DE19930902A1 - Rotor in einem dünnschichtigen Verdampfer - Google Patents

Abstract

Ein Rotor in einem dünnschichtigen Verdampfer umfasst feststehende abschabende Schaufeln (1) und gegebenenfalls auch bewegliche Schaufeln (9), die lösbar mit den drehenden Lagerelementen verankert sind, welche aus übereinanderliegenden konzentrischen Ringen (6) bestehen. DOLLAR A Die feststehenden abschabenden Schaufeln (1) sind als Segmente ausgebildet, die mit einer Vielzahl von Zähnen (2) versehen sind, welche im Schnitt als rechteckiges Trapez ausgebildet sind, dessen Schrägseite einer schrägen Ebene (3) des Zahnes (2) entspricht. Die Zähne (2) sind "offen" ausgebildet bzw. sie wechseln sich mit Lücken ab.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor in einem dünnschichtigen Verdampfer. Dünnschichtige Verdampfer sind Geräte zum Durchführen von Wärmeaustauschprozessen, deren Aufgabe im allgemeinen darin besteht, die Konzentration einer Lösung zu erhöhen bzw. eine Komponente aus einer Verfahrensflüssigkeit zu verdampfen. Verdampfer dieser Art werden auch nach dem Namen der Firma Luwa benannt, die die ersten Prototypen herstellte. Diese Verdampfer bestehen im allgemeinen aus einem Rohr mit grossem Durchmesser, in dessen Inneren ein schneller Rührer koaxial angeordnet ist, der die Verfahrensflüssigkeit über die Rohrinnenfläche verteilt und sie in Form einer dünnen Schicht verrührt. Der Rührer hat zum einen die Aufgabe, die Schicht des Flüssigkeitsfilmes gleichmässig zu gestalten und zum anderen die flüssige, diese Schicht bildende Lösung zu vermischen.

Das Rohr ist von einer Rohrschlange ummantelt bzw. mit einer Rohrschlange beschichtet, so dass das Durchlaufen eines Fluids in dem äusseren Zwischenraum oder der Rohrschlange einen indirekten Wärmeaustausch zwischen der Verfahrensflüssigkeit und dem Betriebsfluid bewirkt, und zwar sowohl in Form von latenter als auch von fühlbarer Wärme.

Die Rohrachse kann sich vertikal oder horizontal erstrecken und sofern das Gerät effektiv als Verdampfer zum Einsatz kommt, das heisst ein latenter Wärmeaustausch stattfindet, kann der Dampf in derselben Richtung, wie die Verfahrensflüssigkeit oder in Gegenrichtung dazu strömen.

Ein für den Betrieb des Gerätes notwendiges Teil ist der Rotor oder Rührer, ohne den die Verfahrensflüssigkeit nicht in verwirbeltem Zustand an der Wärmeaustauschwand gehalten werden kann.

Es sind verschiedene Rotorausführungen bekannt, welche jeweils eine Reihe von Vorteilen und Nachteilen aufweisen und sich somit für bestimmte Anwendungsfälle eignen; so unterscheidet man heute drei Hauptgruppen von Rotoren:

• - nichtabschabende Rotoren, die sich für niedrige Viskositäten eignen;
• - nichtabschabende Rotoren, die sich für hohe Viskositäten eignen;
• - abschabende Rotoren, die sich für zu Verkrustungen neigende Produkte und für hohe Konzentrationsverhältnisse eignen.

Abschabende Rotoren sind im allgemeinen mit beweglichen angelenkten oder radial gleitenden Schaufeln ausgebildet, die sich normalerweise bei Maschinen mit vertikaler Achse unter der Zentrifugalwirkung öffnen und bei Maschinen mit horizontaler Achse mit Öffnungsfedern ausgebildet sind. Die Schaufeln sind beweglich mit zwei konzentrischen übereinander liegenden sich drehenden Ringen verankert und neigen infolge der Drehung der Ringe dazu, sich nach aussen, das heisst gegen die Innenwand des Verdampfers zu öffnen, um mit der Prozessflüssigkeit zusammenzuwirken. Diese Ausbildung wiederholt sich mehrmals über die gesamte Länge der Wärmeaustauschwand, so dass sich eine Vielzahl von konzentrischen übereinander liegenden Ringen ergibt.

Abschabende Rotoren sind für die Behandlung von suspendierte Feststoffe enthaltenden bzw. an der Tauschfläche Verkrustungen bildenden Produkten unabdinglich, weisen jedoch den Nachteil auf, dass mit ihnen keine zähflüssigen Produkte behandelt werden können, da diese die abschabende Schaufel zurückdrängen und eine Erhöhung der Dicke der Produktschicht bewirken können, wodurch ein korrekter Wärmeaustausch verhindert, eine hohe mechanische Energieaufnahme und das Festfahren des Rotors bewirkt werden kann.

Mit einer Erhöhung der vorgesehenen Leistung, wie im Falle von nichtabschabenden Rotoren für hohe Viskositäten, kann dieser Nachteil jedoch nicht behoben werden, sofern nicht die Zentrifugalwirkung der Schaufel durch Erhöhen der Drehung intensiviert wird, was jedoch für eine übliche mechanische Ausbildung dieser Art von Maschinen nicht vertretbar ist.

Bei Rotoren mit abschabenden Schaufeln kann die Konzentration von kristallinen Produkten bis hin zur Trocknung erhöht werden, wobei diese Produkte in vielen Verfahrensindustrien in Form von zu entsorgenden Rückstandsprodukten zugegen und oft mit organischen Phasen vermischt sind, welche in der Trocknungsendphase eine Erhöhung der Viskosität bewirken können. Es versteht sich daher, dass ein Rotor, mit dem verschmutzende zähflüssige Produkte behandelt werden können äusserst wünschenswert ist. Ein solcher Rotor könnte auch für Konzentrationen von Rückstandsprodukten mit Lösungsmitteln zum Einsatz kommen und die Rückgewinnung derselben sowie die Herabsetzung der Entsorgungskosten der Peche erlauben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und einen Rotor mit abschabenden Schaufeln zur Verfügung zu stellen, der sich auch für zähflüssige Produkte eignet, sowie einen Mischtyprotor, der innerhalb eines Apparates Bereiche mit verschiedener Wirkung aufweist.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Anwendung der vorliegenden Erfindung auch bei bereits bestehenden Rotoren zu ermöglichen, und diese entsprechend den Anforderungen und verlangten Merkmalen des spezifischen Verfahrens umzubauen.

Diese Aufgaben werden mit dem erfindungsgemässen Rotor voll und ganz erreicht, der durch die unten aufgeführten Patentansprüche gekennzeichnet ist.

Insbesondere sind mit den die Lagerelemente für die Schaufeln bildenden Rotorringen feste abschabende Schaufeln oder auch bewegliche abschabende Schaufeln lösbar verankert.

Die festen abschabenden Schaufeln sind vorzugsweise als Segmente ausgebildet, welche eine Vielzahl von Zähnen aufweisen und deren Enden mit zwei übereinander liegenden drehenden Ringen verankert sind. Diese Zähne sind im Schnitt vorzugsweise als rechteckiges Trapez ausgebildet, dessen schräge Seite einer schrägen Ebene des Zahns entspricht.

Diese und weitere Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausbildungsform näher hervor, die beispielhaft und nicht beschränkend in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines festen Abschabers;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Rotorteiles mit voneinander beabstandeten beweglichen und festen Schaufeln;

Fig. 3, 4 in perspektivischer Ansicht eine Einzelheit der Anbringung der festen Abschaber an zwei verschiedenen Rotortypen;

Fig. 5 eine teilweise Darstellung eines Verdampferrotors.

In den Figuren ist mit 1 insgesamt ein neuartiger Abschaber bzw. eine feststehende abschabende Schaufel der starren Art gekennzeichnet, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht.

Dieser Abschaber ist mit einer Vielzahl von Zähnen 2 versehen, welche in der in Fig. 1 dargestellten Ausbildung im Schnitt die Form eines rechteckigen Trapezes aufweisen, dessen Schrägseite einer schrägen Ebene 3 des Zahnes entspricht.

Beide Enden des Abschabers sind als Platten 4 ausgebildet, die jeweils mit einem Gewindeloch 5 versehen sind, in welches Verankerungsmittel des Ringabschabers 6 eines Rotors eingreifen, der in den Figuren nur teilweise dargestellt ist, da es sich um einen im wesentlichen bekannten Typ handelt.

Diese Verankerungsmittel bestehen vorzugsweise aus Schrauben 7, die durch entsprechende Löcher 8 der Ringe hindurchgeführt und in die Gewindelöcher 5 des Abschabers eingeschraubt werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Auch die Löcher 8 sind normalerweise mit einem Gewinde versehen, wobei in diesem Fall der Gewindedurchmesser grösser als derjenige der Löcher 5 ist. Sollten die Schrauben hingegen durch die Löcher 5 hindurchgeführt und in die Gewindelöcher 8 eingeschraubt werden (wie in Fig. 4 dargestellt ist), dann haben natürlich die Löcher 5 einen grösseren Durchmeser als die Gewindelöcher 8.

Als Verankerungsmittel können ferner auch die bereits den Ringen 6 zugeordneten Mittel bekannter Art vorgesehen sein, welche der Verankerung beweglicher Schaufeln 9 dienen.

Der Abschaber 1 ist so ausgebildet, dass er sich bis zu einem vorbestimmten Abstand von der Innenwand des Verdampfers (Wärmeaustauschwand) erstreckt und seine Zähne 2 sind in "geöffneter" Form angeordnet, um die Bewegung des zähflüssigen, sich vor dem Abschaber angesammelten Produktes zu erleichtern.

Der Abschaber ist ferner (wie aus Fig. 4 hervorgeht) in Richtung auf die Abflussseite des konzentrierten Produktes (Verfahrensflüssigkeit) geneigt, das von dem Verdampfer behandelt wird, um der Geschwindigkeit des Produktes eine Komponente in dieser Richtung aufzuprägen. Der Umfang dieser Neigung wirkt sich auf die Verweilzeit des Produktes im Verdampferinneren aus und kann während der Konstruktion gewählt werden, um die Behandlungsart zu bestimmen, der das Produkt unterzogen werden soll.

Die Verweilzeit kann auch durch Anbringung einer Vielzahl von nicht geneigten Abschabern an jeder Reihe von geneigten Abschabern gesteuert werden (das heisst durch wechselweise Anbringung von geneigten und nicht geneigten Abschabern), oder durch Ändern der Anzahl von pro Reihe vorgesehenen geneigten Abschabern.

Damit die gesamte Innenfläche des Verdampfers vollständig abgeschabt wird, muss die Verzahnung der jeweils folgenden Schaufeln gegenüber derjenigen der vorhergehenden Schaufeln versetzt angeordnet werden, so dass dem Zahn dieser Schaufel eine Lücke folgt, während auf eine Lücke ein Zahl folgt.

Besondere Beachtung verdient die Art von Fläche, welche der Abschaber dem Produkt zuweist, weiche Fläche geneigt sein muss und eine streichende Wirkung auf das zähflüssige Produkt auswirkt.

Mit der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Rotor mit beweglichen Schaufeln in einen Rotor für hohe Viskositäten umgebaut werden, indem sämtliche beweglichen Schaufeln beseitigt werden, und es kann die Behandlung von Produkten mit niedriger und mittlerer Viskosität durch einfache Anbringung von Abschabern ohne Blattneigung ermöglicht werden. Über die Länge der Wärmeaustauschwand verteilt können ein oder mehrere Bereiche vorgesehen sein, in denen unterschiedliche Behandlungen stattfinden und die durch den Einsatz verschiedenartiger Schaufeln ausgebildet werden, zum Beispiel durch feste Schaufeln in einem Bereich und bewegliche Schaufeln in einem anderen Bereich.

Ferner kann während der Konstruktion ein Mischrotor mit Schaufeln zur Behandlung von zähflüssigen Produkten entworfen werden, welche Schaufeln fest mit den Ringen oder ganz allgemein mit der Rotorstruktur verbunden (verschweisst) sind, und mit Anschlüssen für die angelenkten beweglichen Schaufeln.

Auf diese Weise erhält man einen Mischrotor, der zum Teil starr (das heisst fest) und zum Teil beweglich ist und bei der Behandlung von schwierigen Fluiden von Vorteil ist.

Claims (10)

1. Rotor in einem dünnschichtigen Verdampfer der Art umfassend drehende Elemente zur Lagerung einer Vielzahl von Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass mit den genannten drehenden Lagerelementen feststehende abschabende Schaufeln (1) lösbar verankert sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, bei dem die genannten drehenden Lagerelemente ferner auch mit abschabenden beweglichen Schaufeln (9) verankert sind.

3. Rotor nach Anspruch 1, bei dem die feststehenden abschabenden Schaufeln (1) als Segmente ausgebildet sind, deren Enden mit zwei übereinander liegenden drehenden Ringen (6) verankert sind, welche die oben genannten drehenden Lagerelemente bilden, wobei die genannten Segmente eine Vielzahl von Zähnen (2) aufweisen.

4. Rotor nach Anspruch 3, bei dem die genannten Zähne (2) im Schnitt als rechteckiges Trapez ausgebildet sind, dessen Schrägseite einer schrägen Ebene (3) des Zahnes (2) entspricht.

5. Rotor nach Anspruch 3, bei dem die genannten Zähne (2) "offen" ausgebildet sind, das heisst sich mit Lücken abwechseln.

6. Rotor nach Anspruch 3, bei dem die Enden der feststehenden abschabenden Schaufeln (1) durch Schrauben (7) mit zwei übereinander liegenden Ringen (6) verankert sind, welche Schrauben durch ein jeweils an den Enden der Schaufel ausgebildetes Loch (5) hindurchgeführt und in an den Ringen (6) ausgebildete Gewindelöcher (8) eingeschraubt werden.

7. Rotor nach Anspruch 3, bei dem die Enden der feststehenden abschabenden Schaufeln (1) durch Schrauben (7) mit zwei übereinander liegenden Ringen (6) verankert sind, welche Schrauben durch bereits an den Ringen angebrachte Gewindelöcher (8) hindurchgeführt und in jeweils an den Enden der Schaufel ausgebildete Gewindelöcher eingeschraubt werden.

8. Rotor nach Anspruch 1, bei dem die feststehenden abschabenden Schaufeln (1) in Richtung auf einen Abflussbereich geneigt sind, um der Geschindigkeit des von dem Verdampfer behandelten Produktes eine Komponente in dieser Richtung aufzuprägen.

9. Rotor nach Anspruch 5, bei dem sich die Zähne (2) der abschabenden Schaufeln mit Lücken abwechseln, so dass einem Zahn (2) einer abschabenden Schaufel eine Lücke der vorhergehenden bzw. folgenden abschabenden Schaufel entspricht und umgekehrt einer Lücke einer abschabenden Schaufel ein Zahn (2) der vorhergehenden bzw. folgenden abschabenden Schaufel entspricht.

10. Dünnschichtiger Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.