DE2027357C3 - Dünnschichtapparat - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtapparat mit einer annähernd vertikalen Behandlungskammer und

§ einer an deren oberem Ende anschließenden Abscheidekammer, die einen mit Flügeln versehenen Rotor enthält.

Es sind bereits Dünnschichtverdampfer mit einer senkrecht angeordneten, rotationssymmetrischen Verdampfungskammer bekannt. 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 Nähe der Innenwand der Verdampfungskammer erstreckende Flügel befestigt sind, die mit radial verlaufenden Tropfenauffangrillen versehen sind.

Zwischen der Abscheidekammerwand und den Rotorflügeln ist ein Ringraum vorgesehen, in welchem im Bereich der Flügel und der Abscheidekammerwand eine ringförmige Scheibe befestigt ist. Ebenso ist unmittelbar oberhalb der oberen Flügelenden eine zweite ringförmige Scheibe an <ier 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 Rotorflügel 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 der Verdampfungskammer freiwerdenden Dämpfe in die Abscheidekammer und werden von den auf dem Rotor zwischen den Flügeln angeordneten Segmenten gegen die Abscheidekammerwand umgelenkt. Dabei wird ein erster Teil der von den EJrüden mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen auf der Unterseite der Ringsegmente abgeschieden und durch die bei der Rotation des Rotors entstehenden Zentrifugalkräfte auf die Abscheidekammerwand geschleudert. Nach der ersten Umlenkung des Brüdenstromes prallen diese auf die an der Abscheidekammerwand 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 schleudert. Das obere Ende der Flügelteile ist mit einer Rille versehen, deren Aufgabe es ist. die durch den Brüderistrom 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 Brüdenkammerwand gegen die Verdampfungskammer und werden von der an der Abscheidekammei wand angeordneten Ringscheibe aufgestaut, von der sie in die Verdampfungskammer abtropfen können.

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

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 s,;.? können mit den Brüden weggeführt werden. In jedem Fall tritt eine Verteuerung des zu konzentrierenden Materials dadurch ein, daß entweder de.- Wirkungsgrad des Dünnschichtapparates herabgesetzt wird, oder aber ein beträchtlicher Materialverlust in Kauf genommen werden muß.

Die Erfindung will die Nachteile des bekannten Dünnschichtapparates beseitigen und geht von der Erkenntnis aus, daß es für einen guten Wirkungsgrad des Abscheiders weniger darauf ankommt, durch mehrfache Umlenkung des Dampf- oder Gasstromes, welche mit erheblichen Druckverlusten verbunden sein kann, eine praktisch vollständige erste Abscheidung aller Flüssigkeitstropfen zu erreichen, sondern zu verhindern, daß die abgeschiedene Flüssigkeit durch den Dampf- oder Gasstrom wieder mitgerissen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringe mit den Abscheiderflügeln des Rotors drehstarr verbunden sind und mit der Innenwand der Abscheidekammer einen Flüssigkeitsdurchlaß in Form eines Ringspalts bilden.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Dünnschichtapparates ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 8.

Infolge der Begrenzung des radial außerhalb der Rotorflüfjel 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 Behandlungskammer 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 überraschend hohe Abscheidewirkung bringt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt den Aufriß eines Dünnschichtverdampfers mit einem Tropfenabscheider,

1 i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11 -11 in F i g. 1,

F i g. 3 eine abgeänderte Ausbildung des Tropfenabscheiders in größerem Maßstab,

F ι g. 4 eine weitere abgeänderte Ausbildung des Tropfenabscheiders in größerem Maßstab.

In F i g. 1 und 2 bezeichnet 10 generell einen annähernd vertikal angeordneten, rotationssymmetrischen Dünnschichtverdampfer, der in eine untere Verdampfungskammer 12 und in eine oberhalb dieser angeordneten Brüdenkammer 14 unterteilt ist. Die Brüdenkammer 14 bildet eine axiale Verlängerung der Verdampfungskammer 12 Das obere Ende der Brüdenkammer 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 v/eist die Wand der Brüdenkammer 14 ein Brüdenaustrittsrohr 24 auf.

Koaxial zur Brüdenkammer 14 und zur Verdampfungskammer 12 ist ein mit 32 bezeichneter Rotor angeordnet. Der Rotor 32 weist einen zentralen Rohrkörper 34 auf, dessen oberes Ende mit einem Wellenstummel 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 RoSirkörper 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-Abscheiderflügel 50. auf die sich radial gegen die W and der Brüdenkammer 14 erstrecken und im Abstand zu diesen enden. Die sternförmig auf dem Rohrkörper 34 angeordneten Abscheiderflügel 50 werden an ihrem oberen und unteren F.nde 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 Abscheider flügel mehr als zwei. z. B. in gleichem Abstand zueinander angeordnete Ringscheiben vorzusehen. In Drehrichtung des Rotors 32 gesehen, sind auf der Frontseite der Abscheiderflügel 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 Eintriltsstutzen 22 ein zu konzentrierendes Material in die durch den Heizmantel 26 beheizte Verdampfungskammer 12 eingeführt. Die in der Verdampfungskammer 12 rotierenden Verstreichflügel 46 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 24 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 des Rotors 32 abgelenkt. Der in den Bereich der Abscheiderflügel 50 abgelenkte Brüdenstrom wird von den Abscheiderflügeln 50 erfaßt, wobei durch Einwirkung der Zentrifugalkräfte die schwereren Tropfen auf den Flügeln abgeschieden werden. Die durch den Tropfenabscheider 48 hindurchströmenden

Brüdendämpfe haben die Tendenz, die auf den Abscheiderflügeln 50 abgeschiedenen Tropfen gegen den Brüdenaustrittsstulzen 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 Brüdenströme wieder. Dabei prallen die Brüden auf die am oberen Ende der Abscheiderflügel 50 angeordnete zweite Ringscheibe 52, die die Brüden wieder gegen das Rotorzentrum ablenkt. Dadurch entsteht zwischen den beiden Ringscheiben 52, bzw. 54 im durch die Innenwand der Brüdenkammer 14 und die Abscheiderflügel 50 teilweise begrenzter Raum eine Sfiuwirkung. 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 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 14 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 BrüdenauMriltsstutzen 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 abgeschicdenen Tropfen fließen unter Einwirkung der Gravitation durch den durch die Ringscheibe 54 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 Brüdenströ mc mitgerissenen Flüssigkeitstropfen vollständig zurückzugewinren, was nicht 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 Abscheiderflügeln 50 zugeordnet, die je mit zwei verschiedenen Tropfenauffangrillen 66 bzw. 68 versehen sind. Während die Tropfenauffangrille 66 als eine Vertiefung an der Frontseite des 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 der aufgefangenen Tropfen gewährleistet. Die an den axialen Enden der Abscheiderflügel 50 angeordneten Ringscheiben 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 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 angesammelten Tropfen eine gegen die Verdampfungskammer 12 gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen. Ebenso ist die unlere Ringscheibe 60' mit mindestens einer gleichen öffnung versehen, wobei die Aufgabe dieser Öffnung der Aufgabe der Ringscheibe 60 entspricht. Mit diesem Tropfenabscheider 48 wird erreicht, daß auf die besonders unterhalb der Ringscheibe 60 sich ansammelnden Tropfen neben den auf ihnen wirkenden Gravitationskräften eine zusätzlicheBewegungskomponente ausgeübt wird, wodurch eine verbesserte Zurückführung der abgeschiedenen Tropfen erreicht wird.

In Fig.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 Auffangri'.lcn 76 unterstützt wird. Zudem 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 Wendel 80 zwischen den zwei 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 Flüssigkeitsteile optimal ergreifen zu können und ihnen eine gegen die Verdampfungskammer 12 gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen. Die Anordnung einer Wendel 80 zwischen den 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 Tropfenabscheidei 48 gegenüber dem Dampfkissen zwischen diesem unc der Innenwand der Brüdenkamiper 14 eine größen Rotationsgeschwindigkeit aufweist, was es ermöglicht dem vorerwähnten Dampfkissen eine Bewegungskom ponente zu erteilen, die im Gegenstrom zu den Brüdei verläuft Dadurch werden im Ringraum, der durch d' Ringscheiben 78 bzw. 78' teilweise begrenzt is Verhältnisse geschaffen, die annähernd eine 100%ig Rückführung der abgeschiedenen Tropfen gewährle^: sten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Dünnschichtapparat mit einer vertikalen Behandlungskammer und einer an deren oberen Ende anschließenden Abscheidekammer, die einen mit Flügeln versehenen Rotor aufweist, sowie zwei in axialer Richtung distanzierte Ringe besitzt, die den vom Rotor bestrichenen Querschnitt umgeben und einen Innendurchmesser aufweisen, der dem Rotordurchmesser im wesentlichen gleich ist, wobei an den Flügeln radial verlaufende Tropfenauffangrillen vorgesehen sind, die zwischen den beiden Ringen ausmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (52, 54, 60, 60', 78, 78') mit den Abscheiderflügeln (50, 74) des Rotors drehstarr verbunden sind und mit der Innenwand der Abscheidekammer einen Flüssigkeitsdurchlaß in Form eines Ringspalts (72) bilden.

2. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfenauffangrillen (56, 66; 76) als Vertiefungen in der Frontseite der Abscheiderflügel (50,74) ausgebildet sind.

3. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfenauffangrillen (68) als von der Frontseite abstehende, mit Rillen (70) versehene Erhebungen ausgebildet sind, wobei die Rillen auf der der Behandlungskammer (12) zugewandten Seite der Erhebungen angeordnet sind.

4. Dünnschichtapparat nach den Ansprüchen 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringe (78, 78') durch mindestens eine Wendel (80) miteinander verbunden sind.

5. Dünnschichtapparat nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring (60, 60') an seinem Umfang mindestenj einen sich über die ganze Breite des Ringes erstreckenden Ausschnitt aufweist.

6. Dünnschichtapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ausschnitt eines Ringes (60,60') begrenzenden Randpartien (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.

8. Dünnschichtapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem in der Behandlungskammer angeordneten Flügelrotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheiderrotor (48) vom Rotor (46) in der Behandlungskammer (12) getrennte Flügel (50) aufweist.