DE2121963C3 - Plattenverdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenverdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm, bei dem ein Stapel von Platten und dazwischen befindlichen Dichtungen gegen einandergepreßt ist und die Platten abwechselnd Strömungsräume für ein Eindampfgut und ein Heizmittel begrenzen, die Platten in Fluchtung stehende öffnungen zur Bildung getrennter Zuführleitungen für das Eindampfgut und das Heizmittel sowie Abführleitungen für das Konzentrat, das Kondensat und den Dampf aufweisen, mit einem Flüssigkeitsverteiler, der Drosselöffnungen und oberhalb der das Eindampfgut

S oder das Heizmittel führenden Strömungsräume abgetrennte Verteilerkammem aufweist und das Eindainpfgut über die Plattenbreite verteilt

Es ist seit langem bekannt, daß Plattenverdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm mehrere Vorteile gegenüber

ίο anderen Ausführungsformen von Verdampfern bieten. Da ein solcher Plattenverdampfer keinen Abschnitt mit aufsteigender Flüssigkeit aufweist, findet sich in einem solchen Verdampfer auch kein Flüssigkeitsstand, der bekanntlich zu unterschiedlichen Wärmeübertragungs-

is geschwindigkeiten führt Ein Flüssigkeitsstand führt außerdem zu einem zusätzlichen Druckverlust, der die wirksame Temperaturdifferenz, die für die Wärmeleitung zur Verfugung steht, vermindert Ein weiterer Vorteil eines Plattenverdampfers mit fallendem Flüssigkeitsfilm besteht darin, daß die Verweilzeit der Flüssigkeit im Verdampfer und damit die Berührungszeit mit den Verdampferoberflächen verringert wird, so daß man in aller Regel Produkte besserer Qualität erhält Das gilt insbesondere für Geruch und Geschmack des Eindampfgutes. Jedoch zeigen Verdampfer mit fallendem Flüssigeitsfilm Probleme bezüglich der Verteilung des zugeführten Eindampfguces in Querrichtung über die ganze Breite der Platten. Wenn eine vollständige Ausbreitung des Eindampfgutes über die Plattenoberfläche nicht erreicht wird, ergeben sich Einbrennerscheinuftgen, die auf die verschiedenen Eindampfgüter nachteilig einwirken, insbesondere auf Lebensmittelflüssigkeiten. Die Einbrennerscheinungen führen außerdem zum Absetzen von Feststoffen auf den Platten und damit zu einer Beeinträchtigung der Wärmeübergangscharakteristik.

Diese Probleme sind bereits seit langem bekannt (vgl. DT-PS 52 975). Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Verdampfer wird das Eindampfgut senkrecht zur Ebene der Platten verlaufenden Zuführungskanälen durch Stutzen nahe den oberen Enden der Platten beiderseits des Plattenstapels zugeführt Aus den Zuführungskanälen führen Einspritzöffnungen von den seitlichen Schmalkanten her in die Strömungsräume für das Eindampfgut, wobei diese Einspritzöffnungen über ein regulierbares Ventil so einstellbar sind, daß an den gedrosselten Einspritzöffnungen ein Versprühen des Eindampfgutes erfolgt Die Flüssigkeit gelangt also in Sprüh- oder Nebelform in die Strömungsräume. Dieser Flüssigkeitsnebel wird durch unterhalb der Einspritzöffnungen befindliche und sich horizontal und quer durch den Strömungsraum erstreckende und sich mit geringem Abstand gegenüberliegende Rippen über die Breite der Platten verteilt Bei dieser bekannten Ausbildung soll außerdem die Anordnung so getroffen sein, daß der Flüssigkeitsnebel mit hoher Geschwindigkeit durch den Strömungsraum geleitet wird, so daß die Innenwände des Strömungsraumes von dem sich bildenden Dampf frei bleiben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Plattenverdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß eint; gleichförmige Verteilung des Eindampfgutes über die Plattenausdehnung gewährleistet ist und zuverlässig jedes Einbrennen des Eindampfgutes bzw. Ablagern von Feststoffen auf den Platten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daü der Flüssigkeitsverteiler oberhalb der das Heizmit-

tel bzw. das Eindampfgut fahrenden Strömungsräume angeordnete und gegenüber diesen durch Dichtung abgeschlossene Zuführkammern aufweist, die mit der Zufahrleitung in Verbindung stehen, daß die Verteilerkammern gegen die Strömungsräume durch Dichtungen s abgetrennt sind, daß die Drosselöffnungen sich in den Platten zwischen den Zuführ- und Verteilerkammern und die Drosselöffnungen sich zwischen den Verteilerkammern und den Strömungsräumen für das Eindampfgut befinden, die zwischen den Verteilerkammern und den Strömungsräumen für das Eindampfgut befindlichen Drosselöffnungen Ober die Plattenbreite in Abständen verteilt sind und daß die Drosselöffnungen so bemessen sind, daß ein Teil der Flüssigkeit an ihnen spontan verdampfbar ist ι s

Wesentlich für die Erfindung ist, daß zwischen den Strömungsräumen für das Eindampfgut und der Zuleitung für das Eindampfgut eine abgeschlossene Zuführkammer zusätzlich zu der Verteilerkammer angeordnet ist Hierdurch wird eine abgestufte Zuführung möglich, durch welche die Verteilung des Eindampfgutes und der Flüssigkeit in entsprechender Weise abgestuft werden kann. Jeder Stufe sind entsprechende Drosselöffnungen zugeordnet, welche überdies gewährleisten, daß ein Teil der Flüssigkeit an diesen Drosselöffnungen spontan verdampft Der sich spontan bildende Flüssigkeitsdampf trägt wesentlich dazu bei, daß sich das Eindampfgut über die Breite der Platten sowohl in der Zuführungskammer als auch in der Verteilerkammer verteilt Man erhält eine außerordentlieh gleichförmige Verteilung auch bei sehr geringer Dicke des fallenden Fiüssigkeitsfümes. Damit wird trotz dieser geringen Dicke und trotz hoher Verdampfungsleistung sichergestellt daß an keiner Stelle der Platte die Filmdicke so gering wird, daß durch nahezu vollständige Verdampfung der Flüssigkeit bestimmte Bereiche der erhitzten Plattenoberflächen trocken werden, das Eindampfgut also festbrennt bzw. Feststoffe ablagert.

Bei einem Plattenverdampfer, bei dem die Zuführkammern oberhalb der Strömungsräume für das Heizmittel angeordnet sind, ist zweckmäßigerweise die Anordnung so getroffen, daß sich die Drosselöffnungen in den Platten befinden.

Vorteilhafterweise sind die in gegenüberliegenden Reihen angeordneten Drosselöffnungen gegeneinander versetzt wodurch die Verteilung noch wesentlich unterstützt wird.

In den Fällen, bei denen die Zuführkammern oberhalb der Strömungsräume für das Heizmittel und die Verteilerkammern oberhalb der Strömungsräume für das Eindampfgut angeordnet sind, hat sich eine Anordnung vorteilhaft erwiesen, bei der die zwischen den Verteilerkammern und den Strömungsräumen für das Eindampfgut befindlichen Drosselöffnungen in Form von in den Dichtungen angeordneten Düsen ausgebildet sind.

Die Drosselöffnungen sind unabhängig von den Dichtungen so ausgewählt und angeordnet daß sie die gewünschte Drosselwirkung unabhängig von der Zusammenpreßbarkeit der Dichtung erbringen und beibehalten, Da die Flüssigkeit aus den Zuführungslei= tungen in die Zuführkammern ungehindert, also ohne Drosselung einströmen kann, erfolgt von daher bereits eine gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit über die ganze Breite der Platten, und zwar oberhalb der Strömungsräume. Dadurch wird die weitere Verteilung beim Übergang von der Zuführkammer in die Verteilerkammer rasen und zuverlässig unterstützt, indem die Verteilerwege in der Verteilerkammer wesentlich kürzer als bei bekannten Vorrichtungen werden. Das gilt insbesondere auch dann, wenn jeweils eine Drosselöffnung sich in den Platten befindet

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fi g. la und Ib eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des oberen Bereiches einiger weniger Platten eines Plattenverdampfers nach der vorliegenden Erfindung in zwei verschiedenen Ausführungsformen und

Fig.2a und 2b jeweils Querschnitte durch die Ausführungen nach F i g. 1 a bzw. F i g. 1 b;

Der generelle Aufbau von Plattenverdampfern der in Frage stehenden Art ist bekannt Hierbei wird ein Stapel von auf gemeinsamen Führungsstangen gleitend verschiebbaren Platten und dazwischen befindlichen Dichtungen zwischen einem Kopfstück 1 auf der einen Seite des Stapels und einer verschieblichen Gegendruckplatte auf der anderen Üeite des Stapels gegeneinandergepreßt Das plattenförmig Kopfstück 1 weist eine Zuführungsleitung 4 für das flüssige Eindampfgut sowie einen Dampfverteiler 5 auf, die jeweils in Fluchtung mit entsprechenden öffnungen 6 und 7:?. den Platten 2,3 stehen. Der Stapel ist dabei aus Platten von zwei verschiedenen Typen 2 bzw. 3 zusammengesetzt Die miteinander in Fluchtung stehenden öffnungen 6 und 7 der Platten bilden getrennte Zuführungsleitungen für das Eindampfgut und das Heizmittel. Weitere nicht dargestellte und in gegenseitiger Fluchtung stehende öffnungen in den Platten bilden entsprechende Abführleitungen für das Konzentrat das Kondensat und den Dampf.

Die Platten 2, 3 weisen entlang des Umfanges verlaufende Dichtungen 8 auf. Die Platten 2 weisen außerdem Dichtungen 9 bzw. 11 zum Begrenzen einer Verteilerkammer 10 bzw. der Öffnung 6 auf. Die öffnung 7 in der Platte 2 ist durch keine Abdichtung begrenzt so daß der Dampf in den zwischen der Platte 2 und der angrenzenden Platte 3 gebildeten Strömungsraum für das Heizmittel ungehindert einströmen kann.

Die andere Platte 3 weist neben der Umfangsdichtung 8 eine Dichtung 12 bzw. eine Dichtung 14 zum Begrenzen einer Zuführkammer 13 bzw für die öffnung 7 auf. Die öffnung 6 in der Platte 3 steht in freier Strömungsverbindung mit der Zuführkammer 13.

Das durch die Leitung 4 zuströmende flüssige Eindampfgut gelangt durch die öffnung 6 in die Zuführkammer 13. Bei zusammengebautem Plattenstapel befindet sich etwa in Höhe der Zuführkammer 13 in Richtung des Stapels beiderseits dieser Kammer je eine Verteilerkammer 10. Dk; Platten 2 und 3 weisen in Höhe der 2uiührkammer 13 bzw. in Höhe der Verteilerkammer 10 je eine Drosselöffnung 16 bzw. 15, und zw?r im dargestellten Beispiel jeweils mittig auf. Durch diese kann das zugeführte Eindampfgut wie insbesondere aus F i g. 2a deutlich wird, aus der Zuführkammer 13 in die angrenzenden Verteilerkammern 10 strömen. Dabei sind die Drosselöffnungen 15 und 16 so bemessen, daß an ihnen ein Teil der Flüssigkeit spontan verdampfen kann. Die dabei entstehende Mischung aus Flüssigkeit und Dampf in der Verteilerkammer 10 breitet sich rasch über die ganze Plattenbreite in der Verteilerkammer 10 aus. Jede Platte 2 weist darüber hinaus eine Reihe von quer über die Platten in Abständen angeordneten Drosselöffnungen 17 auf, während eine ähnliche Reihe von Drosselöffnungen 18 unterhalb der Zuführkammer

13 in der Platte 3 vorgesehen ist. Wie aus F i g. 2a hervorgeht, kann das Flüssigkeitsdampfgemisch aus jeder Verteilerkammer 10 durch die Drosselöffnungen 17 bzw. 18 in den Strömungsraum eintreten, der zwischen einer Platte 3 und einer Platte 2 unterhalb der Zuführkammer 13 begrenzt wird.

Das Mischverhältnis von Dampf und Flüssigkeit in der Verteilerkammer hängt von der Bemessung der Drosselöffnungen 15 und 16, von der Zuführungsgeschwindigkeit des Eindampfgutes und von der Zuführungstemperatur ab. Durch die Hintereinanderschaltung von Zuführkammer und Verteilerkammer ergibt sich eine zuverlässige Ausbreitung des Eindampfgutes über die gesamte Breite der Platten, so daß die Plattenoberflächen im Bereich der Strömungskammer unterhalb der Zuführkammer 13 zuverlässig und gleichmäßig von dem fallenden Flüssigkeitsfilm auch bei geringer Filmdicke bedeckt sind. Auch beim Durchgang durch die Drosselöffnungen 17 bzw. 18 erfolgt aufgrund des plötzlichen Druckabfalles eine weitere plötzliche Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit. Die aus den Drosselöffnungen mit hoher Geschwindigkeit austretende Mischung aus Dampf und Flüssigkeit trifft dabei auf die gegenüberliegende Plattenoberfläche auf, was weiterhin wesentlich zur Auffächerung und Verteilung der Flüssigkeit über die Plattenoberfläche beiträgt. Da die Flüssigkeit aus den Verteilerkammern 10 von beiden Seiten her durch die Drosselöffnungen 17 und 18 eintritt, erfolgt entsprechend eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf beiden den Strömungsraum begrenzenden Plattenoberflächen. Um diese Verteilung nicht zu stören, sind zweckmäßigerweise, wie dargestellt, die Drosselöffnungen 17 und 18 in den Platten 2 und 2 gegeneinander seitlich versetzt.

In den Fig. Ib und 2b ist ein abgewandelte) Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Stape wiederum aus zwei unterschiedlichen Plattentypen ί und 3 aufgebaut ist. Einander entsprechende Teile sine mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. ta und Ib jedoch unter Hin/ufügung des Buchstabens a bezeichnet.

ίο Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Zuführkammer 13a der Platte 2 und die Verteilerkammer 1Oi der Platte 3 zugeordnet. Die Zufuhrkammern 13i weisen jeweils eine einzelne mittig angeordnete Drosselöffnung 20 und die Verteilerkammern 1Oe eine

,₅ mittig angeordnete Drosselöffnung 21 auf. Aus det Verteilerkammer 10a gelangt das Dampf- und Flüssig keitsgemisch durch eine Reihe von Drosselöffnungen 22 in den Strömungsraum, wobei die Drosselöffnungen 2: in einer die Verteilerkammer 10a vom Strömungsraurr trennenden Dichtung 22 vorgesehen und düsenartif ausgebildet sind. Durch diese Ausbildung der Drosse !öffnung 23 erreicht man eine sprühartige Verteilung des in den Strömungsraum eintretenden Gemisches, wie dies durch die Pfeile in F i g. 2b dargestellt ist.

Bei jedem der beiden Ausfuhrungsbeispiele kann dei Abstand der Drosselöffnungen 17 und 18 bzw. dei Düsenöffnungen 23 nach bestimmten empirischer Erfahrungen verändert werden, wobei die Dicke de! Strömungsraumes berücksichtigt werden sollte. Auf grund der gewählten Verteilung ist das Zuführungssy stern weitgehend unabhängig von der Breite der Platter selbst.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Plattenverdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm, bei dem ein Stapel von Platten und dazwischen befindlichen Dichtungen gegeneinandergepreßt ist und die Platten abwechselnd Strömungsräume far ein Eindampfgut und ein Heizmittel begrenzen, die Platten in Fluchtung stehende Offnungen zur Bildung getrennter Zuführleitungen für das Eindampfgut und das Heizmittel sowie Abführleitungen für das Konzentrat, das Kondensat und den Dampf aufweisen, mit einem Flüssigkeitsverteiler, der Drosselöffnungen und oberhalb der das Eindampfgut oder das Heizmittel führenden Strömungsräume abgetrennte Verteilerkammern aufweist und das Eindampfgut über die Plattenbreite verteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler aberhalb der das Heizmittel bzw. das Eindampfgut führenden Strömungsräume angeordnete und gegenüber diesen durch Dichtung (12) abgeschlossene Zuführkammern (13, t3a) aufweist, die mit der Zuführleitung (6) in Verbindung stehen, daß die Verteilerkammern (10, iOa) gegen die Strömungsräume durch Dichtungen (9, 22) abgetrennt sind, daß die Drosselöffnungen (15,16,20,21) sich in den Platten zwischen den Zufuhr- und den Verteilerkammern (13, 13a) und (10, tOa) und die Drosselöffnungen (17, 18, 23) sich zwischen den Verteilerkammern (10,Wa) und den Strömungsräumen für das Eindampfgut befinden, die Drosselöffnungen (17, 18, 23) fiber die Plattenbreite in Abständen vorteilt sind und daß die Drosselöffnungen (15,16,17,18,20,21,23) -o bemessen sind, daß ein Teil der Flüssigkeit pn ihnen spontan verdampfbar ist

2. Plattenverdampfer nach Anspruch 1, bei dem die Zuführkammern oberhalb der Strömungsräume für das Eindampfgut und die Verteilerkammern oberhalb der Strömungsräume für das Heizmittel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnungen (17, 18) sich in den Platten befinden.

3. Plattenverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in gegenüberliegenden Reihen angeordneten Drosselöffnungen (17, 18) gegeneinander versetzt sind.

4. Plattenverdampfer nach Anspruch 1, bei dem die Zuführkammern oberhalb der Strömungsräume für das Heizmittel und die Verteilerkammern oberhalb der Strömungsräume für das Eindampfgut angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnungen (23) in Form von in den Dichtungen (22) angeordneten Düsen ausgebildet sind.

5. Plattenverdampfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Drossel-Öffnung (15,16,20,21) sich in den Platten befindet.