DE2013462C3 - Dünnschichtapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtapparat zum Behandeln von fließfähigem Material mit einer im wesentlichen senkrecht angeordneten, rotationssymmetrischen Behandlungskammer, deren zylindrischer Wandteil einen Eintrittsstutzen zum Einführen des zu behandelnden Materials aufweist, und einem koaxial in der Behandlungskammer angeordneten Rotor, wobei dem Eintrittsstutzen ein konzentrisch auf dem Rotor befestigter, im Durchmesser gegenüber der Behandlungskamrnerwand gegen die Rotorachse zurückgesetzter Verteilring zugeordnet ist, an dessem oberen und unterem Ende je eine ringförmige Scheibe angeordnet ist, welche den durch den Verteilring und die Behandlungskammerwand teilweise begrenzten Raum in axialer Richtung begrenzen und mit diesen einen Raum zur Aufnahme und zum Verteilen des in die Behandlungskammer eingeführten Materials bilden, wobei am Verteilring parallel und im Abstand zur oberen Scheibe eine mittlere Scheibe befestigt ist.

Es ist schon ein Dünnschichtapparat bekannt geworden, in dessen rotationssymmetrischer, annähemd senkrecht angeordneter Behandlungskammer koaxial ein Rotor vorgesehen ist, der zur Verstreichung des zu behandelnden Materials auf die Innenwand der Behandlungskammer eine Mehrzahl von axial verlaufenden, sich radial bis gegen die Innenwand erstreckenden Wischerblättern aufweist. Gegenüber dem am oberen Ende der Behandlungskammer im zylindrischen Kammerwandteil vorgesehenen Eintrittsstutzen des Materials ist auf dem Rotor ein gegen die Rotorachse zurückgesetzter Verteilring angeordnet, an dessen axialen Enden je eine ringförmige Scheibe befestigt ist. Der Verteilring bildet zusammen mit den Scheiben und der Behandlungswaiid einen Ringraum zur Aufnahme des in die Behandlungskammer eingeführten Materials. Sobald das entlang der äußeren Wand des Verteilringes nach unten fließende Material die das untere Ende des Verteilringes begrenzende, ringförmige Scheibe erreicht, wird dieses von der Scheibe erfaßt und gegen die Behandlungswand geschleudert. Zwischen der durch die Innenwand der Behandlungskammer und die äußere

Kante der ringförmigen Scheibe gebildeten Öffnung fließt das Material entlang der Behandlungskammerinnenwand gegen den Austrittsstutzen.

Dieser Verteilring hat den Nachteil, daß das Material, das beim Eintritt in die beheizte Behandlungskammer durch den plötzlichen Wärmeeinfluß rasch expandiert, d. h. einer Flash-Wirkung ausgesetzt ist, durch den von der Behandlungswand und den ringförmigen Scheiben gebildeten Spalt in den oberhalb des Verteilringes angeordneten Brüdenraum dringt. Die abziehenden Brüden werden dabei unnötigerweise mit Tropfen des in der Behandlungskammer eingeführten Materials beladen. Dies wird auch nicht durch die bekannte Anordnung einer Umlenkrippe in dem Ringraum zufriedenstellend vermieden. Weiterhin wurde festgestellt, daß der Verteilring das Material nicht auf dem ganzen Umfang der Behandlungswand gleichmäßig zu verstreichen vermag, wodurch die Behandlungswand erst nach einer bestimmten Distanz vom Verteilring auf den ganzen Umfang vollständig benetzt wird. Durch die obengenannten Nachteile geht zusammen mit dem Brüdenstrom nicht nur wertvolles, zu behandelndes Material verloren, sondern es tritt durch die ungenügende Verteilung des Materials auch noch eine unvollständige Ausnutzung der nutzbaren Wärmebehandlungsfläehe ein. Diese beiden Nachteile verteuern die Wärmebehandlung des Materials wesentlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, obengenannte Nachteile zu beheben. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Durchmesser der mittleren Ringscheibe mit den Durchmessern der oberen Ringscheibe annähernd übereinstimmen und daß am Verteilring eine Mehrzahl axial verlaufende, sich radial bis gegen die Behandlungskammerwandl erstrekkende Flügelteile angeordnet sind, die von der unteren Scheibe ausgehend in axialer Richtung gesehen im Abstand von der mittleren Scheibe enden.

Es ist zwar schon bekannt, in Dünnschichtverdampfern mit innenliegendem Rotor einen rotationssymmetrischen Verteilring dazu zu benutzen, das in die Behandlungskammer eintretende Material auf die Innenwand der Behandlungskammer zu verteilen. Auch werden Rotorflügel dazu benutzt, das Material gleichmaßig auf der innenwand der Behandiungskammer zu

verstreichen. Beide obengenannten Vorrichtungen konnten jedoch nicht befriedigen, da der einem Eintrittsstutzen zugeordnete Verteilring das in die Behandlungskammer eintretende Material nicht im gewünschten Maße auf der Behandlungswand zu verstreichen vermochte, während die Anwendung von Verteilflügeln direkt vor der Eintrittsöffnung darum nicht befriedigen konnte, weil einerseits eine erhöhte Schaum- und Spritzerbildung in der Brüdenkammer und andererseits eine große erosive Abnutzung der Verteilflügel festgestellt wurde.

Eine gleichmäßigere Verteilung des Materials durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unmittelbar unterhalb des Verteilringes ist auf den ungehinderten Eintritt des Materials in den Verteilring und die unmittelbar darauffolgende Erfassung desselben durch die Flügelteile am Verteilring zurückzuführen. Die durch die drehenden Flügelteile in Umfangsrichtung auf das Material ausgeübte Stauwirkung erzeugt zwischen den Flügelteilen und dem Material größere Reibungskräfte, wodurch bei gleichen Zentrifugalkräften beim erfindungsgemäßen Verteilring ein größerer Zeitaufwand notwendig ist als bei den bisher bekannten Konstruktionen, um das Material auf die Behandlungswand zu schleudern. Diese /eitverschiebung erlaubt es, das Material schon im Boreich des Verteilringes gleichmäßig auf den ganzen Umfang der Behandlungswand aufzutragen.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch im Aufriß einen Dünnschichtverdampfer mit dem Verteilring,

F i g. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab den Verteilring nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 generell ein senkrecht angeordneter Dünnschichtverdampfer bezeichnet. Der Dünnschichtverdampfer 10 weist eine rotationssymmetrische Behandlungskammer 12 auf, die durch einen heiz- bzw. kühlbaren Mantel 14 umschlossen ist. Am oberen Ende der Behandlungskammer 12 ist ein im Durchmesser annähernd mit der Behandlungskammer 12 übereinstimmender Brüdenraum 16 angeordnet, dessen freies oberes Ende durch einen Deckel 18 abgedeckt wird. Das untere Ende der Behandlungskammer 12 ist mit einem konisch ausgebildeten Austrittsstutzen 20 abgeschlossen. Unmittelbar unterhalb des Brüdenraumes 16 ist im Mantel der Behand'ungskammer 12 ein Eintrittsstutzen 22 angeordnet. Ebenso ist im Mantel des Brüdenraumes 16 ein Brüdenaustrittsstutzen 24 vorgesehen.

In der Behandlungskammer 12 sowie im Brüdenraum 16 ist koaxial ein mit 30 bezeichneter Rotor angeordnet. Der Rotor 30 weist einen zentralen Rohrteil 32 auf, an dessen Enden die Wellenstummel 36 und 38 befestigt sind. Während der Wellenstummel 36 in einem im Deckel 18 angeordneten Lager 40 drehbar gelagert ist, stützt sich der untere Wellenstummel 38 in einem im Austrittsstutzen 20 durch eine Mehrzahl von Stegen 46 gehaltenen Lager 42 ab. Der obere Wellenstummel 36 ist mit einem Antriebsmotor 44 verbunden. Am Rohrteil 32 sind eine Mehrzahl axial verlaufender, radial bis in die Nähe der Behandlungswand reichender Flügel 34 befestigt.

Im Bereich des Eintrittsstutzen 22 ist am Rotor 30 ein generell mit 50 bezeichneter Verteilring vorgesehen (F ι g. 2). Der Verteilring 50 weist ein koaxial zum Rotor angeordnetes Rohrstück 52 auf, dessen Durchmesser gegenüber dem Roiordurcnmesser gegen das Zentrum zurückgesetzt ist. Die Enden des Roh: Stückes 52 sind mit Ringscheiben 54, 60 begrenzt, wobei die Innendurchmesser der Scheiben 54, 60 annähernd mit dem Durchmesser des Rohrstückes 52 übereinstimmen. Die den äußeren Umfang der Scheiben 54,60 begrenzenden Kanten verlaufen ihrerseits in der Nähe der Innenwand der Behandlungskammer 12 und lassen zwischen der ßehandlungswand und den Scheiben 54, 60 je einen Spalt 70, 72 frei. Parallel und im Abstand zum oberen

ίο Ring 54 ist am Rohrstück 52 koaxial eine mittlere Ringscheibe 56 angeordnet, deren Masse mit denjenigen der Ringscheiben 54,60 annähernd übereinstimmen. Die Ringscheiben 54 und 56 begrenzen teilweise zusammen mit der Wand der Behandlungskammer 12 und dem Rohrstück 52 einen Expansionsraum 64. Am unteren Teil des Rohrstückes 52 sind eine Mehrzahl von axial verlaufenden, sich radial bis in die Nähe der Innenwand der Behandlungskammer 12 erstreckenden Flügelteilen 62 befestigt. Von der unteren Scheibe 60 ausgehend, an welche sich die unteren, radial verlaufenden Kanten der Flügelteile 62 anlehnen, erstrecken sich die Flügelteile 62 axial gegen die mittlere Ringscheibe 56, wo sie im Abstand zu dieser enden. Die Flügelteile 62 bilden zusammen mit der unteren Scheibe 60 und dem Rohrstück 52 eine Verteilkammer 63. Der Raum zwischen den mittleren Ringscheiben und den Oberkanten der Flügelteile 62 wird als Ringraum 66 bezeichnet, dessen Bedeutung später erläutert wird. Vorteilhafterweise wird der Verteilring 50 so unterteilt, daß die axiale Ausdehnung des Expansionsraumes 64, des diesem anschließenden Ringraumes 66, sowie des Verteilkammerabschnittes 63 unter sich annähernd gleich ist. Zudem ist es von Bedeutung, daß die axiale Ausdehnung des Ringraumes 66 annähernd mit der Weite des Fintrittsstutzens 22 übereinstimmt und daß die Oberkanten der Flügelteile 62 mit dem untersten Wendepunkt der Wandkrümmung, des Eintrittstut/ens 22 in einer horizontal verlaufenden Fluchtlinie liegen.

Im Betrieb des Dünnschichtverdampfers 10 wird der Rotor 30 durch den Antriebsmotor 44 in eine Drehbewegung versetzt.

Gleichzeitig wi.-d der Mantel 14 je nach Bedarf durch ein wärmetragendes Medium beheizt, oder aber /ur Kühlung der Behandlungskammer 12 mit einem kühlenden Medium gespiesen. Beim Fintrittt in die Behandlungskammer 12 gelangt das zu behandelnde Material in den Ringraum 66 des Verteilringes 50. Das Material staut sich in der Eintrittszone des Ringraiimcs 66 auf, wobei es durch die mittlere Ringscheibe 56 am Eindringen in den Expansionsraum 64 gehindert wird. Sollte durch eine allzu rasche Erwärmung das Material in einem solchen Maße expandieren, daß es durch den Spalt 72 in die Expansionskammer 64 eindringt, wird das meistens als Schaum in diese eingedrungene Material auf die den Raum 64 begrenzenden Wände abgelagert, um hernach wieder auf die Behandlungswand zurückgeworfen zu werden. Durch Einwirkung der Gravitation gelangt das Material wieder in den Kingraum 66.

Das im Ringraum 66 angesammelte Material fließt gegen die untere Ringscheibe 60. Das Material dringt in die Verteilkammern 63 und wird dort von den Flügelteilen 62 in Umfangsrichtung des Rotors 30 mitgerissen. Bei der Rotation des Verteilringes 50 wird das Material durch die Zentrifugalkräfte aus den

ds Verteilkammern 63 auf die Innenwand der Behandlungskammer 12 geschleudert. Die bei der Rotation des Rotors 30 zwischen den Flügelteilen 30 und dem material entstandenen Reibungskräfte haben mi den

Zeilpunkt des Wegschleuderns des Materials eine verzögernde Wirkung, derart, daß die letzten Materialteile praktisch erst nach einer vollen Umdrehung des Rotors 30 von diesem weggeschleudert werden. Durch diese Verzögerung wird erreicht, daß das Material 5 unmittelbar unter dem Verteilring 50 gleichmäßig auf den ganzen Umfang der Innenwand der Behandlungskammcr 12 verteilt wird und dadurch eine bessere Benetzung der verfügbaren Behandlungsfläche gewährleistet wird. Das auf die Innenwand der Behandlungskammer t2 geschleuderte Material fließt durch den Spalt 70 in die Behandlungskammer 12. Die Flügel 34 verstreichen das Material in dünner Schicht auf die Innenwand der Behandlungskammer 12, von wo es durch die Einwirkung der Gravitation gegen den Austrittsstutzen 20 fließt.

Die im Ringraum 66 entstandenen Dämpfe gelangen durch den Spalt 72 in den Brüdenraum 16, wobei sie vorerst im Expansionsraum 64 expandieren und dabei etwelche mitgerissene Tropfen auf die Wand des Rohrstückes 52 abscheiden. Die Ringscheiben 54, 56 schleudern die Tropfen wieder auf die Innenwand der Behandlungskammer 12. Die in der Behandlungskammer 12 entstandenen Dämpfe strömen durch den durcr das Rohrstück 52 frei gelassenen Raum (Pfeil 65) geger den Brüdenraum 16, wo auf bekannte Art und Weise dei Dampfstrom von mitgerissenen Flüssigkeitstropfer befreit wird. Der so gereinigte Dampfstrom gelang) über den Brüdenaustrittsstutzen 24 in z. B. einen nichi dargestellten Kondensator.

Das in der Behandlungskammcr 12 behandelte Material wird über den Austrittsstutzen 20 je nach Bedarf z. B. in einen nicht dargestellten Behällei geführt.

Der erfindungsgemäße Dünnschichtverdampfer IC hat gegenüber den bisher bekannten, gleichartiger Apparaturen den Vorteil, daß der im Verdampfer It angeordnete Verteilring 50 eine bessere Verteilung de« zu behandelnden Materials auf der Innenwand dei Behandlungskammer 12 unmittelbar unter dem Ein trittsstutzen 22 des Verdampfers 10 gewährleistet Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine erhöhte Ausnutzung der nutzbaren Behandlungsflächc erreicht, wodurch z. B. eine Verminderung der Hcrstel lungskosten eines Produktes erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patenianspruche:

1. Dünnschichtapparat zum Behandeln von fließfähigem Material mit einer im wesentlichen senkrecht angeordneten, rotationssymmetrischer! Behandlungskammer, deren zylindrischer Wandteil einen Eintrittsstutzen zum Einführen des zu behandelnden Materials aufweist, und einem koaxial in der Behandlungskammer angeordneten Rotor, wobei dem Eintrittsstutzen ein konzentrisch auf dem Rotor befestigter, im Durchmesser gegenüber der Behandlungskammerwand gegen die Rotorachse zurückgesetzter Verteilring zugeordnet ist, an dessen oberem und unterem Ende je eine ringförmige Scheibe angeordnet ist, welche den durch den Verteilring und die Behandlungskammerwaml teilweise begrenzten Raum in axialer Richtung begrenzen, und mit diesen einen Raum zur Aufnahme und zum Verteilen des in die Behandlungskammer eingeführten Materials bilden, wobei am Verteilring parallel und im Abstand zur oberen Scheibe eine mittlere Scheibe befestigt ist, d a durch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der mittleren Ringscheibe (56) mit den Durchmessern der oberen Ringscheibe (54) annähernd übereinstimmen und daß am Verteilring eine Mehrzahl axial verlaufende, sich radial bis gegen die Behandlungskammerwand erstreckende Flügelteile (62) angeordnet sind, die von der unteren Scheibe (60) ausgehend in axialer Richtung gesehen im Abstand von der mittleren Scheibe enden.

2. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der oberen (54) und der mittleren Scheibe (56) sowie die Länge der Flügelteilc (62) annähernd gleich dem Abstand zwischen der mittleren Scheibe (56) und den dieser zugewandten Enden der Flügelteile ist.

3. Dünnschichtapparat nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der mittleren Scheibe (56) und den dieser zugewandten Enden der Flügelteile (62) annähernd der lichten Weite des Eintrittsstutzens (22) entspricht.

4. Dünnschichtapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der mittleren Scheibe (56) zugewandten Kanten der Flügelteile (62) mit der Unterkante des Eintrittsstutzens (22) in einer horizontal verlaufenden Fluchtlinie liegen.