DE1900370B2 - Duennschichtverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdampfer mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Dünnschichtverdampfer werden zum Verdampfen, Eindampfen oder Destillieren von Flüssigkeiten verwendet, welche nur kurzzeitig erhitzt werden dürfen, damit deren Geschmack, chemische Zusammensetzung oder andere Eigenschaften nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt werden. Zum Erhöhen der Verdampfungsgeschwindigkeit und zum Herabsetzen der Verdampfungstemperatur wird die Verdampfung meistens im Vakuum durchgeführt. Dies hat jedoch zur Folge, daß die Dampfgeschwindigkeit im Verdampfer verhältnismäßig hoch ansteigt. Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß Flüssigkoitströpfchen, die dem Konzentrat zufließen sollten, mitgerissen und mit dem Dampf abgeführt werden. Soll durch Eindampfen eine konzentrierte Flüssigkeil erzeugt werden, gehen somit wertvolle Bestandteile verloren. Soll andererseits ein wertvoller Bestandteil der Flüssigkeit durch Abdestillieren von schwer verdampfbaren Verunreinigungen getrennt werden, so wird durch mitgerissene Flüssigkeitsteilchen die nach der Kondensation des abgeführten Dampfes rückgewonnene Flüssigkeit verunreinigt.

Es ist bekannt, mitgerissene Flüssigkeitsteilchen vor deren Eintritt in die Dampfabführleitung dadurch abzuscheiden, daß man im oberen Teil des Verdampfers Prall- oder Umlenkflächen anbringt, die den Dampfstroni zu Richtungsänderungen zwingen, so daß sich vom Dampfslrom mitgerissene Flüssigkeitsteilchen tröpfchcnförmig auf diesen Flächen und der Innenwand des Verdampferbehälters abscheiden, die dann unter dem Einfluß der Schwerkraft in den unteren Teil des Verdampfers zurückfließen. Bei einfachen Verdampfern ist es auch bekannt, unterhalb der eingebauten Pralloder Umlenkflächen zum Sammeln und Rückführen der vom Dampf mitgeführten Flüssigkeit .Sammelrinnen mit Rückführrohren vorzusehen (vergl. US-PS 18 53 739. Il 68 758 und 28 42 195).

Bei all diesen bekannten Verdampfern hat sich jedoch gezeigt, daß trotz Einbau der Prall- oder Umlenkflächen und der Anordnung von Sammelrinnen eine verhältnismäßig große Flüssigkeitsmenge vom Dampfslrom mitgerissen wird, was sich insbesondere dann ungünstig auswirkt, wenn an die Reinheit des aus einem Dünnschichtverdampfer abgeführten Dampfes hohe Anforderungen gestellt werden. Die vom Dampfstrom mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen werden nämlich infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit erneut vom Dampfstrom mitgerissen, nachdem sie sich an den Prall- oder Umlenkflächen abgelagert haben, und gelangen somit trotz ursprünglicher Ablagerung in die Dampfabführleitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Dünnschichtverdampfer die vom hochsteigenden Dampf mitgenommenen Flüssigkeitsteilchen besser und vollständiger als bisher aus dem Dampfstrom abscheiden und in den Verdampferteil zurückführen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsg^mäß bei einem Dünnschichtverdampfer der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 2.

Mit Hilfe des oberhalb des Vcrdampferteiles im Dünnschichtverdampfer angeordneten rohrförmigen Einsatzes ist es bei einfachem konstruktiven Aufwand möglich, aus dem im Dünnschichtverdampfer erzeugten Dampf eventuell befindliche Flüssigkeitsteilchen vollständiger als bisher möglich abzuscheiden und in die Flüssigphase zurückzuführen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die abgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen beim Rückfließen vorn Dampfstrom wieder mitgerissen werden. Die aus dem Dampfs'rom abgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen gelangen unter Einfluß der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes in den ringförmigen Spalt, wobei ihre Geschwindigkeit derart verzögert wird, daß s>e sich zu größeren Tropfen vereinigen. Da die Dampfgeschwindigkeit im ringförmigen Spalt nur gering ist, rinnen die so gebildeten Tropfen im Spalt nach unten und gelangen in den Verdampferraum zurück. Es hat sich gezeigt, daß das

Kuckfließen der Flüssigkeit gefördert werden kann, wenn der obere Rand des Rohrstückes höher als der tiefste Punkt der seitlich vom oberen Behaltenen ;ibgehenden Dampfabführleitung liegt.

Als flüssigkeitsdurchlässiges Hindernis wird beispielsweise ein Labyrinth, eine Einlage aus G-.ize oder ein ähnliches Hindernis vorgesehen. Hierdurch erreicht man, daß kaum Dampf durch den ringförmigen Spalt nach oben strömt, die abgeschiedene Flüssigkeit aber ohne wesentlichen Widerstand nach unten fließen kann.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Längsschniu durch einen Dünnschichtverdampfer mit zylindrischem Behälter schematisch dargestellt.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine Leitung 1 in den senkrecht stehenden zylindrischen Behälter 2 eingeleitet, in welchem ein mit sternförmig angeordneten Flügeln versehener Rotor 3 gelagert ist. der von einem nicht dargestellten Antrieb gedreht werden kann. Die Flüssigkeit wird von den Flügeln des Rotors 3 gegen die Innenwand des Behälters 2 geschleudert und rinnt an dieser in einer dünnen Schicht nach unien. Der untere Teil des Behälters 2 ist von einem Mantel 4, durch den Dampf strömen kann, umgeben, so daß die Fraktion der Flüssigkeit, deren Siedepunkt bei dem im Behälter 2 herrschenden Druck unter der Temperatur der Behälterwand liegt, schnell verdampft. Der Dampf wird am oberen Ende des Behälters 2 durch eine Dampfabführleitung 5 abgesaugt. Die Fraktion der zu behandelnden Flüssigkeit, deren Siedepunkt bei dem im Behälter herrschenden Druck über der Temperatur der Behälterwand liegt, wird am unteren Ende des Behälters 2 durch eine Leitung 6 abgezogen.

Da die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes, insbesondere beim Verdampfen im Vakuum, verhältnismäßig hoch ist, können Tröpfchen der nicht siedenden Fraktion vom Dampf mitgerissen werden. Um diese Flüssigkeitsteilchen aus dem Dampf auszuscheiden und zum unleren Teil des Behälters 2 zurückfließen zu lassen, ist im nicht beheizten oberen Teil des Behälters 2 ein Rohrstück 7 befestigt, das an seinem oberen Ende mit einer radial nach innen vorstehenden ringförmigen Prallfläche 8 und an seinem unteren Ende ebenfalls mit einer radial nach innen vorstehenden ringförmigen Prallfläche 9 versehen ist. Die Prallfläche 9 verläuft konisch nach oben. Ferner ist auf der Welle des Rotors 3 eine radial nach außen vorstehende Prallfläche 10 angeordnet. Der in axialer Ricntung durch den Behälter 2 hindurchgehende Dampfstrom wird somit zwangsläufig mehrfach umgelenkt, wodurch die vom Dampf mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen an die Innenseite des Rohrstückes 7 geschleudert werden.

Die Prallfläche 8 ist am inneren Rand mit einem nach unten gerichteten zylindrischen Kragen If versehen, dessen unterer Rand zur Bildung einer Rinne 12 nach außen umgebogen ist. Die an der Wand des Rohrstückes 7 nach oben fließende Flüssigkeit wird in der Rinne 12 aufgefangen und aus dieser mittels mehrerer schräg nach außen und unten gerichteten Abflußleitungen 13 nach unten geleitet, welche mit ihrem unteren Ende kurz vor der Innenwand des Rohrstückes 7 münden, so daß die aus ihnen austretende Flüssigkeit sofort mit der Innenwand in Berührung kommt und in der oberhalb der Prallfläche 9 befindlichen Zone geringerer Dampfgeschwindigkeit nach unten rinnt. Die Flüssigkeit . sammelt sich in der von der konischen Prallfläche 9 und den; unteren Endes des Rohrstückes 7 gebildeten Rinne 14 und wird durch einen zwischen der Prallfläche 9 und dem Rohrstück 7 befindlichen Spalt 15 und einen zwischen der Prallfläche 9 und der Innenwand des Behälters 2 befindlichen Spalt 16 in den Verdampferraum geleitet.

Das Rohrstück 7 hat einen geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Behälters 2 und ist konzentrisch im Behälter 2 angeordnet, so daß sich zwischen der Außenseite des Rohrstückes 7 und der Innenwand des Behälters 2 ein ringförmiger Spalt 17 ergibt. Die sich auf der Oberseite der Prallfläche 8 sammelnden und sich in Richtung zur Dampfabführleitung 5 bewegenden Flüssigkeitsteilchen müssen somit diesen Spalt 17 passieren. Infolge der niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit im Spalt 17 laufen die Flüssigkeitsteilchen nach unten. Der obere Rand 18 des Rohrstückes 7 liegt höher als der tiefste Punkt 19 der Dampfabführleitung 5, so daß sich auch hinter dem Rand 18 — bezogen auf die Strömungsrichtung des Dampfes — eine Zone niedriger Gasgeschwindigkeit befindet.

Im unteren Teil der Dampfabführleitung 5 ist eine Schwelle 20 angeordnet, so daß sich zwischen dieser und dem ringförmigen Spalt 17 ein Sammelbecken befindet, in welchem sich Flüssigkeit, die den Spalt 17 passiert hat, sammelt und durch den Spalt 17 zurückfließt.

Im ringförmigen Spalt 17 ist ein den Strömungswiderstand des Dampfes erhöhendes, flüssigkeitsdurchlassiges Hindernis angeordnet, beispielsweise eine Einlage 21 aus Gaze. Ein derartiges Gewebe weist eine ausreichende Durchlässigkeit für Flüssigkeit auf, setzt aber dem Dampfstrom einen solchen Widerstand entgegen, daß dieser den Weg des geringsten Widerstandes wählt und zwischen den Prallflächen 8 und 9 im mittleren Teil des Behälters und damit durch das Rohrstück 7 nach oben strömt. Die in den ringförmigen Spalt 17 gelangende Flüssigkeit rinnt hingegen an der Innenwand des Behälters 2 nach unten und fließt zusammen mit der aus dem Spalt 15 austretenden Flüssigkeit durch den Spalt 16 in den Verdampferraum.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dünnschichtverdampfer, bestehend aus einem zylindrischen Behälter mit senkrecht verlaufender Achse, dessen unterer Teil beheizt ist und als Verdampfer und dessen oberer Teil nicht beheizt ist und als Abscheider für vom Dampf mitgerissene Flüssigkeitsteilchen dient und der mit seinem oberen Ende an eine Abführlcitung für Dampf und mit seinem unteren Ende an eine Ab/.ugsleilung für Konzentral angeschlossen ist und in den zwischen den beiden Leitungen eine Zuleitung fur die zu behandelnde Flüssigkeit mündet und der einen Rotor aufweist, welcher die zugeführte Flüssigkeit in dünner Schicht auf der Innenwand des Behälters verteilt, und über dem Rotor eine oder mehrere, zur Strömungsrichtung des Dampfes etwa senkrecht stehende Prall- oder Umlenkflächen zum Abscheiden, Sammeln und Rückführen der vom Dampf mitgeführten Flüssigkeit in den Verdampfer enthält, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Behälters (2) ein Rohrstück (7) angeordnet ist, das durch einen schmalen ringförmigen Spalt (17) von der Innenwand des Behälters getrennt ist und dessen oberer Rand (18) höher als der tiefste Teil der seitlich aus dem Behälter herausführenden Dampfabführleitungen (5) angeordnet ist, wobei das Rohrstück (7) am oberen Ende eine ringförmige, radial nach innen vorstehende Prallfläche (8) mit einem vom inneren Rand ausgehenden, nach unten gerichteten zylindrischen Kragen (11), dessen unterer Rand zur Bildung einer Rinne (12) nach außen umgebogen ist, und an seinem unteren Ende eine zweite, radial nach innen vorstehende, ringförmige und mit dem Rohrstück (7) einen Spalt (15) bildende Prallfläche (9) aufweist, die auf der Mantelfläche eines Konus mit nach oben gerichteter Spitze liegt, daß von der Rinne (12) wenigstens eine schräg nach außen und unten gerichtete Abflußleitung (13) ausgeht, die mit ihrem unteren Ende im kurzen Abstand von der Innenwand des Rohrslücks (7) mündet, wahrend auf der Welle des Rotors (3) zwischen den Prallflächen (8, 9) des Rohrstücks (7) eine radial nach außen vorstehende Prallfläche (10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ringförmigen Spalt (17) zwischen dem Rohrstück (7) und der Innenwand des Behälters (2) ein den Strömungswiderstand des Dampfes erhöhendes, flüssigkeitsdurchlässiges Hindernis (21) angeordnet ist.