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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor in einem dünnschichtigen
Verdampfer. Dünnschichtige
Verdampfer sind Geräte
zum Durchführen
von Warmetausauschprozessen, 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 verrrührt.
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
US-Patentschrift 3,067,812 beschreibt einen Dünnschichtverdampfer für hohe Viskositäten, der
einen Rotor mit feststehenden Schaufeln aufweist. Die Schaufeln
sind mit Schrauben an der Rotorachse fixiert. Die deutsche Auslegeschrift
DE 2 011 493 beschreibt
einen Dünnschichtverdampfer
mit einem Rotor, der zwei unterschiedliche Typen von Schaufeln aufweist.
Die Schaufeln sind an einem im Zentrum des Dünnschichtverdampfers rotierenden Rohrkörper befestigt.
Die deutsche Übersetzung
der europäischen
Patentschrift
DE 693
08 862 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von
Lösungen von
Zellulose in einem N-Oxid, bei dem ein Dünnschichtverdampfer verwendet
wird. Der Dünnschichtverdampfer
weist eine zentrale Welle auf, an der Paddelschaufeln fest montiert
sind. Die schweizerische Patentschrift
CH
403 715 befaßt
sich mit der Lagerung von Wischerblättern von Dünnschichtverdampfern und offenbart
in diesem Zusammenhang einen Rotor mit beweglichen Schaufeln.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
einen Rotor nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Anspruch
7 löst
die gestellten Aufgaben durch einen Dünnschichtverdampfer mit einem
erfindungsgemäßen Rotor.
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Insbesondere
sind mit den die Lagerelemente für
die Schaufeln bildenden Rotorringen feste abschabende Schaufeln
oder auch bewegliche abschabende Schaufeln lösbar verankert.
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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.
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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:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines festen Abschabers;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Rotorteiles mit voneinander beabstandeten
beweglichen und festen Schaufeln;
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3 e 4 in
perspektivischer Ansicht eine Einzelheit der Anbringung der festen
Abschaber an zwei verschiedenen Rotortypen;
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5 eine
teilweise Darstellung eines Verdampferrotors.
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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.
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Dieser
Abschaber ist mit einer Vielzahl von Zähnen 2 versehen, welche
in der in 1 dargestellten Ausbildung im
Schnitt die Form eines rechteckigen Trapezes aufweisen, dessen Schrägseite einer
schrägen
Ebene 3 des Zahnes entspricht.
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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.
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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 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 4 dargestellt ist), dann haben
natürlich
die Löcher 5 einen
grösseren
Durchmeser als die Gewindelöcher 8.
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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.
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Der
Abschaber ist ferner (wie aus 4 hervorgeht)
in Richtung auf die Abflussseite des konzentrierten Produktes (Verfahrensflüssigkeit)
geneigt, das von dem Verdampfer behandelt wird, um der Bewegung
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.
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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
Zahn folgt.
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Besondere
Beachtung verdient die Fläche des
Abschabers, die dem Produkt zugewandt ist, welche Fläche geneigt
sein muss und eine streichende Wirkung auf das zähflüssige Produkt ausübt.
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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.
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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.