DE1642910A1 - Vorrichtung zum Behandeln von Fluessigkeiten in duennen Schichten - Google Patents

Description

Artisan Industries, Inc Waltham,, Mass,. Y.St₀Λ«

Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten in dünnen

Schichten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln, Umsetzen oder Bearbeiten von Flüssigkeiten ^

in dünnen Schichten, insbesondere auf einen Dünnschichtverdampfer.

Bei derartigen waagerecht oder- geneigt angeordneten Vorrichtungen, beispielsweise Dünnsohicht^ei^laepf©^ 1st es sehr häufig erwünscht, das Einfließen von beitetem, flüssigen Material In die Verdampfungskammer der Vorrichtung zu verhindern. Zu diesem Zweck wurden bisher verschiedene Einrichtungen zum Trennen d©r ¥erdajnpfung8kammer von der Bearbeitungskammer des Dünn- "

eehlchtverdampfers benutzt, um entweder zu verhindern, daß das Material vom Eingangsbereioh des horizontalen oder geneigten Verdampfers in die Verdampfungskammer atrömte oder um ein Spritzen des Materials aus der Bearbeitungskammer in die Verdampfungskammer zu vermeiden»

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Ferner sind verschiedene Einrichtungen bekannt, um das aus der Verdampfungskammer In die Beartoeltungskammer aprltsende Kondensat oder andere Stoffe zurückzuführen oder der AuelaßtJffming auzuleiten.

Beispielsweise ist es aus den US-Patentschriften 3 261 291 und 3 228 453 bekannt, «wischen der Bearbeltungskanmer und der Verdampfungskammer eine Ringmut ter zu befestigen. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß der Querschnitt des Dampfweges eingesohrSnkt wird« und daß sehr häufig ein erheblicher Druckabfall zwischen Bearbeitungskammer und Verdampfungskammer entsteht. Außerdem ergeben sich durch diese Sperreinrichtung Formlinge- und Herstellungsprobleme, da züsätsliohe Schwelßungen ©der andere Bearbeitungen erforderlich sind» die die Herstellungskosten des Verdampfers erhöhen. Diese bisher verwendeten Sperrelnriohtungtn sind bezüglich ihrer Form und ihrer Betriebseigenschaften verhältnismäßig wenig anpassungsfähig, und es muß häufig für jeden speziellen Betriebsfall des Dünnsohlohtverdampfers eine andere Sperreinrichtung vorgesehen werden.

Ss ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung

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zum Behandeln von Flüssigkeiten In dünnen Schichten, Insbesondere einen Dünnschichtverdampfer zu schaffen» bei dem das übertreten von Material aus der Bearbeitungskarnmer in die Verdampfungskammer verhindert wird« ohne daß zwischen diesen beiden ein größerer Druckabfall ein» tritt. Außerdem soll eine möglichst anpassungsfähige Sperreinrichtung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung zum Behandeln

von Flüssigkeiten in dünnen Schichten» insbesondere für ™

einen Dünnschichtverdampfer» bestehend aus einem Einlaß« und Auslaßöffnungen aufweisenden» geschlossenen Gehäuse« in dem ein angetriebener Rotor angeordnet ist _s dessen Rotorblätter sich derart radial nach außen erstrecken, daß zwischen Ihren Enden und der Innenwand des Gehäuses ein kleiner Zwischenraum vorhanden 1st» dadurch gelöst» daß das Gehäuse aus einer Bearbeltungskammer und einer Verdampfungskammer besteht und daß diese durch eine

Sperreinrichtung voneinander abgetrennt sind» welche · |

in den unteren Teil des Verbindungsbereiches von Bear« beitungskaimner und Verdampfungskammer hineinragt.

Durch diese nur in einen Teil des Verbindungsbereiches hineinreichende Sperreinrichtung wird unter üblichen Bedingungen das Eintreten von Flüssigkeit In die Ver-

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dampfungskammer vollständig verhindert, wobei außerdem ein Druckabfall vermieden wird» Außerdem ist eine derartige Sperreinrichtung sehr viel leichter als eine ringförmige Sperreinrichtung einstellbar und an unterschiedliche Betriebsverhältnisse anzupassen.

Die Sperreinrichtung besteht vorzugsweise aus sichel- oder segmentförmigen Zwischenwänden von veränderbarer Höhe und Form« die im unteren Teil des Verbindungsbereiches von Bearbeitungskammer und Verdampfungskammer angeordnet sind. Sie sind gerade so hoch» daß sie eine ausreichende Sperre für die in der Bearbeitungskammer angesammelte Flüssigkeit darstellen und einen minimalen Druckabfall im Dampfst rom zwischen der Bearbeitung» kammer und der Verdampfungskammer ermöglichen.

Durch die sichelförmigen Zwischenwände wird in vor teilhafter Weise eine stoßfreie und sich vergrößernde Sperre zwischen den beiden Kammern hergestellte Die sichelförmige Sperreinrichtung kann sich zu einer oder der anderen Seite des Dampfstromweges erstrecken und je nach Betriebsfall entfernt oder eingebaut werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert«

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Figo 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen zylindrischen Dünnschichtverdampfer gemäß der Erfindung» . .

Fig, 2 zeigt einen Schnitt entlang dex Linie 2~? aus Fig« Figo 3 zeigt im Querschnitt ein anderes Ausführungs-beispisl der Erfindung mit segmentförmigen

Zwischenwänden _o
Figo 4 zeigt den Querschnitt, eines anderen erfindungs-

gemässen Dünnschichtverdampfers„ ™

Die Erfindung wird anhand eines horizontal angeordneten _s mit einem Rotor arbeitenden Dünnschichtverdampfers beschrieben,, in dem der während des Bearbeitungsvorganges erzeugte Dampf in gleicher Richtung wie das Material» d.h. Im Gleichstrom zu dem bearbeiteten Material« bewegt wirdο Selbstverständlich kann die Erfindung auch in solchen DünnschichtVerdampfern angewendet werden, in denen Dampf und Material in Gegenstrom bewegt werden. Ferner |

ist eine Anwendung bei konischen Verdampfern, die beispielsweise im Zuführungsbereich einen größeren Durchmesser als im Endbereich haben (s. US-Patentschrift 2 927 634) möglich.

Der in Pig. I dargestellte zylindrische horizontal ange-

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ordnete DUnnschiohtverdampfer 10 besteht aus einer zylindrischen Kammer 12, die Über einen Teil ihrer Länge von einer ummantelung 14 zur Temperatursteuerung umgeben ist» Dieser Ummantelung können Heiz- oder Kühlmittel, beispielsweise Dampf oder kaltes Wasser, zugeführt werden« Zur Zuführung des zu behandelnden Materials mit Hilfe einer Pumpe,durch Schwerkraft oder Vakuum ist in der Kammer 12 eine Einlaßöffnung 46 vorgesehen. Am gegenüberliegenden Ende befindet sich eine Auslaßöffnimg 18 zum Entfernen des bearbeiteten !Materials sowie eine sich in die Verdampfungskammer 22 erstreckende Dampfaualaßöffnung 20. An den Enden der Kammer 12 sind die den rohrförmigen Rotor 28 tragenden Verschlüsse 24 und 26 befestigt« Der Rotor erstreckt sich durch die gesamte Kammer 12 und die Verdampfungskammer 22, Er wird von einem Motor oder anderen Einrichtungen (nicht gezeigt) angetrieben und reicht im allgemeinen über die Enden der Kammer hinaus, wo er in den Lagern 30 und 32 gelagert und durch die Dichtungsbuchsen 34 und 36 abgedichtet ist. Von dem Rotor erstreckt sich eine Anzahl von Rotorblättern 38, hler vier Rotorblätter, radial nach außen. Zwischen ihren Enden und der Innenwand des Gehäuses ist ein kleiner gleichförmiger Zwischenraum vorhanden, so daß bei Drehung des Rotors 28 von den Rotorblättern 38 auf der Innenwand der Kammer 12 eine dünne_fturbulent« Schicht von zu behan-

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delndem Material erzeugt wird«

Am Boden der Verdampfungskammer 22 ist sum Entfernen der angesammelten Flüssigkeit ein Ausfluß 68 vorgesehen. In Richtung des Flüssigkeitsstromes ist etwas hinter der Auslaßöffnung 18 ein Flansch 40 zur Verbindung der Bearbeitungßkammer 18 mit der Verdampfungskammer 22 vorgesehen, In dessen Flanschflächen 42 und 44 sich eine Anzahl von Löchern 46 befindet« durch die die Flanschflächen g mit Schrauben oder anderen Befestigungseinrichtungen verbunden werdenο Innerhalb der Flanschflächen des Flansches 40 ist ein flaches ringförmiges Sperrelement 48 befestigte Der Innere Durchmesser dieses Sperrelementes ist gleich oder größer als der innere Durchmesser des Verbindungsbereiches von Bearbeitungskammer und Verdampfungskammer» Der äußere Umfang des Elementes erstreckt sich etwa bis zur Mitte zwischen Innenwand der Kammern und den Schrauben in den Flansch hinein. Innerhalb dieser Grenzen kann das ringförmige Element durch Lockern der Schrauben im Flansch " 40 und Bewegen des Elementes in verschiedene Lagen mit unterschiedlichen Bogenlängen und -höhen gebracht werden. Das ringförmige Element kann auch derart angeordnet werden, daß keine Sperrwirkung vorhanden ist- Ist die gewünschte Sperrstellung erreicht, so werden die Schrauben angezogen und dadurch das ringförmige Element in seiner Lage fest-

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gehalten» Das ringförmige Element kann natürlich schlitzförmige öffnungen oder Löcher haben, die mit den Schrauben in dem Flansch fluchten« wodurch ein weiter Einstellungsbereich der Sperreinrichtung hergestellt wird.

Die bevorzugte Sperrstellung des ringförmige Elementes 46 ist in Figo 2 ausgezogen dargestellt. In diesem Fall hat die Sperreinrichtung ihre höchste Stelle dort wo das meiste flüssige Material in die Verdampfungskammer einströmte Die Höhe nimmt dann zu beiden Selten bis zur Innenwand stetig ab, so daß eine sichelförmige Sperre entsteht, die das Eintreten von flüssigem Material in die Verdampfungskammer fast vollständig verhinderte Eine derartige Sperreinrichtung im unteren Teil des Dampfstrom-Weges ergibt einen minimalen Druckabfall zwischen der Bearbeitungskammer 16 und der Verdampfungskammer 22, der bei ringförmigen Sperreinrichtungen wesentlich größer ist.

Andere Anordnungen 50 und 52 der Sperreinrichtung sind in Figo 2 gestrichelt dargestellte In diesen Fällen ist das ringförmige Sperrelement zu einer Seite verlagert»

In Betrieb des DünnschichtVerdampfers 10 wird das zu

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bearbeitende, dünnflüssige Material durch die Einlaßöffnung 46 zugeführt, während das bearbeitete, nicht flüchtige Material aus der Auslaßöffnung 18 herausgeleitet wird und das verdampfbare Material aus der Dampfauslaßt öffnung 20 entweicht. Falls erwünscht, können selbstverständlich auch andere Einlaß- .und Auslaßöffnungen benutzt werden. Der Rotor 28 und die Rotorblätter 56 werden während der Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit gedreht, um eine dünne Materialschicht auf der Innenwand der Kammer f 12 zu erzeugen, wobei der Ummantelung 14 beispielsweise ein Heizmittel, etwa Dampf, zugeführt wird, Dadureh erfolgt eine Verdampfung der flüchtigen Komponente aus dem Material der dünnen Schicht,

Bei der Behandlung des Materials steigt der Dampf in den oberen Teil des Dünnschichtverdampfers und das zähe oder flüssige Material sammelt sich am Boden und wird die Auslaßöffnung 16 herausbefördert» Einiges flüssige Material f wird jedoch in dem Dampf mitgerissen und in die Verdampfungs» kammer gebracht. Dort sammelt es sich an. Dieses Problem des Mltreiseens wird durch die schnelle Bewegung der Rotor blätter in der Flüssigkeit vergrößert. Der größte Teil des flüssigen Materials gelangt jedoch durch den unteren Teil dee Verbindungsbereiches von Bearbeitungskammer und Verdampfungskammer in die letztere.

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Das Sperrelement kB ist derart ausgebildet, das es mit dem inneren Umfang der Kammer 12 abschließt, wenn koine Sperrung erforderlich ist. Der äußere Durchmesser dieses Sperrelementes erstreckt sich bis zur Mitte zwischen den inneren Umfang des Flansches 40 und den äußeren Durchmesser der Planschschrauben. Ist eine Sperrung erforderlich, so wird das Sperrelement durch Entfernen oder Lösen der Befestigungseinrichtungen des Flansches eingestellt. Die gewünschte Lage wird durch Verschieben des ringförmigen Sperreleraentes nach oben und/oder zur Seite (s. Fig. 2) erreicht. Danach werden die Befestigungseinrichtungen wieder.geschlossen und halten das Sperrelement in der gewünschten Lage fest. Auf diese Welse kann im unteren Teil des Dampfstromweges zur Verhinderung des . EinfHessens von fliv sigem Material in die Verdampfungskammer eine bogenförmige Sperre von gewünschter Länge und Höhe hergestellt werden₀ Dies wird ohne einen wesentlichen Druckabfall zwischen Bearbeitungskammer und Verdampfungskammer erreicht. Ferner ermöglicht diese Sperrung einen ungehinderten Dampfstrom im oberen Teil des Dünn» schichtverdampfers, was bei einer ringförmigen Sperrein« richtung nicht der Fall ist.

Bei einem anderen in Flg. 2 dargestellten Ausführungsbei-

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spiel de?? Erfindung 1st im unteren Teil des Flansches ein sagmentförmiges Sperrelement 54 angeordnet. Dieses Spers: lement kann angehoben und/oder zur Seite verschoben wenden, um di© für- den gewünschten Betriebsfall erf order» liehe Höhe und Länge zu erreichen (s. 56 und 58 in Fig. 3)„ Diese Anordnung hat die gleichen Vorteile wie das sichel" fSinnige Sperrelement, nämlich einen minimalen Druckabfall zwischen den Kammern und einen ungehinderten Dampffluß im oberen Teil des Dünnschlchtverdampfers,

In Figo 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im unteren Teil des DUnnschichtverdampfers ist ein Halteelement 60 angeordnet» das an jedem Ende ein Langloch 62 aufweist„ An diesem Halteelement 60 ist mit Hilfe von Schrauben 64 ein fiegmentförmiges Sperr= element 66 angebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Höhe der Sperre der jeweiligen Betriebsweise angepaßt werden* Anstelle eines ebenen segmentförmigen Elementes kann selbstverständlich auch ein konkaves oder konvexes Sperrelement benutzt werden.

Durch die Erfindung werden bisher vorhandene Schwierigkeiten bei der Verwendung von Sperreinrichtungen in Vorrichtungen zum Behandeln von Flüssigkeiten in dünnen Schichten vermieden und wesentlich bessere und wirtschaft» Iiehere Ergebnisse erzielt, wobei das Einströmen von

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Flüssigkeiten in die Verdampfungskammer verhindert wird» eiueoh.

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Claims (1)

1. Artisan Industries _t Inc Ό 1642910

   Walthacij .jfjass ^ YöSt«Α_Λ

   Patentansprüche

   1c Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten in dünnen Schichtenρ insbesondere Dünnschichtverdampfer, bestehend aus einem Einlaß« und Auslassöffnungen aufweisenden j

   geschlossenen Gehäuse, in dem ein angetriebener Rotor angeordnet ist, dessen Rotorblätter sich derart radial nach außen erstrecken, daß zwischen ihren Enden und Innenwand des Gehäuses ein kleiner Zwischenraum vorhanden 1st, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einer Bearbeitungskammer (12) und einer Verdampfungskammer (22) besteht und daß diese durch eine Sperrein» richtung (48) voneinander abgetrennt sind, weiche in den unteren Teil des Verbindungsbereiches von Bearbeitungskammer (12) und Verdampfungskammer (22) hinein- ™ ragt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung aus einem segmentförmigen Sperrelement (54) besteht.

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   3« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_e daß die Sperreinrichtung aus einem sichelförmigen Element (48) besteht·

   4β Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sichelförmige Element (48) seine größte Höhe im unteren Teil des Dampfstromweges hat.

   5. Vorrichtung nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung aus einem ringföaanigen Element besteht« dessen innerer Durchmesser gleich oder größer als der innere Durchmesser des Verbindungsbereiches ist und daß dieses ringförmige Element zur Bildung eines sichelförmigen Sperrelementes (48) von gewünschter Höhe und Form im Verbindungsbereich angeordnet ist»

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer (12) und die Verdampfungskammer (22) durch einen Flansch (4o) miteinander verbunden sind, in dem das ringförmige Element verstellbar gehalten ist.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Sperreinrichtung ein Halteelement (60) aufweist, an dem ein segmentförmiges Sperrelernent (66) verstellbar befestigt ist.

   euxsch.

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