DE2027357A1 - - Google Patents

Description

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I u w a AG., Zürich

__ — (Schweiz) *

Dünnschichtapparat

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dünnschiohtapparat mit einer annähernd vertikalen Behandlungskammer und einer an deren oberen Ende anschliessenden Abscheidekammer, die einen mit Flügeln versehenen Rotor enthält.

Es ist schon ein Dünnschichtverdampfer mit einer senkrecht angeordneten, rotationssymmetrischen Verdampfungskammer bekannt geworden. An das obere Ende der Verdampfungskammer schliesst eine Abscheidekammer an. Koaxial zur Abscheide- und zur Verdampfungskammer verläuft eine Welle, auf der mehrere sich axial über die Länge der Abscheidekammer und der Verdampfungskammer und radial bis in die

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Nähe der Innenwand der Verdampfungskammer erstreckenden Flügeln befestigt sind.

Zwischen der Abscheidekammerwand und den Rotorflügeln ist ein Ringraum vorgesehen, in welchem im Bereich der Flügel eine ringförmige Scheibe an der Abscheidekammerwand befestigt ist. Ebenso ist unmittelbar oberhalb der oberen Flügelende eine zweite ringförmige Scheibe an der Wand der Abscheidekammer befestigt. Zwischen diesen Scheiben sind an der inneren Abscheidekammerwand mehrere axial verlaufende, radial bis in die Nähe der Rotorflügel reichende.Flügelteile befestigt. Unterhalb der im Bereich der RotorflUgel an der Innenwand der Abscheidekammer angeordneten Ringscheibe sind auf dem Rotor zwischen den Flügeln desselben Segmente einer ringförmigen Scheibe angeordnet, deren Aussendurchmesser mit demjenigen des Rotors übereinstimmt.

Im Betrieb dieses Dünnschichtverdampfers steigen die in dsr Verdampfungskammer freiwerdenden Dämpfe in die Abscheidekammer und werden von den auf dem Rotor zwischen den Flügeln angeordneten Segmenten gegen die Abscheidekammer« wand umgelenkt. Dabei wird ein erster Teil der von den Brüden mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen auf die Unterseite der Ringsegmente abgeschieden und durch die bei der Rotation des Rotors entstehendem Zentrifugalkräfte, auf die Abscheidekammerwand geschleudert» Fach der ersten Umlenkung des Brüdenstromes prallen diese auf die an der Abscheide-

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kammerwand befestigte Ringscheibe, von welcher sie wieder gegen das Rotorzentrum umgelenkt werden. Dabei wird ein weiterer Teil der Flüssigkeitstropfen aus dem Brüdenstrom auf die erwähnte Ringscheibe abgeschieden. Der in den Bereich der rotierenden Flügel wieder eingedrungene Brüdenstrom wird durch diese von den Flüssigkeitstropfen befreit, wobei die Flügelteile die abgeschiedenen Tropfen auf die Abscheidekammerwand schleudern. Das obere Ende der Flügelteile ist mit einer Rille versehen, deren Aufgabe es ist, die durch den Brüdenstrom entlang der Flügeloberflächen mitgerissenen Flüssigkeitstropfen aufzufangen und sie danach auf die Abscheidekammerwand zu schleudern. Die zwischen den zwei Ringscheiben an der Abscheidekammerwand befestigten Flügel haben die Aufgabe, die den aus dem Bereich der rotierenden Flügel austretenden Brüdenströme aufgepflanzte Rotationsbewegung in eine gegen den Brüdenaustrittsstutzen axial gerichtete Bewegung umzulenken.

Die abgeschiedenen Tropfen fliessen entlang der Brüdenkammer- ä wand gegen die Verdampfungskammer und werden von der an der Abscheidekamme-rwand angeordneten Ringscheibe aufgestaut, von der sie in die Verdampfungskammer abtropfen können.

Bei diesen Tropfenabscheider ist nachteilig, dass die in die Verdampfungskammer zurückzuführenden, abgeschiedenen Tropfen den aufsteigenden Brüdenstrom mehrmals annähernd im rechten Winkel durchdringen müssen.

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Dabei kann nicht vermieden werden, dass die gegen den Brüdenaustrittsstutzen strömenden Brüden die herunterfallenden Tropfen teilweise wieder mitreissen können, wobei sie diese aus dem Bereich des Tropfenabscheiders zu führen vermögen, und dadurch die abziehenden Brüden mit Teilen des zu behandelnden Materials beladen. Diese Flüssigkeitsbestandteile müssen ausserhalb des Dünnschichtapparats entweder durch einen Separator von den Brüden getrennt werden, oder sie können mit den Brüden weggeführt werden. In jedem Fall tritt eine Verteuerung des zu konzentrierenden Materials dadurch ein, dass entweder der Wirkungsgrad des Dünnschichtapparates herabgesetzt wird, oder aber ein beträchtlicher Materialverlust in Kauf genommen werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile · des bekannten Dünnschichtapparates zu vermeiden.

Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass es für einen guten Wirkungsgrad des Abscheiders weniger darauf ankommt, durch mehrfache Umlenkung des Dampf- oder Gasstromes, welcher mit erheblichen Druckverlusten verbunden sein kann, eine praktisch vollständige erste Abscheidung aller Flüssigkeitstropfen zu erreichen, sondern vielmehr zu verhindern, dass die abgeschiedene Flüssigkeit durch den Dampf- oder Gasstrom wieder mitgerissen werden kann.

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Zur Erreichung dieses Zieles zeichnet sich die erfindungsgemässe Lösung dadurch aus, dass die Ringe mit dem Flügelrotor drehstarr verbunden sind und einen Innendurchmesser aufweisen, der dem Rotordurchmesser im wesentlichen gleich ist, und dass die Ringe ausserhalb des Rotors liegende Flüssigkeits-Durchlässe teilweise begrenzen.

Infolge der Begrenzung des radial ausserhalb der Rotorflügel liegenden Ringraumes durch rotierende Ringscheiben ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass auch diese Ringscheiben die abgeschiedenen Flüssigkeitstropfen an die Wand der Abscheidekammer schleudern. Entlang dieser Wand können die sich sammelnden Tropfen radial ausserhalb des aufsteigenden Dampf- oder Gasstromes ablaufen und durch die Durchlässe in den Ringscheiben wieder in die Behandlungskamm'.r zurückfliessen. Jedenfalls findet zwischen den Strömungswegen des Dampf- oder Gasstromes und der abgeschiedenen Flüssigkeitstropfen keine Kreuzung mehr statt, wenn die letzteren einmal die Wand der Behandlungskammer erreicht haben.

Versuche haben gezeigt, dass die erfindungsgemässe Anordnung eine überrachend hohe Abscheidewirkung bringt.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

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Fig. 1 Im Schnitt den Aufriss eines Dünnschichtverdampfers mit einem Tropfenabscheider

Fig. 2 Einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 Eine abgeänderte Ausbildung des Tropfenabscheiders in grösserem Massstab

Fig. 4 Eine weitere abgeänderte Ausbildung des Tropfenabscheiders in grösserem Masstab.

™ In Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 generell einen annähernd vertikal angeordneten, rotationssymmetrischen Dünnschichtverdampfer, der in eine untere Verdampfungskammer 12 und in eine oberhalb dieser angeordnete Brüdenkammer 14- unterteilt ist. Die Brüdenkammer 14 bildet eine axiale Verlängerung der Verdampfungskammer 12. Das obere Ende der Bödenkammer 14 ist mit einem Deckel 16 abgeschlossen, während das untere Ende der Verdampfungskammer 12 durch einen Konus 18 abgeschlossen ist, der seinerseits in einen

^ Austrittsstutzen 20 mündet. Ein Heizmantel 26 umschliesst die Verdampfungskammer 12. In der Nähe der Brüdenkammer 14 ist in der Wand der Verdampfungskammer 12 ein Materialeintrittsstutzen 22 vorgesehen. Unmittelbar unterhalb des •Deckels 16 weist die Wand der Brüdenkammer 14 ein Brüdenaus tritt arohr 24 auf.

Koaxial zur Brüdenkammer 14 und zur Verdampfungskammer 12 ist ein mit 32 bezeichneter Hot or angeordnet. Der Rotor 32

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weist einen zentralen Rohrkörper 34 auf, dessen oberes Ende mit einem V/ellenetummel 36 versehen ist und mit diesem in einem im Deckel 16 vorgesehenen Lager 38 drehbar gelagert ist. Das untere Ende des Rohrkörpers 34 ist mit einem Wellenstummel 40 versehen, welcher in einem Lager 42 abgestützt ist. Das Lager 42 wird seinerseits durch eine Mehrzahl von Trägern 44 koaxial im Konus 18 gehalten.

Im Bereich der Verdampfungskammer 12 sind am Rohrkörper 34 eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Verstreichflügeln 46 angeordnet, die sich radial bis in die Nähe der Wand der Verdampfungskammer 12 erstrecken.

Unmittelbar unterhalb des Brüdenaustrittsrohres 24 ist auf dem Rohrkörper 34 ein generell mit 48 bezeichneter Tropfenabscheider angeordnet. Der Tropfenabscheider 48 weist eine Mehrzahl von sich axial zwischen der Verdampfungskammer 12 und dem Brüdenaustrittsrohr 24 erstreckenden Tropfen-Abscheiderflügeln 50 auf, die sich radial gegen die Wand der Brüdenkammer 14 urstrecken und im Abstand zu diesen enden. Die sternförmig auf dem Rohrkörper 34 angeordneten Absehe iderflügel 50 worden an ihrem oberen und unteren Ende durch je eine ringförmige Scheibe 52 bzw. 54 umschlossen. Die Ringscheiben 52 bzw. 54 begrenzen teilweise den zwischen der Wand der Brüdenkammer 14 und den Abscheiderflügeln 50 vorhandenen freien Raum in axialer Richtung. Es ist natürlich denkbar, je nach der axialen Ausdehnung des Tropfenabscheiders 48 über die Länge der Abscheiderflügel mehr als zwei, z.B.

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in gleichem Abstand zueinander angeordnete Ringscheiben vorzusehen. In Drehrichtung des Rotors 32 gesehen, sind auf der Frontseite der Abseheiderflügel 50 in axialem Abstand zueinander eine Mehrzahl von sich radial über die ganze Breite der Abscheiderflügel 50 erstreckenden Tropfenauffangrillen 56 angeordnet. Der Rotor 32 ist über den Wellenstummel 36 mit einem Antriebsmotor 58 antreibbar verbunden.

Im Betrieb des Dünnschichtverdampfers 10 wird durch den Eintrittsstutzen 22 ein zu konzentrierendes Material in die durch den Heizmantel 26 beheizte Verdampfungskammer 12 eingeführt. Die in der Verdampfungskammer 12 rotierenden Verstreichflügel 4-6 verstreichen das zu konzentrierende Material in dünner Schicht auf die Innenwand der Verdampfungskammer 12, wo dieses durch Einfluss der Gravitation gegen den Austrittsstutzen 20 fliesst. Die bei der Konzentrierung des Materials entstehenden Dämpfe ziehen ™ im Gegenstrom zu diesem gegen die Brüdenkammer 14, wo sie durch den Tropfenabscheider 48 geleitet und in von Tropfen ' gereinigtem Zustande durch den Brüdenaustrittsstutzen zur Kondensation in einen nicht dargestellten Kondensator geführt werden.

Die gegen den Tropfenabscheider 48 strömenden, mit Tropfen beladenen Brüdenströme werden beim Eintritt in denselben durch die untere ringförmige Scheibe 54 gegen das Zentrum

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des Rotors 32 abelenkt. Der in den Bereich der Abscheiderflügel 50 abgelenkte Brüdenstrom wird von den Abscheiderflüge In" '50 erfasst, wobei durch Einwirkung der Zentrifugalkräfte die schwereren Tropfen auf den Flügeln abgeschieden werden. Die durch den Tropfenabscheider 48hindurchströmenden Brüdendämpfe haben die Tendenz, die auf den Abscheiderflügeln 50 abgeschiedenen Tropfen gegen den Brüdenaustrittsstutzen 24 mitzureissen. Dabei werden jedoch die Tropfen von den in Drehrichtung des Rotors 32 auf der Frontseite der Abscheiderflügel 50 angeordneten Auffangrillen 56 aufgefangen, von denen die Tropfen durch Einwirkung der Zentrifugalkräfte gegen die Wand der Brüdenkammer 14 geschleudert werden.

Nach dem Durchtritt durch die Ringscheibe 54 expandieren die Brtidenströme wieder. Dabei prallen die Brüden auf die am oberen Ende der Abscheiderflügel 50 angeordneten zweiten Ringscheibe 52, die die Brüden wieder gegen das Rotor- Λ

Zentrum ablenkt. Dadurch entsteht zwischen den beiden Ringscheiben 52, bzw. 54 im durch die Innenwand der Brüdenkammer 14 und die Abscheiderflügel 50 teilweise begrenzten Raum eine Stauwirkung, derart, dass die auf die Innenwand der Brüdenkammer 14 abgeschiedenen Tropfen durch die gegen den Brüdenaustrittsstutzen 24 strömenden Brüdendämpfe nicht mehr mitgerissen werden können. Die allenfalls noch bestehenden axial gerichteten Strömungen im Bereich

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des freien Raumes zwischen der inneren Wand der Brüdenkammer 14 und den Abscheiderflügeln 50 werden durch die radial gerichteten Dampfströmungen, welche durch die Rotation der Abscheiderflügel 50 entstehen, im erwähnten freien Raum durchwirbelt.

Die durch den zwischen der Innenwand der Brüdenkammer und der Ringscheibe 52 bestehenden Ringspalt 72 strömenden Brüdendämpfe haben durch die vorangehende Durchwirbelung derart an Energie verloren, dass die übrig bleibende, axial gerichtete Strömung die auf der Innenwand der Brüdenkammer 14 abgeschiedenen Tropfen nicht mehr gegen den Brüdenaustrittsstutzen 24 mitzureissen vermag. Sämtliche im Bereich des Tropfenabscheiders 48 auf die Innenwand der Brüdenkammer 14 abgeschiedenen Tropfen werden somit von den gegen den Brüdenaustrittsstutzen 24 gerichteten Bewegungsimpulsen befreit. Die abgeschiedenen Tropfen fHessen unter Einwirkung der Gravitation durch den durch die Ringscheibe und die Innenwand der Brüdenkammer 14 gebildeten Ringspalt 72 im Gegenstrom zu den Brüden in die Verdampfungskammer 12 zurück,' wo sie sich mit dem durch den Eintrittsstutzen 22 in die Verdampfungskammer 12 neu eintretenden Material vermischen können.

Durch die vorbeschriebene Ausbildung des Tropfenabscheiders 48 ist es möglich, die durch die Brüdenströme mitgerissenen Flüssigkeitstropfen vollständig zurückzugewinnen, was nicht

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nur einen speziellen Separator ausserhalb des Dünnschichtverdampfers, zu umgehen erlaubt, sondern auch einen besseren Wirkungsgrad des Dünnschichtverdampfers zu erreichen erlaubt. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn im Dünnschichtverdampfer relativ teure Materialien konzentriert werden.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausbildung des Tropfenabscheiders 48 dargestellt. Dem Rohrkörper 34 ist eine Mehrzahl von Absehe iderflügiiln 50 zugeordnet, die je mit zwei { verschiedenen Tropfenauffangrillen 66 bzw. 68 versehen sind. Während die Tropfenauffangrille 66 als eine Vertiefung an der Frontseite deo rotierenden Abscheiderflügels 50 ausgebildet ist, ist die Tropfenauffangrille 68 als Leiste an der Frontseite des rotierenden Abscheiderflügels 50 angeordnet, wobei die der Verdampfungskammer zugewandte Seite der Leiste 68 mit einer Rille 70 versehen ist, welche eine bessere Abführung dor aufgefangenen Tropfen gewährleistet. Die an den axialen Enden der Abscheiderflügel 50 angeordneten Ringscheibon 60 bzw. 60' sind auf ihrem Umfang mindestens an einer Stelle .aufgeschlitzt, wobei die dadurch gebildeten Randpartien 62, 64 der aufgeschlitzten Stelle einander überlappen. Die überlappten Randpartien 62, 64 der Ringscheiben 60, 60' sind derart aus der Ebene ausgebogen, dass sie einen schräg in Drehrichtung des Tropfenabscheiders 48 geneigten Kanal bilden, wobei die Eintrittsöffnung des Kanals oberhalb der betreffenden Ringscheibe 60 bzw. 60* liegt. Während der schräg nach oben abgebogene Randteil 62 der Scheibe 60

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die Aufgabe hat, die unmittelbar oberhalb der Ringscheibe 60 angesammelten Tropfen zu erfassen und diese unterhalb der Ringscheibe 60 zu fördern, ist dem schräg nach unten abgebogenen Randteil 64 der Ringscheibe 60 die Aufgabe zugedacht, den in ihrem Bereich angeeammelten Tropfen eins gegen die Verdampfungskammer 12 gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen. Ebenso ist die untere Ringscheibe 60' mit mindestens einer gleichen Oeffnung versehen, wobei die P Aufgabe dieser Oeffnung der Aufgabe der Ringscheibe 60 entspricht. Mit diesen Tropfenabscheider 48 wird erreicht, dass ouf die besonders unterhalb der Ringscheibe 60 sich ansammelnden Tropfen neben den auf ihnen wirkenden Gravitationskräften eine zusätzliche Bewegungskomponente ausgeübt wird, wodurch eine verbesserte Zurückführung der abgeschiedenen Tropfen erreicht wird«

In Pig. 4 sind die Abscheiderflügel 74 doppelt geknickt und bilden, in der axialen Ausdehnung des Tropfenabscheiders 48 gesehen, eine Zickzack-Linie. Diese Anordnung der Abscheiderflügel 74 erhöht die Abscheiderwirkung des Tropfenabscheiders 48, die-zusätzlich noch durch die in den Abscheiderflügeln 74 angeordneten Auffangrillen 76 unterstützt wird. Zudam ist zwischen der oberen und unteren Ringscheibe 78 bzw. 78· mindestens ein Wendel 80 angeordnet, dessen radiale Ausdehnung derjenigen der Ringscheiben 78 bzw. 78' entspricht und dessen Steigung je nach Erfordernis bestimmt wird. Durch die Anordnung einer Yfendel 80 zwischen den zwei

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Ringscheiben 78 bzw. 78' wird eine stark verbesserte Rückführung der im Bereich des Tropfenabscheiders 48 auf die Innenwand der Brüdenkammer 14 abgeschiedenen Tropfen erreicht. Dabei ist es wichtig, dass die Wendel 80 bis in unmittelbare Nähe der Innenwand der Brüdenkammer 14 reicht, um so die abgeschiedenen Flussigkeitsteile optimal ergreifen zu können und ihnen eine gegen die Verdampfungskammer gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen. Die Anordnung einer Wendel 80 zwischen der zwei Ringscheiben 78 bzw. 78· hat ferner den Vorteil, dass der zwischen dem Tropfenabscheider 48 und der Innenwand der Behandlungskammer 14 rotierende Dampf eine gegen die Verdampfungskammer 12 gerichtete Bewegungskomponente erteilt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Tropfenabscheider 48 gegenüber dem Dampfkissen zwischen diesem und der Innenwand der Brüdenkammer 14 eine grössere Rotationsgeschwindigkeit aufweist, was es ermöglicht, -dem vorerwähnten Dampfkissen eine Bewegungskomponente zu erteilen, die im G-egenstrom Λ zu den Brüden verläuft. Dadurch werden im Ringraum, der durch die Ringscheiben 78 bzw. 78' teilweise begrenzt ist, Verhältnisse geschaffen, die annähernd eine lOO^ige Rückführung der abgeschiedenen Tropfen gewährleisten.

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Claims (8)

Ansprüche

1. Dünnschichtapparat, mit einer annähernd vertikalen Behandlungskammer und einer an deren oberen Ende anschliessende Abscheidekammer,, die einen mit Flügeln versehenen Rotor aufweist, sowie zwei in achsialer Eiohtung voneinander distanzierte Hinge besitzt, die den vom Eotor bestrichenen Querschnitt umgeben, wobei an den Flügeln radial verlaufende Tropfenauffangrillen vorgesehen sand, die zwischen den beiden Eingen ausmünden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (52, 54) mit dem Flügelrotor (50) drehstarr verbunden sind und einen Innendurchmesser aufweisen, der dem Rotordurchmesser im wesentlichen gleich ist, und dass die Ringe ausserhalb des Rotors liegende Flüssigkeits-Durchlässe (72) teilweise begrenzen»

2. Dünnschichtapparat nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfenäuffangrillen (56, 66} 76) als Vertiefungen in der Frontseite der Abscheiderflügel (50) ausgebildet sind.

3. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfenauffangrillen (70) als von der Frontseite abstehende, mit Auffangrillen versehene Erhebungen (68) ausgebildet sind, wobei die Auffangrillen auf der der Behändlungskammer (12) augewandten Seite der Erhebungen angeordnet sind»

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BAD ORlQJNAi

4. Dunnsehichtapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringscheiben (78, 78*) durch mindestens eine Wendel (80) miteinander verbunden sind.

5. Dünnschichtapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das3 jede Ringscheibe (60, 60') an

ihrem Umfang mindestens einen sich über die ganze Breite λ

eier Scheibe erstreckenden Ausschnitt aufweist.

6. rünn3chichtepparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ausschnitt einer Ringscheibe begrenzenden Randpartion (62, 64) einander überlappen.

7. Dünnschichtapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sich überlappenden Randpartien (62, 64) einen in Drehrichtung des Rotors geneigten Kanal bilden.

^: A

8. Dünnschichtappnrat nach einem der vorangehenden Ansprüehe, mit einem in der Behandlungskammer angeordneten Flügelrotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschtiderrotor (48) vom Rotor (46) in der Behandlungskammer (12) getrennte Flügel (50) aufweist.

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