DE2336632B2

DE2336632B2 - Waermeaustauschvorrichtung

Info

Publication number: DE2336632B2
Application number: DE19732336632
Authority: DE
Inventors: Albert 6056 Heusenstamm; Schilken Herbert 6360 Friedberg; Romeiser Bernhard 6450 Hanau Hartmann
Original assignee: Chb 3-14
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1977-08-04
Also published as: NL7409044A; JPS5043049A; SE7409304L; NL173208B; NL173208C; BE817805A; FR2238134B1; GB1467818A; SE415209B; US3968835A; DE2336632A1; FR2238134A1; DE2336632C3; IT1022061B

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschvorrichtung mit aneinander angrenzenden, mindestens eine gemeinsame Wärmetausch-Trennwand aufweisenden Kammern für im wesentlichen gleichartige Flüssigkeiten verschiedener Temperatur, für Desodorierapparaturen und dgl.

Bei der Herstellung von Speiseölen und Speisefetten wird nach der Raffination das neutralisierte und gebleichte öl eine Desodorierstufe zugeführt, in der die unerwünschten Geschmacks- und Geruchsstoffe entfernt werden. Es handelt sich dabei vorwiegend um Alkohole, Ketone, Aldehyde und niedermolekulare Fettsäuren und neuerdings auch Spuren von chlorhaltigen Pestiziden.

Diese Stoffe werden im Prinzip durch eine Trägerdampfdestillation mit Wasserdampf bei höheren Temperaturen und vermindertem Druck in einem geschlossenen Apparat behandelt. Über die dabei ablaufenden Vorgänge gibt die »Chemikerzeitung« 88, Seite 412 ff. (1964) Auskunft.

Das Verfahren kann diskontinuierlich, halbkontinuierlich und kontinuierlich durchgeführt werden (Fette, Seifen, Anstrichmittel 72, Seite 166 ff., 1970).

Man hat versucht, den Prozeß des halbkontinuierlichen Verfahrens zu verbessern, indem man das Produkt in der ersten Stufe der Anlage kontinuierlich zulaufen <>5 und aus der letzten Stufe das Produkt kontinuierlich ablaufen läßt und die dazwischenliegenden Stufen diskontinuierlich wechselt. Dadurch wird ein direkter Wärmeaustausch zwischen ablaufendem heißen Produkt und zulaufendem kalten Produkt in einem separaten Wärmeaustauscher möglich (DT-OS 20 51 999). Diese Arbeitsweise hart den Nachteil, daß bei einem stetigen Zulaufen und Ablaufen die Behandlungszeit des Öls in der ersten und der letzten Stufe nicht einheitlich ist. Auch hier werden Teile des Öles länger und weniger lang behandelt. Eine Einschränkung bedeutet auch das Erfordernis, daß über längere Zeiträume ein und dasselbe Produkt verarbeitet wird, also kein häufiger Produktwechsel stattfindet. Es ist auch bekannt, die erste Stufe als Wärmeaustauscher auszubilden und sie über einen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf aufzuheizen. Dabei wird der sich abkühlende Wärmeträger in einer der nachfolgenden Stufen durch das erwärmte Produkt wieder aufgeheizt (DT-OS 20 39 5.31).

Es ist eine Wärmeaustauschvorrichtung bekannt mit aneinander angrenzenden, mindestens eine gemeinsame Trennwand aufweisenden Kammern für Fluide verschiedener Temperatur mit der Besonderheit, daß die Kammern zur intensiven Umwälzung des heißen bzw. kälteren Fluids mit auf beiden Seiten der Trennwand 4 in einem Abstand angeordneten Zuführungen 5, 6 für einzuleitendes Umwälz-Treibmittelfluid ausgestattet sind (US-PS 30 34 769).

Ferner ist eine Wärmeaustauschvorrichtung mit aneinander angrenzenden, mindestens eine gemeinsame Trennwand (Rohrbündel) aufweisenden Strömungsräumen für Flüssigkeiten verschiedener Temperatur bekannt, mit der Besonderheit, daß der äußere der Strömungsräume zur intensiven Umwälzung der heißer Flüssigkeit mit einem Umwälz-Leitblech 12 ausgestattet ist, wobei in einem Ringspalt des äußeren Strömungsraums Zuführungen 4 für als Umwälzmittel einzuleitenden Dampf vorgesehen sind, und auch zur Führung dei umgewälzten Flüssigkeit zusätzlich Umlenkbleche 10 irr äußeren Strömungsraum angeordnet sind (FR-PS 14 47 547).

Es ist weiterhin eine Wärmeaustauschvorrichtung mil aneinander angrenzenden, mindestens eine gemeinsame Trennwand aufweisenden Strömungsräumen für Fluide verschiedener Temperatur bekannt, mit der Besonderheit, daß der äußere der Strömungsräume zur intensiver Umwälzung der kälteren Flüssigkeit mit etwa paralle angeordneten zusätzlichen Leitblechen h ausgestattei ist, wobei unter den zwischen den inneren Strömungsräumen (Rohre abgebildeten Spalten Zuführungen m füi als Umwälzmittel einzuleitendes Gas vorgesehen sine (DT-PS 2 43 859).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eins Wärmeaustauschvorrichtung mit aneinander angren zenden, mindestens eine gemeinsame Wärmetausch Trennwand aufweisenden Kammern für im wesentli chen gleichartige Flüssigkeiten verschiedener Tempera tür zu entwickeln. Die Vorrichtung soll sich durch hoher Wärmeübergang auszeichnen und vorzugsweise irr Verbund oder als Teil einer Desodorierapparalur zui Desodorierung von Ölen oder Fetten, insbesondere Speiseöl und Speisefett, eingesetzt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß di< Kammern mit auf beiden Seiten der Trennwand ir einem einstellbaren Abstand, etwa parallel, angeordne ten Umwälz-Leitblechen für die heiße bzw. kälten Flüssigkeit ausgestattet sind, wobei unter den zwischei Trennwand und Leitblech gebildeten Spalten Zuführun gen für als Umwälzmittel einzuleitenden Damp und/oder Gas vorgesehen sind.

Eine zweckmäßige Weilerbildung besieht darin, daß zur Führung der umgewälzten Flüssigkeiten zusätzlich Umlenk- oder Prallbleche in den Kammern angeordnet sind,

Vorzugsweise haben die Trennwand oder die Leitbleche ein wellenförmiges Profil.

Eine weitere Ausgestallung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung besteht darin, daß die Kammern Sektoren-, ring- oder schachbrettmusterförmig aufeinanderfolgend angeordnet sind.

Nach einer· Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören die Kammern als separater oder integrierter Anlagenteil zu einer Desodorierapparatur.

Die Effektivität des Wärmeaustauschers kann durch eine geeignete Form und Aufeinanderfolge der Kammern für heiße bzw. kältere Flüssigkeit verbessert werden. Die Kammern können z. B. in einem kreisförmigen Querschnitt des Wärmeaustauschers Sektoren- oder ringförmig angeordnet sein. Für einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt des Wärmeaustauschers bieten sich schachbrettmusterförmig aneinandergereihte Kammern an.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eignet sich besonders als Stufe I einer Desodorierapparatur, die nachfolgend erläutert wird. Hierbei wird als Umwälzmedium Treibdampf verwendet, was den Vorteil hat, daß während des Wärmeaustausches in einem Vorvakuum neben einer Entgasung und Trocknung der Flüssigkeit gleichzeitig eine Vordesodorierung für das zugeführte Produkt und eine weitere Desodorierung für das abgepumpte Produkt erreicht wird. Mit dem Wärmeaustauscher wird ein einfacher und schneller Wärmeübergang zwischen heißer und kalter Flüssigkeit bei definierter Verweilzeit erreicht, wobei gerade die Verweilzeit einen großen Einfluß auf die Qualität und Stabilität der behandelten Produkte hat, wobei es sich meist um öle oder Fette handelt.

Anhand der Zeichnung wird die Wärmeaustauschvorrichtung als Teil einer Desodorierapparatur näher und beispielsweise beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein Fließschema einer Desodorierungsanlage,

Fig. 2a einen vergrößerten Längsschnitt durch den Wärmeaustauscher,

F i g. 2b und 2c verschiedene Ausführungen des Wärmeaustauschers im Querschnitt.

In der folgenden Beschreibung wird die Wärmeaustauschvorrichtung auch als Stufe I der Desodorieranlage bezeichnet.

Das raffinierte Produkt mit Raumtemperatur oder etwas darüber wird in der Leitung 1 über eine Pumpe einem Behälter 2 zugeleitet. Von dort läuft die gewogene Charge über ein Ventil 3 durch die Leitung 3a der Wärmeaustausch-Stufe I der Desodorierapparatur so lange zu, bis die geschlossene Einlaßkammer la der Stufe I gefüllt ist. Der Zulauf kann aber auch direkt erfolgen und durch einen Niveaukontakt oder ähnliches in der Stufe I gesteuert werden. Nach dem nachfolgend beschriebenen Wärmeaustausch mit einer heißen Charge aus beispielsweise Stufe IV des Apparates gelangt das erhitzte Produkt über das Ventil 4 in die nächste Stufe Il und nach Behandlung in der Stufe Il über das Ventil 5 in die darunter sich anschließende nächste Stufe usw.

Bevor das Produkt in die unterste Stufe V gelangt, wird es mit einer stopfbuchslosen Pumpe 8 wieder in die (><, Stufe I, und zwar in deren separate Kühlkammer \b, über die Leitung 9 zurückgepumpt. Hier gelangt das nun heiße vorbehandelte Produkt aus der Stufe IV mit neu zugelaufenem Produkt der Kammer la in einer vorbestimmten Verweilzeit zum Wärmeaustausch.

Der Wärmeaustausch wird dadurch intensiviert, daß Treibdampf von 0,5 atü aus den Leitungen 10a über Düsenrohre (Zuführung 10) ausströmt. Der Dampf strömt aufwärts längs der Trennwand oder Trennwände limit den Prall- und Umlenkblechen 12 im Innern eines Spaltes 11a zwischen Trennwand und Leitblechen 13 und wälzt das öl um. Diese Umwälzung erfolgt in beiden Kammern la und Ib. Nach einer vorbestimmten Verweilzeil und nachdem das zugelaufene öl oder Fett aufgeheizt ist, läuft das abgekühlte Produkt der Kammer 16 über das Ventil 7a und die Leitung 14 direkt in die letzte Stufe. Die letzte Stufe, Stufe V, ist eine Kühlstufe, in der das öl durch Kühlwasserumlauf im indirekten Wärmeaustausch auf ca. 100°C abgekühlt wird.

In den einzelnen Stufen II bis V wird das öl durch Zugabe von Direktdampf aus der Leitung 15 desodoriert Gleichzeitig wird zur Erwärmung des Öles auf die Endtemperatur von 200 bis 270⁰C, je nach öl- oder Fettsorte, Heißdampf über Leitung 16 in die Strufen II bis IV zugegeben.

In den Stufen II bis V wird das öl mit Dampfbrausen und ölumwälzer, die nach dem Prinzip der Mammut-Pumpe arbeiten, behandelt. Die Heiz- und Kühlsysteme sind in die Umwälzer eingebaut. Im Oberteil jeder Stufe sind Auffänger für die Abscheidung des Spritzöles aus dem Brüdendampf vorgesehen; diese verhindern, daß Kondensationsprodukte aus dem Oberteil der einzelnen Stufen in das desodorierte öl oder Fett zurückfließen können. Das Spritzöl wird über die Leitung 17 abgeführt.

Die Kammer Ia ist, im Gegensatz zu Kammer \b und den übrigen Stufen, nicht an das Hochvakuum angeschlossen, sondern an ein etwas niedrigeres Vakuum. Dies hat den Vorteil, daß die hier eventuell auftretenden Vakuumschwankungen, z. B. bei Eintritt von feuchtem Produkt, nicht auf die übrigen Stufen übertragen werden und somit das Vakuum in den übrigen Stufen nicht gestört wird.

Für die Vorkühlung des Öles oder Fettes in der letzten Stufe V ist ein geschlossener Kühlkreislauf 18 vorgesehen. Hierbei wird z. B. Kondensat im Kreislauf durch das Kühlsystem der letzten Stufe geführt und in einem außenliegenden Plattenkühler 18a mittels Kühlwasser 19 zurückgekühlt. Hierdurch werden Ablagerungen durch Ausfall von Härtebildnern in dem Kühlkreislauf der letzten Stufe vermieden.

Um den Wärmeaustausch noch zu verbessern, unterteilt man zweckmäßigerweise die Stufe I in mehrere Sektoren, die als Kreissektoren oder ringförmig ausgebildet sein können, wie es die F i g. 2b und 2c zeigen. Die Eintrittskammern la, die in beiden Figuren schraffiert sind, können gemeinsam gefüllt und entleert werden, was auch für die Kühlkammern Ib gilt. Die Trennwände 11 der einzelnen Sektoren können dabei gerade Bleche oder, zur Verbesserung des Wärmeüberganges, Wellbleche sein. Die parallel dazu angebrachten Leitbleche 13 haben einen solchen Abstand, daß in Verbindung mit dem Treibdampf eine optimale Umwälzung in dem gesamten Sektor stattfindet. Als Düsenrohre für die Zuführung 10 (in Fig. 2a und 2b nicht dargestellt) werden Rohre mit Löchern auf der Oberseite verwendet. Es sind aber auch andere Düsenkonstruktionen denkbar, um den umwälzenden Treibdampf in die Spalte 1la zu drücken.

Die Stufe I kann auch abweichend von der

Darstellung der Fig.! mehr oder weniger getrennt von der übrigen Apparatur angeordnet sein.

Durch die errindungsgemäße Verfahrensweise wird in einfacher und wirtschaftlicher Weise ein Wärmeaustausch bei definierter Verweilzeit in der ersten Stufe durchgeführt, wobei durch die Umwälzung des Öles fur das zugelaufene öl eine Trocknung. Aufheizung und Vordesodorienmg stattfindet, während in der ersten Stufe für das aus der fünften Stufe zugepumpte Produkt eine zusätzliche Desodorierung erfolgt. Der Wärmeaustausch in den Stufen ist sehr intensiv, und es werden k-Zahlen bis 1000 kcal/m² · h · Grad erreicht.

Beispiel 1

Aus dem Meßbehälter 2 wird eine Charge vorbehandeltes Erdnußöl mit einer Temperatur von 50⁰C in die linke Kammer der Stufe I eingesaugt. Diese Kammer steht unter einem Restdruck von ca. 30 Torr. Zur gleichen Zeit wird aus der Stufe IV des Desodonerapparates eine bereits in Stufe II, 111 und IV desodorierte Sojaölcharge in die rechte Kammer der Stufe I mit einer Temperatur von 24O⁰C gepumpt. Die rechte Kammer der Stufe I steht wie die übrigen Stufen des Desodorierapparates unter einem Restdruck von ca 4 Torr Innerhalb der Stufe I werden die zwei verschiedenen ölehargen entlang den Trennwänden durch

Einblasen von Direktdampf mit einem Druck von 3 atu mit großer Geschwindigkeit umgewälzt, wobei das Erdnußöl in der linken Kammer auf 140°C aufgewärmt und das Sojaöl in der rechten Kammer von 240 C aur 150°C abgekühlt werden.

Die Vcrweilzeit in den beiden Kammern der Stufe I entspricht der für alle Stufen des Desodorierapparates vorgegebenen Intcrvallzeit von zum Beispiel 0,6 bis 0,8 Stunden. Nach Ablauf dieser Intcrvallzcit öffnen die beiden Ventile an den beiden Kammern der Stufe I (was durch automatische Einstellung oder aber von Hand geschehen kann), und das Erdnußöl fließt mit einer Temperatur von 140" C aus der linken Kammer in die Stufe Il in der es dann mit Dampf indirekt von 140 C auf die gewünschte Desodoriertemperatur von zum Beispiel 240⁰C aufgeheizt wird. Aus der rechten Kammer der Stufe I fließt das Sojaöl mit einer Temperatur von 150° C in die Stufe V, in der es mittels Kühlwasser von 150⁰C auf ca. 100"C wcitergekühlt wird.

Beispiel 2

In einer Desodorieranlagc nach Fig. I mit einer Kapazität von 200 t öl pro Tag wurde die Wärmcaustausch-Stufe 1 weggelassen und durch eine normale Desodorierstufe wie Il bis IV ersetzt. In diese Anlage wurden 30 Chargen von je 7 Tonnen öl von einer Temperatur von 50⁰C in einer Taktzeit von 0,8 Stunden gegeben. Das öl wurde mittels Dampf von 40 atü in den Stufen I bis IV von 50⁰C auf 240°C erhitzt und bei dieser Temperatur desodoriert. Nach der Desodorierung wurde das öl in der Stufe V mit Kühlwasser auf etwa 100⁰C abgekühlt. Der Dampfverbrauch für das Aufheizen und die Desodorierung betrug 280 kg pro Tonne 01.

Beispiel 3

Zum Vergleich mit Beispiel 2 wurde die gleiche Desodorieranlage wie in Beispiel 2 verwendet, jedoch bestand die erste Stufe aus dem Wärmeaustauscher, wie er als Stufe I in F i g. 1 und 2a gezeigt ist.

Das zu desodorierende öl von 50⁰C wurde in Stufe I durch Wärmeaustausch mit dem heißen, bereits desodorierten öl aus Stufe IV auf etwa 140°C erwärmt wobei sich letzteres auf etwa 150°C -,bkühlte. Die Umwälzung in der Wärmeaustauschstufe 1 erfolgte mil Treibdampf von 3 atü Druck. Das in Stufe 1 auf 140°C erwärmte öl wurde dann in den Stufen Il bis IV mi Dampf von 40 atü auf 2<i0°C erhitzt und bei diesel Temperatur desodoriert. Das in der Wärmeaustauscher Stufe I von 240°C auf etwa 150°C abgekühlte desodorierte öl wurde der Kühlstufc V zugeführt um dort mit Kühlwasser auf etwa 100⁰C gekühlt.

Gegenüber dem Beispiel 2 ergab sich eine Dampf ersparnis von 115 kg pro Tonne öl, was die Wirksam keil der neuen Verfahrensweise eindrucksvoll belegt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauschvorrichtung mit aneinander angrenzenden, mindestens eine gemeinsame Warmetausch-Trennwand aufweisenden Kammern für im wesentlichen gleichartige Flüssigkeiten verschiedener Temperatur, für Desodorierapparaturen und dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (la, \b) mit auf beiden Seilen der Trennwand (11) in einem einstellbaren Abstand, etwa parallel, angeordneten Umwälz-Leitblechen (13) für die heiße bzw. kältere Flüssigkeit ausgestattet sind, wobei unter den zwischen Trennwand (11) und Leitblech (13) gebildeten Spalten (ila) Zuführungen (10) für als Umwälzmittel einzuleitenden Dampf und/oder Gas vorgesehen sind.

2. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der umgewälzten Flüssigkeiten zusätzlich Umlenk- oder Prallbleche (12) in den Kammern angeordnet sind.

3. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (11) oder die Leitbleche (13) ein wellenförmiges Profil haben.

4. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (la, \b) Sektoren-, ring- oder schachbrettmusterförmig aufeinanderfolgend angeordnet sind.

5. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (la, \b) als separater oder integrierter Anlagenteil zu einer Desodorierapparatur gehören.