DE1667057B - Dünnschichtverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdampfer, bestehend aus einem vertikal angeordneten Gehäuse mit einem äußeren Mantelraum für den kontinuierlichen indirekten Wärmeaustausch und einer mit Öffnungen ausgestatteten, um die Gehäuselängsachse rotierbar angebrachten Hohltrommel, deren Innenraum über eine Zuleitung mit einem Verteiler für das flüssige Ausgangsmaterial in Verbindung steht, wobei das Gehäuse im oberen Bereich eine Dampfableitung und am Boden eine Ableitung für das flüssige Reaktionsprodukt aufweist.

Der Apparat kann mit besonderem Vorteil in der chemischen, der pharmazeutischen sowie in der Nahrungsmittelindustrie angewandt werden.

Aus der deutschen Patentschrift 1 019 642 ist ein Dünnschichten-Eindampfer bekannt, der ein senkrecht stehendes Gehäuse enthält, an dessen Wandung die Flüssigkeit mittels eines sich im Gehäuseinneren um eine vertikale Achse drehenden Rotors verteilt wird. Der Rotor weist einen in Form eines Zentrifu- ao galringes ausgeführten Flüssigkeitsverteiler auf. Der Zentrifugalring ist in gleicher Höhe mit einer Bohrung im Gehäuse angeordnet, durch welche ein Ausgangsprodukt dem Verdampfer zugeführt wird. Die Verteilung der Flüssigkeit an der Wandung erfolgt mit Hilfe starr an der Rotorwelle befestigter Radialschaufeln, die bis auf 1 bis 2 mm an die Gehäusewandung heranreichen.

Die wesentlichen Nachteile des bekannten Verdampfers sind: beschränkte Wärmeaustauschfläche sowie schwierige Herstellung und schwieriger Zusammenbau, weil ein kleiner Spalt zwischen Gehäuse und Rotor gefordert ist und dazu noch diese Teile zueinander koaxial angeordnet sein müssen, ferner schwer durchzuführender Betrieb, denn durch eine unwesentliche Störung im technologischen Prozeßablauf, z. B. wenn eine Änderung der Dampf daten in einem der Mantelräume erfolgt, wird eine temperaturbedingte Verformung des Rotors hervorgerufen, wodurch unter anderem eine Beeinträchtigung der Rotorauswuchtungen erfolgt usw. Der Verdampfer hat die größte Wirksamkeit, wenn die Belastung mit Flüssigkeit hoch ist, d. h. wenn 25 bis 50% der Ausgangsrohstoffe aus dem Apparat abgeführt werden.

Es ist ferner aus der USA.-Patentschrift 1 846 288 ein Kühlapparat bekannt, der einen gekühlten Mantelraum, zwei sich koaxial im oberen Teil des Mantelraums befindliche, ineinander angeordnete, mit hoher Geschwindigkeit drehbare Körbe, eine Flüssigkeitszuleitung in den inneren Korb sowie eine Dampfableitung im oberen Teil des Mantels und eine Ableitung der Produkte vom Boden erhält.

Bei diesem Apparat erfolgt der Wärmeaustausch nur am gekühlten Mantelrand, so daß auch hier die Wärmeaustauschfläche beschränkt ist, zudem wird die Flüssigkeit durch die Fliehkraft und die Öffnungen der Körbe nur auf den oberen Teil der Kühlwand zerstäubt und fließt unter der Wirkung der Schwerkraft langsam nach unten, so daß auf der Kühlwand ein Film entsteht, der das nachfolgende Material von der Kühlfläche isoliert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschichtverdampfer zu entwickeln, der es ermöglicht, die Wärme- bzw. Stoffübergangszahlen des Apparates zu erhöhen, bei dem die Intensität des Wärmeaustausches nur minimal von der Belastung mit Flüssigkeit abhängt, der vom verfahrenstechnischen Standpunkt gesehen einfach und billig in der Herstellung ist und die Möglichkeit bietet, einen Verdampfer mit größerer Wärmeaustauschfläche und besserer Wirkung im Vergleich zu den bekannten Verdampfern zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hohltrommel in Längsrichtung verlaufende Wellungen besitzt, wobei die Öffnungen der Hohltrommel an den Bergen dieser Wellungen liegen und daß im oberen Teil der Hohltrommel ein Ring angeordnet ist, dessen äußerer Durchmesser mit dem Innendurchmesser der Trommel übereinstimmt.

Es ist vorteilhaft, daß der Verteiler aus einem im oberen Gehäusebereich starr befestigten Zylinder mit verzahnter unterer Kante und einem am Rotor festsitzenden Speiser mit in seinem unteren Teil radial nach außen gerichteten Rohren besteht.

Vorzugsweise ist in der Wand der Hohltrommel ein schraubenlinienförmiger Spalt vorgesehen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Hohltrommel aus mehreren übereinanderliegenden getrennten Teilen besteht, wobei zur Flüssigkeitszuführung vom oberen in den jeweils tiefer liegenden Teil jeweils ein Ringsammler eingebaut ist, der am Mantelraum für den Wärmeaustausch angeordnet, durch radiale Zwischenwände aufgeteilt und mit zur senkrechten Gehäuseachse hin geneigten Rinnen versehen ist.

Es ist vorteilhaft, die Rinnen abnehmbar auszubilden.

Nachfolgende wird die Erfindung an Hand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht des Dünnschichtverdampfers im Längsschnitt,

F i g. 2 eine Kammer des Dünnschichtverdampfers im Längsschnitt,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie I-I der F i g. 2, F i g. 4 den Teil »A« der F i g. 1 im Längsschnitt,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 4,

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie HI-III der Fig. 2,

F i g. 7 eine Ausführungsvariante der Hohltrommel im Längsschnitt,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsvariante der Hohltrommel im Längsschnitt.

Der in F i g. 1 dargestellte Dünnschichtverdampfer enthält ein außenbeheiztes senkrecht stehendes Gehäuse 1, in dessen Innerem eine in der senkrechten Achse des Gehäuses 1 drehbare Rotorwelle 2 angeordnet ist, die von einem nicht dargestellten Elektromotor in Bewegung gesetzt wird.

Das Gehäuse des Dünnschichtverdampfers besteht aus einem oberen erweiterten Teil 3, einem mittleren, dem Wärmeaustausch dienenden Teil 4 und einem unteren konischen Teil 5. Im Wärmeaustauschmittelteil 4, der in mehrere, z. B. in vier mit Heizmänteln 7 versehene Kammern 6 aufgeteilt ist, sind an der Rotorwelle 2 sektionsweise übereinander Verteilungsorgane 8 befestigt, welche zur gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit über die gesamte Oberfläche des wärmeübertragenden Teiles 4 des Gehäuses 1 erforderlich sind. Die Anzahl der Kammern 6 kann je nach den Produktionserfordernissen gewählt werden.

Der Wärmeaustauschteil 4 des Gehäuses 1 und Hohltrommeln 9 können sowohl in zylindrischer als auch in konischer Form ausgebildet sein.

In F i g. 1 ist ein Verteilungsorgan 8 dargestellt, das als Hohltrommel 9 ausgeführt ist und einen auf der Rotorwelle 2 festsitzenden, dem Überfließen der Flüssigkeit in den Raum 9 a (F i g. 3) der Trommel 9 vorbeugenden Zylinder 10 sowie auf bzw. unter der Trommel angeordnete Ringe 11 bzw. 12 (F i g. 2) aufweist, die zur Befestigung der Hohltrommel 9 an der Rotorwelle 2 dienen. Der obere Ring 11 ist zugleich auch ein Verteiler der Flüssigkeit über die Innenfläche 9 b (F i g. 3) der Hohltrommel 9.

Die Wandung 13 der Hohltrommel 9 ist in Längsrichtung gewellt, damit die die Innenfläche 9 b der Hohltrommel 9 erreichende Flüssigkeit in einzelne auf der Wandung 13 der Hohltrommel 9 frei niederfließende Flüssigkeitsströme zerlegt wird. Die Wandung 13 der Trommel 9 ist derart ausgeführt, daß die Flüssigkeitsströme aus der Hohltrommel 9 gegen die Oberfläche des Wärmeaustauschteiles 4 des Gehäuses 1 herausgeschleudert werden.

Hierzu sind Öffnungen 14 vorgesehen, die auf einer absteigenden Schraubenlinie liegen und an Bergen 15 (F i g. 3) (an den nach außen gewölbten Teilen) von Wellungen 16 der Trommel 9 angeordnet sind.

Im oberen erweiterten Teil 3 des Dünnschichtverdampfers ist ein Verteiler 17 zur gleichmäßigen Zuführung der Flüssigkeit in die Hohltrommel 9 untergebracht.

In F i g. 4 ist der Verteiler 17 dargestellt, der einen im Gehäuse 1 starr befestigten Zylinder 18 und einen in Form eines auf der Rotorwelle 2 befestigten Bechers 20 ausgeführten Speiser 19 enthält. Der Boden 21 des Bechers 20 befindet sich im Zylinder 18, während seine zylindrische Fläche 22 mit einem Separator 23 vereint ist.

Um eine gleichmäßigere Zuführung der Flüssigkeit am Kreisumfang der Hohltrommel 9 zu erzielen, ist die untere Kante 24 des Zylinders 18 gezackt ausgeführt.

Der Speiser 19 weist in seinem unteren Teil radial gerichtete Rohre 25 auf, durch welche die Flüssigkeit aus dem Speiser 19 auf die Innenfläche 26 des Zylinders 18 gelangt.

Im Oberteil jeder Kammer 6 (F i g. 1) ist ein Ringsammler 27 montiert, der zur Abführung der von der Oberfläche des Wärmeaustauschteiles 4 einer höher liegenden Kammer 6 niederfließenden Flüssigkeit und ihrer nachfolgenden Zuführung zum Verteilungsorgan 8 der nächst tieferliegenden Kammer 6 vorgesehen ist.

Der Ringsammler 27 ist durch radiale Zwischenwände 28 in einzelne Kammern (in den Figuren nicht dargestellt) aufgeteilt und weist zur senkrechten Achse des Dünnschichtverdampfers geneigte Rinnen 29 auf. Die Zwischenwände 28 sind erforderlich, damit aus jeder Kammer in jede Rinne 29 die gleiche Flüssigkeitsmenge fließt.

Zur Vereinfachung des Zusammenbaues des Apparates sind die Rinnen 29 abnehmbar ausgeführt.

Am Becher 20 (F i g. 4 und 5) ist außen ein durch schräggestellte Schaufeln 30 mit umgebogenen oberen Rändern gebildeter Separator 23 angeordnet, der bei seiner Umdrehung eine Absonderung der Flüssigkeitstropfen aus dem aufsteigenden Dampfstrom bewirkt und diese gegen die Fläche 31 des Gehäuses 1 in dessen erweiterten Teil 3 schleudert. Ein gleichmäßiges Zufließen dieser abgesonderten Flüssigkeit zum Verteilungsorgan 8 (F i g. 1) wird durch vertikale Rippen 32 (F i g. 4) gesichert, welche im erweiterten Teil 3 eingebaut sind und miteinander mittels eines Rings 33 (F i g. 5) in Verbindung stehen.

Eine Vereinigung des Speisers 19 und des Separarators 23 läßt die Gesamthöhe des Apparates verkleinern.

Der Ringsammler 27 (F i g. 2 und 6) enthält Öffnungen 34, die am Kreisumfang im Körper 27 a des Sammlers 27 liegen und zur Befestigung der Rinnen 29 dienen.

ίο Damit der Dampf sich über den gesamten Querschnitt des Dünnschichtverdampfers gleichmäßig verteilt, weisen die Hohltrommeln 9 zusätzliche Öffnungen 35 (F i g. 2) auf, durch welche der im Gehäuse sich bildende Dampf aus einem Ringraum 36 (Fig. 3) zwischen Hohltrommel 9 und Gehäuse 1 in das Innere der Hohltrommel 9 gelangt. Diese Bohrungen 35 (F i g. 2) sind in gleichen Abständen in Tälern 37 (in nach innen gewölbten Teilen) der Wellungen 16 (F i g. 3) gleichmäßig über der ganzen Höhe der Hohltrommel 9 angeordnet.

In F i g. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Hohltrommel 38 dargestellt. An den Bergen 39 der Wellungen 40 der Trommel 38 sind durchgehende Längsöffnungen 41 ausgeführt, deren obere Grenzen in Richtung der Höhe der Hohltrommel 38 zusammen eine Schraubenlinie bilden.

Das Herausschleudern der Flüssigkeit von der Innenfläche der Hohltrommel 38 aus gegen die Fläche des Wärmeaustauschteiles 4 des Gehäuses 1 erfolgt über untere Kanten 42 der Berge 39 der Wellungen 40, während der Dampf, der sich an den Wärmeaustauschflächen 4 entwickelt, das Innere der Hohltrommel 38 durch die Längsöffnungen 41 passiert.

F i g. 8 gibt eine weitere Ausführungsform einer Hohltrommel 43 wieder. Ein Teil einer Wand 44 der Hohltrommel 43 ist derart abgeschnitten, daß untere Kanten 45 von Wellungen 46 in Höhenrichtung der Trommel absteigende Schraubenlinien festlegen. Damit bleibt zwischen den Schraubenlinien und einer unteren Grundfläche 47 der Hohltrommel 43 ein Durchtritt 48 in den Innenraum der Hohltrommel 43 frei.

Das Herausschleudern der Flüssigkeit von der Innenfläche der Hohltrommel 43 aus gegen die Wärmeaustauschfläche 4 erfolgt über die unteren Kanten 45 der Berge 49 der Wellungen 46, während der Dampf, der sich an der Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 entwickelt, in das Innere der Hohltrommel 43 über den herausgeschnittenen freien Durchtritt 48 in der Wand 44 der Hohltrommel 43 gelangt.

Der Dünnschichtverdampfer arbeitet folgendermaßen:

Der Ausgangsrohstoff wird über einen Rohrstutzen 50 (F i g. 1) dem Speiser 19 zugeführt. Unter Einwirkung der Rotordrehbewegung wird die Flüssigkeit aus den radial gerichteten Rohren 25 des Speisers 19 gegen die Innenfläche 26 des Zylinders 18 strahlenweise herausgeschleudert, an dem sie in Form einer dünnen Schicht zum obersten Ring 11 gleichmäßig niederfließt.

Dann wird die Flüssigkeit unter Fliehkraftwirkung gegen die Innenfläche 9 b der gewellten Hohltrommel 9 geschleudert und, die Berge 15 der Wellungen 16 ausfüllend, in einzelne vertikale Ströme zerlegt. Durch die Bohrungen 14 an den Bergen 15 der Wellungen 16 werden diese Ströme gegen die innere

Wärmeaustauschfläche 4 des Gehäuses 1 des Verdampfers geschleudert und bilden dort eine niederfließende Dünnschicht, die durch die auftreflenden Flüssigkeitsstrahlen stets verwirbelt wird. An der Wärmeaustauschfläche 4 verdampft ein Teil der Flüssigkeit, und die übriggebliebene Flüssigkeit passiert den Ringsammler 27, aus welchem sie durch die Rinnen 29 zum Verteilungsorgan 8 einer tieferliegenden Kammer 6 weiterfließt. In dieser Kammer wiederholt sich der Vorgang in derselben Reihenfolge. Die verbleibende (abgedampfte) Flüssigkeit wird durch einen Rohrstutzen 51 entfernt, während der Dampf im Ringspalt zwischen dem Gehäuse 1 und der Trommel 9 sowie in deren Innerem, in das er durch die Öffnungen 35 gelangt, aufsteigt und den Separator 23 passierend aus dem Stutzen 52 herausströmt.

Die durch die Schaufeln 30 (F i g. 5) abgesonderten Flüssigkeitstropfen werden durch sie gegen die Wandung des erweiterten Teils 3 (Fig. 1) geschleudert und fließen an ihr in den Ringsammler 27. Aus dem ao Ringsammler 27 werden die Tropfen durch Rinnen 29 dem Verteilungsorgan 8 des Rotors zurückgeführt.

Die Verweilzeit des zu bearbeitenden Produktes im Dünnschichtverdampfer beträgt nur Sekunden.

Der Dünnschichtverdampfer kann zur Verdampfung, Destillation und Anreicherung von thermisch unbeständigen, stark schaumbildenden und sehr zähen Stoffen verwendet werden.

Ein Vorteil des Dünnschichtverdampfers besteht auch darin, daß dieser unter unwesentlichen konstruktiven Veränderungen als Reaktor dienen kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dünnschichtverdampfer, bestehend aus einem vertikal angeordneten Gehäuse mit einem äußeren Mantelraum für den kontinuierlichen indirekten Wärmeaustausch und einer mit Öffnungen ausgestatteten, um die Gehäuselängsachse rotierbar angebrachten Hohltrommel, deren Innenraum über eine Zuleitung mit einem Verteiler für das flüssige Ausgangsmaterial in Verbindung steht, wobei das Gehäuse im oberen Bereich eine Dampfableitung und am Boden eine Ableitung für das flüssige Reaktionsprodukt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohltrommel (9, 38, 43) in Längsrichtung verlaufende Wellungen (16, 40) besitzt, wobei die Öffnungen (14, 41) der Hohltrommel an den Bergen (15, 39) dieser Wellungen liegen und daß im oberen Teil der Hohltrommel (9, 38, 43) ein Ring (11) angeordnet ist, dessen äußerer Durchmesser mit dem Innendurchmesser der Trommel übereinstimmt.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (17) aus einem im oberen Gehäusebereich starr befestigten Zylinder (18) mit verzahnter unterer Kante (24) und einem am Rotor festsitzenden Speiser (19) mit in seinem unteren Teil radial nach außen gerichteten Rohren (25) besteht.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand der Hohltrommel (43) ein schraubenlinienförmiger Spalt (48) vorgesehen ist.

4. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ho'hltrommel (9, 38, 43) aus mehreren übereinanderliegenden getrennten Teilen besteht, wobei zur Flüssigkeitszuführung vom oberen in den jeweils tiefer liegenden Teil jeweils ein Ringsammler (27) eingebaut ist, der am Mantelraum für den Wärmeaustausch angeordnet, durch radiale Zwischenwände (28) aufgeteilt und mit zur senkrechten Gehäuseachse hin geneigten Rinnen (29) versehen ist.

5. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (29) abnehmbar ausgebildet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen