DE2510206A1

DE2510206A1 - Duennschichtverdampfer

Info

Publication number: DE2510206A1
Application number: DE19752510206
Authority: DE
Inventors: Vaclav Dipl Ing Feres
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1976-09-16
Also published as: FR2262547B1; FR2262547A1; DE2409502A1; CA1021252A; CH597887A5; GB1492648A; DE2409502B2

Description

DR. INQ. HANS LICHTI · DIPL-INQ. HEINER LICHTI

PATENTANWÄLTE

75 KARLSRUHE-DURLACH · QRÖTZINQER STRASSE 61

TELEFON (0721) 41124

Neue Anschrift: D-7500 Karlsruhe 41 (Grötzingen) · Durlacher Straße 31 (Hochhaus) · Telefon (0721) 48511 |

-7.März1S75

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Vaclav Feres, 75 Karlsruhe 1, Haid-und Neu-Straße

Dünns chi chtverdamp fer

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdampfer mit einem in einem Brüdenraum mit hoher Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden Rotor, der aus einer kegelförmigen Verdampfungsfläche und einem diese unter Bildung eines Wärmeträgerraums umgebenden Außenmantel besteht, wobei die Verdampfungsfläche mit dem Rotationsantrieb verbunden und der Außenmantel über ein Gleitlager mit Gleitringdichtung an dem Verdampfergehäuse abgestützt ist.

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Dünnschichtverdampfer dieses Aufbaus sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt (DT-PS 1 Il4 783, 1 090 637, 1 064 9681 US-PS 2 734 O23{ SW-PS 206 743). Sie werden insbesondere in der Lebensmittel- und Arzneimittelindustrie zur Destillation und Konzentration von thermisch unbeständigen und leicht oxydierenden Stoffen verwendet. Während bei Dünnschichtverdampfern mit rotierenden Verteilerflügeln der Film bei Ablauf der Flüssigkeit an den statischen, im wesentlichen senkrechten Verdampfungsflächen erzeugt wird, findet bei den vorgenannten Dünnschichtverdampfern die Filmbildung dadurch statt, daß die zu verdampfende Flüssigkeit einer hohen Zentrifugalbeschleunigung ausgesetzt wird und sich aufgrund dieser Beschleunigungskräfte von kleineren zu größeren Durchmessern der kegelförmigen Verdampfungsfläche ausbreitet. Hierbei lassen sich erheblich geringere Filmdicken erzielen. Solche Dünnschichtverdampfer lassen sich auch leicht regeln, d.h. die Verweilzeit des Produktes auf der Verdampfungsfläche durch einfache Drehzahländerung einstellen. Im übrigen werden solche Dünnschichtverdampfer zur Minderung der Temperaturbelastung des Produktes häufig unter Vakuum betrieben.

Nachteilig bei diesen Dünnschichtverdampfern sind die gegenüber statischen Verdampfungsflächen hohen Herstellungskosten_o Man ist deshalb gezwungen, die Dünnschichtverdampfer hinsichtlich ihrer wirtschaftlichen Arbeitsweise zu optimalisieren. Dies läßt sich durch eine hohe spezifische Wärmebelastung, z.B_o durch extreme Minderung der Wandstärke der Verdampfungsflächen erreichen. Wegen der außerordentlich hohen Belastungen, die aufgrund hoher Druckdifferenzen zwischen dem Brüdenraum und dem Wärmeträgerraum auf die Verdampfungsfläche wirken, ist der Wandstärke natürlich eine untere Grenze gesetzt, zumal die Verdampfungsfläche bei den herkömmlichen Zentrifugal-Dünnschicht-Verdampfern nur an ihrem inneren und äußeren Umfang im Rotor

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befestigt ist. Diese Tatsache ist Anlaß dafür, daß die vorgenannten Dünnschichtverdampfer bis heute nur in relativ kleinen Abmessungen und für geringe Differenzdrücke zwischen Wärmeträger- und Verdampferraum auf dem Markt sind.

Eine Verbesserung ergibt sich gemäß einem älteren Vorschlag dadurch, daß zwischen dem Außenmantel und der Verdampfungsfläche eine Stützkonstruktion für diese angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die Wandstärke der Verdampfungsfläche weiter zu verringern und damit die Wärmebelastung und/oder die Druckdifferenz zwischen Brüdenraum und Wärmeträgerraum zu erhöhen bzw* Dünnschichtverdampfer größerer Abmessungen zu konzipieren.

Die Rotoren neigen bei geringer konstruktiver Unwucht oder aber einer Unwucht aufgrund ungleichmäßiger Produktverteilung insbesondere beim Anlauf und beim Abschalten zum Flattern, was vornehmlich bei Verdampfungsflächen mit geringer Wandstärke zu Beschädigungen führen kann. Ähnlich negative Effekte treten bei ungleichmäßiger Erwärmung des Rotors sowie dadurch auf, daß das Konzentrat an einer Stelle abgeschöpft wird, so daß die Masse hinter der Abschöpfstelle schlagartig geringer wird. Ferner müssen Brüdenraum und Wärmeträgerraum gegeneinander gut und störungsfrei abgedichtet sein, um insbesondere bei hohen Druckunterschieden Undichtigkeiten zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Dünnschichtverdampfer des eingangs geschilderten Aufbaus die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gleitlager zwischen Außenmantel und Verdampfergehäuse aus einer Lagerbüchse und einem konzentrischen Lagerring besteht, an dessen Innenseite eine in radialer Richtung doppeltwirkende Gleitringdichtung angeordnet ist.

Ein solches Lager verhindert einerseits ein Flattern des Außenmantels, d.h. eine radiale Abweichung aus der koaxialen

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Lage und bietet zugleich einen weitgehend dampfdichten Abschluß zwischen Brüden- und Wärmeträgerraum.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Gleitringdichtung aus einem der umlaufenden Lagerbüchse zugeordneten Gleitring mit zwei ringförmigen Gleitnasen und zwei dem Lagerring konzentrisch zugeordneten axial beweglichen Gleitringen, von denen jeder mit einer Gleitnase dichtend zusammenwirkt und deren Zwischenraum von einer Sperrflüssigkeit gespült ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie an Hand der Zeichnung. In dieser zeigen:

Figo 1 einen Axialschnitt durch einen Dünnschichtverdampfer und

Fig. 2 einen Axialschnitt durch das Gleitlager

Der Dünnschichtverdampfer ist in einem Apparategehäuse eingeschlossen, das aus einem ortsfesten Unterteil 1 und einem daran über Flansche 3, 4 befestigten Oberteil 2 besteht. Das Oberteil 2 umgibt einen Brüdenraum 5· in dem ein insgesamt mit 6 bezeichneter Rotor mit hoher Umfangsgeschwindigkeit umläuft. Der Rotor 6 ist über einen Flansch 8 an der Abtriebewelle 9 eines Rotationsantriebs 32 befestigt.

Der Rotor 6 besteht aus einer dünnwandigen Verdampfungsfläche und einem diese außenseitig mit Abstand umgebenden Außenmantel

Der Zwischenraum 19 dient als Heizraum, in den ein Wärmeträger gemäß Richtungspfeil 30 hineingeführt wird.

Zwischen der Verdampfungsfläche 10 und dem Außenmantel 20 ist

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ein Stützmantel l6 angeordnet, der für den Wärmeträger durchlässig ist, z.B. aus einem Lochblech mit mehreren Löchern l8 gebildet ist. Der Stützmantel l6 weist einen Bodenflansch 7 auf, mit dem er an dem Flansch 8 der Antriebswelle 9 befestigt ist«

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Verdampfungsfläche 10 mehrfach mit zunehmender Steigung abgeknickt, beispielsweise aus mehreren Schüssen 11, 12, 13 von zunehmender Steigung gebildet. Der Außenmantel 20 ist an seinem größten Umfang zu einem Ring l4 nach innen gebogen. An der Innenseite dieses Rings ist der äußere Schuß 13 der Verdampf ungsfläche 10 angeschweißt. Jenseits der Verbindungsstelle weisen der Außenmantel 20 bzw«» die Ver damp fungs fläche 10 einen nach innen gezogenen Rand 24 auf.

Die Verdampfungsfläche 10 ist über mehrere Distanzstücke 15 mit dem Stützmantel l6 verbunden. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind die Distanzstücke 15 als Kreisringe ausgebildet, so daß jeweils zwei benachbarte Kreisringe zusammen mit dem entsprechenden Anteil der Verdampfungsfläche 10 und dem Stützmantel 16 in sich geschlossene, wabenförmige Räume bilden, in die der Wärmeträger durch die Bohrungen l8 des Stützmantels 16 eindringen kann. Ferner sind die einzelnen wabenförmigen Räume 17» was aus Fig. l nicht ersichtlich ist, durch Ausnehmungen in den Distanzringen miteinander verbundene Das während des Betriebs an der Außenseite der Verdampfungsfläche 10 anfallende Kondensat wird von dieser aufgrund der Zentrifugalkräfte abgeschleudert, und gelangt durch den Wärmeträgerraum auf den Außenmantel 20, an dem es aufgrund dessen Rotationsenergie nach oben wandert. Im oberen Bereich des Wärmeträgerraums 19 ist ein Schöpfrohr 28 angeordnet, mittels dessen das Kondensat

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aufgenommen und gemäß Richtungspfeil 29 aus dem Apparat abgeleitet wird.

Der auf der Abtriebswelle 9 sitzende Rotor 6 ist über den Außenmantel 20 mit dem unteren Flansch 21 über ein Gleitlager mit einer Gleitringdichtung 25 gegen das Unterteil 1 abgedichtet.

Eine Ausführungsform dieses Lagers mit einer Doppel-Radial-GMtringdichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Ausführungsform verhindert das Flattern des Außenmantels 20 auch bei hohen Drehzahlen. An dem Flansch 21 des Außenmantels 20 ist ein Gleitlager 71 mit einer Lagerbüchse 85 mittels Schrauben 86 zentrisch befestigt. An dem Gleitlager 71 bzw. dem Flansch 21 ist der Gegenring 73 der Gleitringdichtung über zwei Dichtungen 72 doppelelastisch gelagert. Gegen den rotierenden Gegenring 73 dichten zwei stationäre Gleitringe 7^, 75 ab, die mittels Druckfedern 80 über Druckringe 78, 79 und Dichtungen 76, 77 elastisch angedrückt werden und somit gegenüber dem Lagerkopf 8l am Unterteil 1 des Apparategehäuses axial beweglich sind. Zwischen den beiden stationären Gleitringen 7^, 75 ist ein Ringraum 82 vorhanden, der in Richtung des Doppelpfeils 83 mit Sperrflüssigkeit gespült ist. Die Lagerbüchse 85 ist an einem stationären Lagerring 87 an dem Lagerkopf 8l geführt und gegenüber diesem geschmiert. Das Schmiermittel gelangt gemäß Richtungspfeil 88 innenseitig an den Lagerspalt und wird außenseitig abgezogen. Der Lagerkopf 8l ist über eine Dichtung 84 an dem Unterteil 1 des Apparategehäuses befestigt. Die Lagerbüchse 85 und der Gegenring 73 bestehen aus Kohle und sind mit Wasser geschmiert. Der Außenmantel 20 weist auf seiner Außenseite mehrere Versteifungen 22, 23 auf, die zugleich zur Bildung von Isolierräumen dienen. Auch diese Versteifungen 22, 23 sind ringförmig ausgebildet. Dabei kann die untere Versteifung 23 eine Schürze 99 aufweisen, an der sich leicht Ausgleichsge-

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wichte zum Auswuchten des Rotors anbringen lassen.

Im Unterteil 1 des Apparategehäuses ist ein Vorwärmer, z.B,
ein Spiralrohr-Wärmeaustauscher 4l für das bei 40 eintretende Ausgangsprodukt angeordnet. Das vorgewärmte Ausgangsprodukt
gelangt über die Rohrleitung 42 und die von oben durch den
Brüdenraum 2 geführte Leitung 44 in den Verdampfer. Die Flüssigkeit läuft im Bereich der Abtriebswelle unter einen Hut 43 und breitet sich unter diesem über die Verdampfungsfläche 10
aus. Die abdampfenden Brüden ziehen gemäß Richtungspfeil 26
aus dem Brüdenraum 5 in das Unterteil 1 des Apparategehäuses, gelangen dort in einen Kühler 33t der über die Stutzen 34 mit Kühlmedium gespeist wird. Das Kondensat fällt als reines
Destillat im Auffangraum 35 an und kann von dort über den
Stutzen 36 abgezogen werden. An den Auffangraum 35 ist seitlich ein Abscheideraum 38 angebracht, der über den Stutzen 37 an eine Vakuumquelle angeschlossen werden kann. Der Abscheideraum 38 weist ferner ein Schauglas 39 auf. Der Kühler 33 ist
von dem Außenmantel 20 des Rotors durch einen Strahlungsschirm 49 abgeschirmt. Zwischen dem Außenmantel und dem Schirm 49
ist ein Raum 50 vorhanden, in dem eventuell aus der Gleitringdichtung 25 austretende Sperrflüssigkeit aufgefangen und über den Stutzen 51 abgelassen werden kann.

Die aufgrund des Zentrifugalfeldes auf der Verdampfungsfläche 10 entstehende Dünnschicht breitet sich als geschlossener
Film vom kleinsten Durchmesser der Verdampfungsfläche nach außen zum größten Durchmesser aus und fängt sich in der von dem eingezogenen Rand 24 gebildeten Rinne. In diese Rinne greift von
oben her eine Schöpfleitung 45 ein, mittels der das nicht verdampfte Produkt über den Stutzen 46 abgezogen wird. Ferner ist im Oberteil 2 ein konzentrisches Schauglas 47 vorgesehen, durch

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das der Verdampfungsraum jederzeit inspiziert -werden kann, um Störungen beim Prozeß, z.B. Anbrennungen od.dgl. rechtzeitig feststellen zu können.

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Claims

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1. Dünnschichtverdampfer mit einem in einem Brüdenraum mit hoher Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden Rotor, der aus einer kegelförmigen Verdampfungsfläche und einem diese unter Bildung eines Wärmeträgerraums umgebenden Außenmantel besteht, wobei die Verdampfungsfläche mit dem Rotationsantrieb verbunden und der Außenmantel über ein Gleitlager mit Gleitringdichtung an dem Verdampfergehäuse abgestützt ist, dadurch gekannzeichnet, daß das Gleitlager aus einer Lagerbüchse (85) und einem konzentrischen Lagerring (87) besteht, an dessen Innenseite eine in radialer Richtung doppeltwirkende Gleitringdichtung (73, 74, 75) angeordnet ist.

2. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringdichtung aus einem der umlaufenden Lagerbüchse (85) zugeordneten Gleitring (73) mit zwei ringförmigen Gleitnasen und zwei dem Lagerring (87) zugeordneten axial beweglichen Gleitringen (7^, 75) besteht, von denen jede mit einer Gleitnase dichtend zusammenwirkt und deren Zwischenraum (82) von einer Sperrflüssigkeit (83) gespült ist·

3« Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (87) an einem an dem Unterteil (l) des Verdampfergehäuses befestigten Lagerkopf (8l) angeordnet ist und die innere Begrenzungswand eine ringförm_rige Ausnehmung bildet, in der die beiden axial beweglichen Gleitringe untergebracht sind.

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4. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringe (74,75) unter Wirkung von in der ringförmigen Ausnehmung angeordneten Druckfedern (80) und dem Druck einer Sperrflüssigkeit stehen*

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