereits erwähnte Rückströmung kann sich jedoch auch bei den Spaltformen 31 und 41 ausbilden. Tritt in dem Dünnachichtapparat keine oder nur eine geringfügige Gasströmung auf, so kann anstelle der einzelnen Wischer 2 auch ein rotierender Vollkörper oder ein rotierender Hohlkegel mit einigen Bohrungen verwendet werden.

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Claims (5)

Patentansprüche;

1.) Dünnechichtapparat zum physikalischen oder chemischen Behandeln von Flüssigkeiten in Form eines Filmes, wobei der Apparat aufrecht steht und sich nach unten zu konisch verjüngt und mit um die Mittelachse rotierbaren Wischern ausgestattet ist und dessen Einlaß sich am oberen, der Auslaß am unteren Ende befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der spaltförmige Abstand (11, 21, 31, 41) zwischen der Innenwandung des konischen Mantels (1) und der geometrischen Umhüllenden der Wischer (2) längs der Mantellinie unterschiedlich ist.

2.) Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spaltförmige Abstand (11) zum Auslaß (8) hin abnimmt.

3.) Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spaltförmige Abstand (21) zum Auslaß (8) hin zunimmt.

4.) Dünnschichtapparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des konischen Mantels (1) mit nutartigen Vertiefungen (31) versehen ist.

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5.) Dünnschichtapparat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Wischer (2) mit nutartigen Vertiefungen (41) ausgestattet sind.

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