DE19930902B4 - Rotor in einem dünnschichtigen Verdampfer - Google Patents

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Roberto Bonomini
Carlo Mangia
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/22Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • B01D1/222In rotating vessels; vessels with movable parts
    • B01D1/223In rotating vessels; vessels with movable parts containing a rotor
    • B01D1/225In rotating vessels; vessels with movable parts containing a rotor with blades or scrapers

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Abstract

Rotor in einem Dünnschichtverdampfer mit drehenden Elementen zur Lagerung einer Vielzahl von Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente übereinander angeordnete Ringe (6) umfassen, in denen sowohl bewegliche abschabende Schaufeln (9) als auch gezahnte feststehende abschabende Schaufeln (1) verankert sind, wobei die gezahnten feststehenden abschabenden Schaufeln (1) lösbar an den Ringen (6) verankert sind.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 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.
  • 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:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines festen Abschabers;
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines Rotorteiles mit voneinander beabstandeten beweglichen und festen Schaufeln;
  • 3 e 4 in perspektivischer Ansicht eine Einzelheit der Anbringung der festen Abschaber an zwei verschiedenen Rotortypen;
  • 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 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 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 (7)

  1. Rotor in einem Dünnschichtverdampfer mit drehenden Elementen zur Lagerung einer Vielzahl von Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente übereinander angeordnete Ringe (6) umfassen, in denen sowohl bewegliche abschabende Schaufeln (9) als auch gezahnte feststehende abschabende Schaufeln (1) verankert sind, wobei die gezahnten feststehenden abschabenden Schaufeln (1) lösbar an den Ringen (6) verankert sind.
  2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gezahnten Schaufeln Zähne (2) aufweisen, deren Schnitt als rechteckiges Trapezoid ausgebildet ist, dessen schräge Seite jeweils einer schrägen Ebene (3) des Zahnes (2) entspricht.
  3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gezahnten feststehenden abschabenden Schaufeln (1) in den Ringen (6) durch Schrauben (7) verankert sind, die durch Durchgangslöcher (5), die jeweils an den Enden der Schaufel vorgesehen sind, in Löcher (8) geschraubt sind, die an den Ringen (6) vorgesehen sind.
  4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gezahnten feststehenden abschabenden Schaufeln (1) mit Schrauben (7) in den Ringen (6) verankert sind und die Schrauben (7) durch Durchgangslöcher (8), die in den Ringen (6) vorgesehen sind, in Löcher eingeschraubt werden, die an jedem Ende der jeweiligen Schaufel vorgesehen sind.
  5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden abschabenden Schaufeln (1) in Richtung auf einen Abflußbereich geneigt sind, um der Bewegung des von dem Verdampfer behandelten Produktes eine Komponente in dieser Richtung derart aufzuprägen, daß das konzentrierte Produkt in Richtung des Abflußbereiches gezwungen wird.
  6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden abschabenden Schaufeln (1) derart angeordnet sind, daß ein Zahn (2) einer Schaufel mit einem Zahnzwischenraum der vorherigen und/oder darauffolgenden abschabenden Schaufel korrespondiert und umgekehrt.
  7. Dünnschichtverdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2011493B (de) * Luwa AG, Zurich (Schweiz) Dünnschichtverdampfer
US3067812A (en) * 1959-03-23 1962-12-11 Monsanto Chemcial Company Apparatus for devolatizing viscous fluids
CH403715A (de) * 1962-10-10 1965-12-15 Bayer Ag Lagerung der Wischerblätter von Dünnschichtverdampfern
DE69308862T2 (de) * 1992-09-17 1997-08-07 Courtaulds Fibres Holdings Ltd Bildenden lösungen

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