DE1667057C - Dünnschichtverdampfer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdamp- Herstellung ist und die Möglichkeit bietet, einen Ve₁--

fer, bestehend aus einem vertikal angeordneten Ge- dämpfer mit größerer Wärmeaustauschfläche um!

häuse mit einem äußeren Manteiraum für den kon- hesserer Wirkung im Vergleich zu den bckanivt-i.

tinuierlichen indirekten Wärmeaustausch und einer Verdampfern zu erhalten.

mit Öffnungen ausgestatteten, um die Gehäuselängs- 5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch y,

achse rotierbar angebrachten Hohltrommel, deren löst, daß die"Hohltrommel in Längsrichtung veil.,,

Innenraum über eine Zuleitung mit einem Verteiler fende Wellungen besitzt, wobei die Öffnungen Λ

für das flüssige Ausgangsmaterial in Verbindung Hohhrommel an den Bergen dieser Wellungen lnt

steht, wobei das Gehäuse im oberen Bereich eine und daß im oberen Teil der Hohltrommel ein R. Dampfableitung und am Boden eine Ableitung für io angeordnet ist. dessen äußerer Durchmesser mit .■ .

das flüssige Reaktionsprodukt aufweist. Innendurchmesser der Trommel übereinstimmt.

Der Apparat kann mit besonderem Vorteil in der Es ist vorteilhaft, daß der Verteiler aus einen,

chemischen, der pharmazeutischen sowie in der Nah- oberen Gehäusebereich starr befestigten Zylinder

rungsmittelindustrie angewandt werden. verzahnter unterer Kante und einem am Rotor f

Aus der deaischen Patentschrift 1019 642 ist ein 15 sitzenden Speiser mit in seinem unteren Teil π;,:·,._;

Dünnschichten-Eindampfer bekannt, der ein senk nach außen gerichteten Rohren besteht,

recht Siehendes Gehäuse enthält, an dessen Wandung Vorzugsweise ist in der Wand der Hohltrom ,,i

die Flüssigkeit mittels eines sich im Gehäuseinneren ein schraubenlinienförmiger Spalt vorgesehen,

um eine vertikale Achse drehenden Rotors verteilt Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird. Der Rotor weist einen in Form eines Zentrifu- 20 besteht darin, daß die Hohltrommel aus mehren·::

galringes ausgeführten Flüssigkc'.tsverteiier auf. Der übereinanderliegenden getrennten Teilen besteht, v,o-

Zentrifugalring ist in gleicher Höhe mit einer Boh- bei zur Flüssigkeitszuführung vom oberen in den |c-

rung im Gehäuse angeordnet, durch welche ein Aus- weils tiefer liegenden Teil jeweils ein Ringsammler

gangsprodukt dem Verdampfer zugeführt wird. Die eingebaut ist, der am Mantelraum für den Wärrnc·- Vertcilung der Flüssigkeit an der Wandung erfolgt 25 austausch angeordnet, durch radiale Zwischenwände

mit Hilfe starr an der Rotorwelle befestigter Radial- aufgeteilt und mit zur senkrechten Gehäuseachsc

schaufeln, die bis auf 1 bis 2 rum an die Gehäuse- hin geneigten Rinnen versehen ist.

wandung heranreichen. tZs ist vorteilhaft, die Rinnen abnehmbar auszu-

Die wesentlichen Nachteile de_a bekannten Vcr- bilden.

dampfers sind: beschränkte Wärmeaustauschfläche 30 Nachfolgende wird die Erfindung an Hand der Be-

sowie schwierige Herstellung und schwieriger Zu- Schreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug

sammenbau, weil ein kleiner Spalt zwischen Gehäuse auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

und Rotor gefordert ist und dazu noch diese Teile F i g. 1 eine Gesamtansicht .:^!e- Dünnschichtver-

zucinander koaxial angeordnet sein müssen, ferner dampfers im Längsschnitt,

schwer durchzuführender Betrieb, denn durch eine ₃₅ Fig. 2 eine Kammer des Dünnschichtverdampfen,

unwesentliche Störung im technologischen Prozeßal- im Längsschnitt,

lauf, z. B. wenn eine Änderung der Dampfdaten in F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie I-I der F i g. 2,

einem der Mantelräume erfolgt, wird eine tempera- Fig. 4 den Teil »A« der Fig. 1 im Längsschnitt,

turbedingte Verformung des Rotors hervorgerufen, Fig. 5 ?inen Schnitt längs der Linie U-II der

wodurch unter anderem eine Beeinträchtigung der 40 Fig. 4,

Rotorauswuchtungen erfolgt usw. Der Verdampfer Fig. 6 einen Schnitt längs der LinieIII-III der

hat die größte Wirksamkeit, wenn die Belastung mit Fig. 2,

Flüssigkeit hoch ist, d. h. wenn 25 bis 50°/o der Aus- Fi g! 7 eine Ausfiihrungsvariante der Hohltrommel

gangsrohstoffe aus dem Apparat abgeführt werden. im Längsschnitt,

Es ist ferner aus der USA.-Patentschrift 1 846 288 45 Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante der Hohlein Kühlapparat bekannt, der einen gekühlten Man- trommel im Längsschnitt.

telraum, zwei sich koaxial im oberen Teil des Man- Der in F i g. 1 dargestellte Dünnschichtverdampfer lelraums befindliche, ineinander angeordnete, mit enthält ein außenbe'hciztes senkrecht stehendes Gehoher Geschwindigkeit drehbare Körbe, eine Flüssig- häuse 1, in dessen Innerem eine in de/ senkrechten keitszuleitung in den inneren Korb sowie eine Dampf- 50 Achse des Gehäuses 1 drehbare Rotorwelle 2 angeübleitung im oberen Teil des Mantels und eine Ab- ordnet ist, die von einem nicht dargestellten Elcktrolcitung der Produkte vom Boden erhält. motor in Bewegung gesetzt wird.

Bei diesem Apparat erfolgt der Wärmeaustausch Das Gehäuse des Dünnschichtverdampfers besteht

nur am gekühlten Mantelrand, so daß auch hier die aus einem oberen erweiterten Teil 3, einem mittleren,

Wärmeaustauschfläche beschränkt ist, zudem wird 55 dem Wärmeaustausch dienenden Teil 4 und einem

die Flüssigkeit durch die Fliehkraft und die öffnun-, unteren konischen Teil 5. Im Wärmcaustauschmitiel-

gen der Körbe nur auf den oberen Teil der Kühlwand teil 4, der in mehrere, z. B. in vier mit Hcizmänteln 7

zerstäubt und fließt unter der Wirkung der Schwer- versehene Kammern 6 aufgeteilt ist, sind an der

kraft langsam nach unten, so daß auf der Kühlwand Rotorwelle 2 sektionsweise übereinander Verteilungs-

cin Film entsteht, der das nachfolgende Material von 60 organe 8 befestigt, welche zur gleichmäßigen Ver-

der Kühlfläche isoliert. teilung der Flüssigkeit über die gesamte Oberfläche

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen des wärmeübertragenden Teiles 4 des Gehäuses 1

Dünnschichtverdampfer zu entwickeln, der es ermög- erforderlich sind. Die Anzahl der Kammern 6 kann

licht, die Wärme- bzw. Stoffübergangszahlen des j_c nach den Produktioiiscrfordernisscn gewählt

Apparates zu erhöhen, bei dem die Intensität des 65 werden.

Wärmeaustausches nur minimal von der Belastung Der Wärmeaustauschteil 4 des Gehäuses 1 und

mit Flüssigkeit abhängt, der vom verfahrenstech- Hohltrommeln 9 können sowohl in zylindrischer als

nischen Standpunkt gesehen einfach und billig in der auch in konischer Form ausgebildet sein.

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

Die Wandung 13 der Hohltrommel 9 ist in Langsfichtung 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 Zjführung 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 a if der Rotorwelle 2 befestigten Bechers 20 ausgeführten Speiser 19 enthält. Der Boden 21 des Bechers 20 befindet sich im Zylinder 18, während seine zylir.Jrische Fläche 22 mit einem Separator 23 vereint ist.

Um eine gleichmäßigere Zuführung dir 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 rad'al 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 Ring-Sammler 27 montiert, drr 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 Ringsammlcr 27 ist durch radiale Zwischen-Wände 28 in einzelne Kammern (in den Figuren nicht dargestellt) aufgeteilt und weist zur senkrechten Achse des Dünnschichtvcrdampfcrs geneigte Rinnen 29 auf. Die Zwischenwände 28 sind erforderlich, damit aus jeder Kammer in jede Rinne 29 die gleiche Flüssigkeitsmenge fließt.

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

Am Becher 20 (Fi g. 4 und 5) ist außen ein durch schräggestelltc Schaufeln 30 mit umgebogenen oberen Rändern gebildeter Separator 23 angeordnet, der bei seiner Umdrehung eine Absonderung der Fliissigkeitstropfen aus dem aufsieigenden Dampfstrom bewirkt und diese gegen die Fläche 31 des Gehäuses 1 in dessen erweiterten Teil 3 schleudert. Fun gleichmäßiges Zufließen dieser abgesonderten Flüssigkeit zurr, Verteilungsorgan 8 (F i g. 1) wird durch vertikale Rippen 32 (F i g. 4) gesichert, weiche 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 laßt die Gesamthöhe des Apparates verkleinern.

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

Damit der Dampf sich über den gesamten Querschnitt des Dünnschichtverdampfers gleichmäßig verteilt, weisen die Hohltrommeln 9 zusätzliche öffnungen 35 (Fig. 2) auf, durch welche der im Gehäuse sich bildende Dampf aus :inem Ringraum 36 (Fig. 3) zwischen Hohltrommei 9 und Gehäuse 1 in das Innere der Hohltrommel 9 gelangt. Diese Bohrungen 35 (Fig. 2) sind in gleichen Abständen in Tälern 37 (in nach innen gewölbten Teilen) der WeI-lunf.sn 16 (Fig. 3) gleichmäßig über der ganzen Höhe der Hohltrommel 9 angeordnet.

In Fig. 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, d?r sich an den Wärmeaustauschflächen 4 entwickelt, das Innere der Hohltrommel 38 durch die Längsöffnungen 41 passiert.

Fig. 8 gibt eine weitere Ausführungsform einer Hohltrommei 43 wieder. Ein Teil einar 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 Ilohltrommel 43 aus gegen die Wanneaustauschfläche 4 erfolgt über die unteren Kanten 45 der Berge 49 der Wellunjen 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 (Fig. 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 ft 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 auftreffenden Flüssigkeitsstrahlen stets verwirbelt wird. An der Wärmeaustauschfläche 4 verdampft ein Teil der Plussigkeit, 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 «5 passierend aus dem Stutzen 52 herausströmt.

Die durch die Schaufeln 30 (F i g. 5) abgesonderten Fliissigkeitstropfen werden durch sie gegen die Wandung des erweiterten Teils3 (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 Verdamp- as fung, 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 (3)

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 fur 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 Bcr^gK ^{1S'JV*^{iexr We}»"ngen liegen und daß im oberen Te₁I 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 ςο-kennzeichnet, daß der Verteiler (17) aus einem im oberen Gehausebereich starr befestigten Zylinder (18)1 mit verzahnter unterer Kante (24) und einem ■™ ^RotoJ: i«tsitzenden Speiser (19) mit in seinem ^rn? ^{naCh aUßen} 8^{erichteten Rohrcn}

)bes?ht

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2. dtdurch gekennzeichnet, daß in der Wand d,:

?ηΐ Si™^{1 (43) ein} schiaubenlinienförmiG.v Spalt (48) vorgesehen ist.

p_P£n^!?^ai!^npfer _J ⁿi!^{ch Ans}P^ruch 1 bis 3, dadm. ■ gekennzeichnet, daß die Höhltrommel (9, 38. 43; aus mehreren übereinanderliegenden getreuen Teten besteht wobei zur Flüssigkeitszufuhr,,, vom oberen in den jeweils tiefer liegenden Teil „ weils; e,n Ringsammler (27) eingebaut ist. de, . ,

Mantelraum für rfo*. MiZi .

M. k ..-··"'"·■· "o'mcausiauscn angeoriln :i. durch radiale Zwischenwände (28) aufgeteilt _li:v

r1_p Ao1^kreChtu^{n Geh}™chse hin genci^-i Rinnen (29) versehen ist.

^dT^Pf!^{rnaCh Ans}P™h 4, dadurch

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen