DE2538336A1

DE2538336A1 - PROCESS AND DEVICE FOR EVAPORATING HEAT-SENSITIVE, COATING-FORMING LIQUIDS IN MULTI-STAGE EVAPORATION PLANTS

Info

Publication number: DE2538336A1
Application number: DE19752538336
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Hess; Volkhardt Illgner; Joachim Dr Ing Wiegand
Original assignee: Wiegand Karlsruhe GmbH
Current assignee: GEA Wiegand GmbH
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1977-03-10
Also published as: CS189783B2; ES448635A1; JPS5238474A; FR2321919A1; DK256976A; NL7607688A; DD125818A5

Description

Patentanwälte Dipl.-ing. R¥eickmann, ZO Jo J JOPatent attorneys Dipl.-ing. R ¥ eickmann, ZO Jo J JO

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN8 MUNICH 86, DEN

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Wiegand Karlsruhe GmbH, Ettlingen, Einsteinstr.9-15Wiegand Karlsruhe GmbH, Ettlingen, Einsteinstrasse 9-15

Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen hitzeempfindlicher, belagbildender Flüssigkeiten in mehrstufigenProcess and device for evaporation of heat-sensitive, film-forming liquids in multi-stage

EindampfanlagenEvaporation plants

Zum Eindampfen von Milch und Milchprodukten werden vorzugszugsweise im Mehrfacheffekt arbeitende Fallstromverdampfer benutzt. Fallstromverdampfer arbeiten mit einem extrem kleinen Flüssigkeitsinhalt, weil die einzudampfende Flüssigkeit auf den Innenwänden der Heizrohre des Verdampfers nur einen dünnen Film bildet. Bei kontinuierlichem Betrieb ohne Zirkulation ("single pass") bedeutet kleiner Flüssigkeitsinhalt kurze Durchlaufzeit. Dies ist ein wichtiger Vorteil hinsichtlich der Schonung wärmeempfindlicher Substanzen und im Hinblick auf kurze Zeitdauer der In- und Außerbetriebnahme. Der kleine Flüssigkeitsinhalt ist aber auch vorteilhaft bei der Reinigung der Verdampfer, weilFor evaporating milk and milk products are preferred used falling film evaporators working in multiple effects. Falling film evaporators work with an extremely small liquid content because the liquid to be evaporated is on the inner walls the heating tubes of the evaporator only forms a thin film. With continuous operation without circulation ("single pass ") means small liquid content, short processing time. This is an important advantage in terms of protecting heat-sensitive substances and in terms of a short period of time commissioning and decommissioning. The small liquid content is also advantageous when cleaning the evaporator because

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weniger SpUlflüssigkeit und weniger chemische Reinigungsmittel gebraucht werden.less flushing fluid and less chemical cleaning agent to be needed.

Fallstromverdampfer können mit theoretisch beliebig kleiner Temperaturdifferenz zwischen Heiz- und Siedetemperatur arbeiten und gleichwohl mit Heizrohren von großer Länge (üblicherweise 5 bis 7 m) ausgerüstet werden, und sind insofern Verdampfern mit steigendem Film (Kletterverdampfern) und Verdampfern mit natürlichem Umlauf überlegen. Kleine Temperaturdifferenzen ermöglichen nämlich hohe Wärmewirtschaftlichkeit, und große Länge der Heizrohre verbilligt die Herstellung der Verdampfkörper, zumal wenn es sich um Verdampfer für große Leistungen handelt. Bei steigenden Energiekosten und angesichts der Notwendigkeit, Eindampfanlagen mit zunehmend größeren Leistungen einzusetzen, sind dies wichtige Tatsachen, die wesentlich dazu beigetragen haben, daß in der Milchindustrie weitgehend Fallstromverdampfer benutzt werden.Falling film evaporators can theoretically be any smaller Temperature difference between heating and boiling temperature and nevertheless be equipped with heating pipes of great length (usually 5 to 7 m), and so are evaporators with superior to rising film (climbing vaporizers) and vaporizers with natural circulation. Allow small temperature differences namely, high heat economy, and the long length of the heating tubes makes the production of the evaporator cheaper, especially if it is a high-performance evaporator. With rising energy costs and in view of the need for evaporation plants with increasingly greater benefits, these are important facts that have contributed significantly to the fact that Falling film evaporators are widely used in the dairy industry will.

Die Möglichkeiten, bei Fallstromverdampfern für Milch und Milchprodukte (aber auch für andere temperaturempfindliche Flüssigkeiten) die Energiekosten bzw. den Dampfverbrauch zu senken, werden dadurch begrenzt, daß die anwendbaren Siedetemperaturen in einem engen Bereich liegen. Die niedrigste, praktisch benutzbare Siedetemperatur liegt bei etwa 40 C, und zwar mit Rücksicht auf die Kühlwasserverhältnisse und die mit sinkender Temperatur zunehmende Viskosität der Produkte. Die höchste Siedetemperatur in einer Pallstromeindampfanlage für Magermilch darf aber normalerweise z*B« 68° C nicht übersteigen. Höhere Siedetemperatur führt zu rascherer und stärkerer Belegung der Heizflächen mit den wärmeeiapfindlichen Eiweißbestandteilen der Milch, was zur Folge hat, daß die Verdampf leistung sinkt und daß die Eindampfanlage nach mehr oder weniger kurzer Betriebszeit gereinigt werden muß. Die Betriebsdauer zwischen zwei Reinigungen wird als "Standzeit" bezeichnet. In heutigenThe possibilities with falling film evaporators for milk and milk products (but also for other temperature-sensitive liquids) to reduce energy costs and steam consumption, are limited by the fact that the boiling temperatures that can be used are in a narrow range. The lowest, most practically usable The boiling temperature is around 40 C, taking into account the cooling water conditions and those with decreasing Temperature increasing viscosity of the products. The highest boiling temperature in a Pallstrom evaporation system for skimmed milk but normally must not exceed, for example, 68 ° C. A higher boiling temperature leads to a faster and stronger occupancy of the heating surfaces with the heat-sensitive protein components the milk, which has the consequence that the evaporation capacity drops and that the evaporation system after more or less short Operating time must be cleaned. The operating time between two cleanings is referred to as the "service life". In today's

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Milchbetrieben soll höchstens einmal je Tag gereinigt werden. Die Standzeit muß also mindestens 20 Stunden betragen und die Leistung darf in dieser Zeit nicht wesentlich abnehmen. Im gewählten Beispiel mit einer maximalen Siedetemperatur von 68° C steht also ein Bereich der Siedetemperatur von 68 - 40 = 28° C zur Verfugung. Üblicherweise wird dieser Temperaturbereich höchstens im Vierfacheffekt ausgenutzt, was für die Stufen 2-4' ein mittleres Temperaturgefälle von 28 : 3 = 9,33° C je Stufe ergibt und einen theoretischen angenäherten spez. Dampfverbrauch von 1:4 = 25 %, bezogen auf die verdampfte Wassermenge. Dieser Dampfverbrauch verringert sich infolge des üblichen Einsatzes von Dampfstrahl-Brüdenkompression auf etwa 20 %, d.h. auf einen Wert, der ungefähr gleich demjenigen einer fünfstufigen Verdampfung ist.Dairy farms should be cleaned no more than once a day. The service life must therefore be at least 20 hours and the performance must not decrease significantly during this time. In the selected example with a maximum boiling temperature of 68 ° C, a boiling temperature range of 68 - 40 = 28 ° C is available. Usually, this temperature range is used at most in a quadruple effect, which results in a mean temperature gradient of 28: 3 = 9.33 ° C per stage for stages 2-4 'and a theoretical approximate spec. Steam consumption of 1: 4 = 25 %, based on the amount of evaporated water. As a result of the usual use of steam jet vapor compression, this steam consumption is reduced to about 20 %, ie to a value which is approximately equal to that of a five-stage evaporation.

Wenn der Dampfverbrauch noch weiter gesenkt werden soll, muß die Stufenzahl der Eindampfanlage erhöht werden. Bei Einhaltung gegebener Grenzen für die Siedetemperaturen bedeutet dies aber, daß das gegebene Brutto-Temperaturgefälle (im genannten Beispiel 28° C) weiter geteilt werden muß, so daß also das Temperaturgefälle je Stufe sich verringert. Wie erwähnt, können Fallstromverdampfer zwar mit sehr kleinen Temperaturdifferenzen arbeiten, jedoch vergrößern sich jedenfalls die Heizflächen im umgekehrten Verhältnis zur Verringerung der Temperaturdifferenz. Diese unvermeidliche Heizflächenvergrößerung bedeutet größere Investitionskosten, denen bei steigender Stufenzahl immer kleinere Verrringerungen des DampfVerbrauches, d.h. der Energiekosten gegenüberstehen, wodurch die Erhöhung der Stufenzahl schon bald unlohnend wird.If the steam consumption is to be reduced even further, must the number of stages in the evaporation plant can be increased. With compliance given limits for the boiling temperatures, this means that the given gross temperature gradient (in the example mentioned 28 ° C) must be divided further, so that the temperature gradient decreases per level. As mentioned, falling film evaporators can work with very small temperature differences, but in any case the heating surfaces increase in the opposite direction Relation to the reduction of the temperature difference. This inevitable Enlargement of the heating surface means greater investment costs, which, with increasing number of stages, become smaller and smaller Reduction in steam consumption, i.e. energy costs oppose, whereby the increase in the number of levels soon becomes unworthy.

Es kommt also darauf an, zugleich mit der Anzahl der Stufen das Gesamttemperaturgefälle zu vergrößern. Da eine Erweiterung des Bereichs der Siedetemperaturen nach unten, d.h. zu tieferen' Temperaturen als etwa 40 C kaum in Betracht kommt, muß der Be-It is therefore important to increase the total temperature gradient at the same time as the number of stages. As an extension the range of boiling temperatures downwards, i.e. temperatures lower than about 40 C hardly come into consideration, the loading

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reich der Siedetemperaturen nach oben, dh. über die genannte Grenztemperatur von etwa 68° C hinaus, erweitert werden. Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, dies zu ermöglichen, und zwar ohne Verkürzung der Standzeit. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Belegung der Heizflächen u.a. nicht nur von der Siedetemperatur, sondern auch vom Bewegungszustand der einzudampfenden Milch o. dgl. abhängt und daß die in den Heizrohren der Fallstromverdampfer stets vorliegende laminare Strömung des fallenden Films das Anlegen des ausfallenden Albumins usw. begünstigt. Bei laminarer Strömung fehlt es an dem notwendigen intensiven Austausch der wandnächsten Flüssigkeitsschicht. Auch das Sieden der Flüssigkeit ändert daran nichts, weil die Filmdicke sehr gering (kleiner als 1 mm) ist. Wesentlich verschieden und für den ständigen Austausch der wandnahen Flüssigkeitsteilchen günstiger ist der Bewegungszustand beim Kletterverdampfer, bei welchem die einzudampfende Flüssigkeit den Heizrohren bekanntlich unten zugeführt wird. Auch in diesem Falle läßt sich durch überhitztes Zuführen der Flüssigkeit erreichen, daß sofort mit dem Eintritt in die Heizrohre des Sieden beginnt, jedoch sind die Rohre zunächst mehr oder weniger mit Flüssigkeit gefüllt, v/obei diese Flüssigkeit durch die sich entwickelnden und nach oben strebenden Dampfblasen in lebhafter Bewegung gehalten wird. Mit zunehmender Verdampfung bildet sich ein sogenannter "steigender Film" aus, indem der sich entwickelnde Brüden die Flüssigkeit an der Innenwand der Rohre nach oben treibt. Dieser Film ist aber unter sonst gleichen Verhältnissen stärker und weitgehend turbulent, weil die treibende Wirkung des Brüdens die Flüssigkeit entgegen der Schwerkraft bewegen muß. Tatsächlich ist der Druckverlust unter vergleichbaren Bedingungen bei einem in Steigstrom betriebenen Verdampferrohr größer als bei Fallstrombetrieb, als Folgeerscheinung der stärkeren Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Brüden.rich in boiling temperatures upwards, ie. about the said Limit temperature of about 68 ° C. It is the purpose of the present invention to enable this, and without reducing the service life. The invention is based on the knowledge that the occupancy of the heating surfaces, among other things, not only on the boiling temperature, but also on the state of motion the milk to be evaporated o. The like. Depends and that in the The heating tubes of the falling film evaporator are always laminar The flow of the falling film favors the creation of the falling albumin, etc. In the case of laminar flow, there is a lack of what is necessary intensive exchange of the liquid layer closest to the wall. Even the boiling of the liquid does not change anything, because the film thickness is very small (less than 1 mm). Substantially different and for the constant exchange of those close to the wall Liquid particles are more favorable in the state of motion in the climbing evaporator, in which the liquid to be evaporated is known to be fed to the heating pipes below. In this case, too, it can be achieved by adding the liquid overheated that immediately with the entry into the heating pipes the boiling begins, but the pipes are initially more or less Filled with liquid, this liquid becomes livelier through the developing and upward-striving vapor bubbles Movement is kept. With increasing evaporation, a so-called "rising film" is formed by the developing Vapor drives the liquid up the inner wall of the tubes. This film is under otherwise the same conditions stronger and largely turbulent, because the driving effect of the vapors move the liquid against gravity got to. In fact, the pressure loss is under comparable conditions for an evaporator tube operated in ascending flow greater than with downdraft operation, as a consequence of the stronger interaction between liquid and vapors.

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Dem Vorteil des günstigeren Bewegungszustand.es beim Steigstrom steht der Nachteil gegenüber, daß die Heizrohre bis zu einer gewissen Höhe mit Flüssigkeit gefüllt sind, und zwar umso weiter, je kleiner die Temperaturdifferenz und je niedriger der abs. Druck bzw. die Siedetemperatur ist. Die geringere Energie des Brüdens zwingt zur Verwendung kürzerer Heizrohre. Im Vergleich zum Fallstrom ist dies ein umso größerer Nachteil, je größer die Leistung des betreffenden Verdampfers ist. Zweckmäßigerweise wird man daher Steigstrom- und Fallstrombetrieb so miteinander kombinieren, daß die jeweiligen Vorteile zur Wirkung kommen, die Nachteile aber vermieden werden. Gemäß vorliegender Erfindung soll beim Eindampfen von wärmeempfindlichen, belagbildenden Flüssigkeiten, insbesondere von Milch, Milchprodukten u. dgl. in mehrstufigen Eindampfanlagen so verfahren werden, daß im Bereich der höheren Siedetemperaturen mindestens eine Stufe im Steigstrom, im Bereich der niederen Siedetemperaturen dagegen mindestens eine Stufe im Fallstrom arbeitet.The advantage of the more favorable state of motion in the rising current there is the disadvantage that the heating pipes are filled with liquid up to a certain height, and all the more so further, the smaller the temperature difference and the lower the abs. Pressure or the boiling temperature. The lower energy of the vapor forces the use of shorter heating tubes. Compared to the downdraft, the greater the capacity of the evaporator in question, the greater the disadvantage. Appropriately you will therefore combine rising current and downdraft operation so that the respective advantages for Effect come, but the disadvantages are avoided. According to the present invention, when evaporating heat-sensitive, Do this in a multi-stage evaporation system for liquids that form deposits, in particular milk, milk products and the like be that in the range of the higher boiling temperatures at least one stage in the riser, in the range of the lower Boiling temperatures, on the other hand, at least one stage works in downdraft.

Kombinationen von Steigstrom und Fallstrom sind zwar bereits bekannt, jedoch nur in der Weise, daß von den Rohren ein- und desselben Verdampfkörpers ein Teil von der einzudampfenden Flüssigkeit von unten nach oben, der andere Teil von oben nach unten durchströmt wird. Sämtliche - sowohl die mit Steigstrom, als auch die mit Fallstrom arbeitenden - Rohre werden aber bei diesen vorbekannten Verdampfern mit Heizdampf von gleichem Druck und gleicher Temperatur beheizt, und sämtliche Rohre stehen auch mit ein- und demselben Brüdenraum in Verbindung. Infolgedessen herrscht auch in sämtlichen Rohren annähernd der gleiche Druck und die gleiche Siedetemperatur. Zweck dieser vorbekannten Verdampfer ist, die Bauhöhe der Apparate zu verringern und das Problem der gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit auf die Rohre zu vereinfachen.Combinations of rising flow and falling flow are already known, but only in such a way that one and one of the pipes of the same evaporator part of the one to be evaporated Liquid flows through from bottom to top, the other part from top to bottom. All - both those with rising current, as well as the pipes working with downdraft - pipes are, however, of the same type in these previously known evaporators with heating steam Pressure and the same temperature heated, and all pipes are also in connection with one and the same vapor space. As a result, there is approximately the same pressure and the same boiling temperature in all tubes. Purpose of this known evaporator is to reduce the overall height of the apparatus and the problem of the even distribution of the liquid to simplify the pipes.

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Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung kombiniert Steigstrom und Fallstrom in mehrstufigen Eindampfanlagen, welche aus mindestens zwei oder mehr Verdampfkörpern bestehen. In diesen Verdampfkörpern herrschen entsprechend der mehrstufigen Arbeitsweise unterschiedliche Temperaturen und Drücke. Die erfindungsgemäße Kombination besteht darin, abhängig von der Temperatur im Fallstrom arbeitende oder im Steigstrom arbeitende Verdampfkörper einzusetzen, und zwar so, daß im Bereich der höheren Siedetemperaturen mindestens eine Stufe im Steigstrom, im Bereich der niederen Siedetemperaturen mindestens eine Stufe im Fallstrom arbeitet.The process according to the present invention combines rising and falling flow in multi-stage evaporation plants, which consist of at least two or more evaporators. In These evaporators have different temperatures and pressures, depending on the multistage mode of operation. the The combination according to the invention is, depending on the Use temperature in the downflow or working in the rising flow evaporator, in such a way that in the range the higher boiling temperatures at least one stage in the ascending stream, in the range of the lower boiling temperatures at least one stage works in downdraft.

Bei einer beispielsweise zweistufigen, aus zwei Verdampfkörpern bestehenden Eindampfanlage, wird erfindungsgemäß der die erste Stufe bildende Verdampfkörper, in welchem die höhere Temperatur und der höhere Druck herrscht, ein Kletterverdampfer sein, der Verdampfkörper der zweiten Stufe dagegen ein Fallstromverdampfer. Die Möglichkeit, ohne Einbuße an Standzeit in der ersten Stufe mit höherer Siedetemperatur zu arbeiten, hat zur Folge, daß die für die zweite Stufe zur Verfügung stehende Temperaturdifferenz größer ist als bei einer reinen Fallstromeindampfanlage. Die erforderliche Heizfläche verkleinert sich aber im Verhältnis der größeren Temperaturdifferenz, so daß der Materialeinsatz und damit die Kosten dieses Verdampfkörpers geringer werden. Außerdem erhöht sich der Massenstrom an einzudampfendem Produkt je Heizrohr, da bei gleichen Rohrdimensionen die Verkleinerung der Heizfläche eine Verringerung der Anzahl der Heizrohre bedeutet. Dies ist ein Vorteil für den Betrieb des Fallstromverdampfers, weil sich das Risiko zu geringer Filmdicke vermindert. Es kommt hinzu, daß die (im Vergleich zu reinem Fallstrombetrieb)höhere Siedetemperatur in der ersten Stufe die Viskosität des einzudampfenden Produktes herabsetzt, mit der Folge besserer Wärmeübertragung und der weiteren Folge, aus diesem Grunde auch hier mit kleinerer Heiz-In the case of an evaporation plant consisting of two evaporation bodies, for example, two-stage, according to the invention, the first Stage forming evaporator in which the higher temperature and the higher pressure prevails, be a climbing evaporator, whereas the evaporator of the second stage is a falling film evaporator. The possibility of working with a higher boiling temperature in the first stage without sacrificing service life has to The result is that the temperature difference available for the second stage is greater than that of a pure downdraft evaporation system. The required heating surface is reduced in proportion to the greater temperature difference, so that the use of materials and thus the costs of this evaporator are lower. In addition, the mass flow of what is to be evaporated increases Product per heating pipe, since with the same pipe dimensions the reduction of the heating surface leads to a reduction in the Number of heating pipes means. This is an advantage for the operation of the falling film evaporator, because the risk is too low Film thickness reduced. In addition, the (compared to pure downdraft operation) higher boiling temperature in the first stage reduces the viscosity of the product to be evaporated, with the consequence of better heat transfer and the further consequence, for this reason also here with smaller heating

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fläche arbeiten zu können. Bei einer zweistufigen, im FaIlstrom arbeitenden Eindampfanlage ist eine Pumpe notwendig, um das unten aus dem einen Verdampfkörper austretende Produkt auf die Höhe des anderen Verdampfkörpers hinaufzufördern. Diese Pumpe ist bei der erfindungsgemäßen Kombination von Steigstrom und Fallstrom unentbehrlich, so daß auch insofern die Kosten der Anlage geringer werden, von dem Vorteil der technischen Vereinfachung ganz abgesehen.area to be able to work. In the case of a two-stage, in the fall stream working evaporation plant a pump is necessary, in order to convey the product emerging from the bottom of one evaporator to the level of the other evaporator. These Pump is indispensable in the combination of rising and falling flow according to the invention, so that in this respect too the costs of the system become smaller, quite apart from the advantage of technical simplification.

Bei einer beispielsweise dreistufigen, aus drei Verdampfkörpern bestehenden Eindampfanlage gibt ^es zwei Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Ausführung: entv/eder mit zwei Kletterverdampfern als 1. und 2. Stufe und einem Fallstromverdampfer als 3. Stufe, oder einem Kletterverdampfer als 1. Stufe und zwei Fallstromverdampfern als 2. und 3. Stufe. In analoger Weise läßt sich die erfindungsmäßige Kombination auf vier- und fünfstufige Eindampfanlagen anwenden, wobei sich bei vierstufiger Ausführung drei, bei fünfstufiger Ausführung vier Möglichkeiten ergeben. Die Entscheidung, welche der möglichen Ausführungen im Einzelfall zu bevorzugen ist, hängt von Produkteigenschaften, Betriebsbedingungen und von der zu wählenden Länge der Heizrohre ab. Unabhängig davon und unabhängig von der Stufenzahl ergeben sich stets dieselben Vorteile gegenüber einer reinen Fallstromeirdampfanlage, wie vorstehend am Beispiel einer zweistufigen Ein dampfanlage dargestellt.In a three-stage evaporation plant consisting of three evaporators, for example, there ^are two options for the design according to the invention: either with two climbing evaporators as the 1st and 2nd stage and a falling film evaporator as the 3rd stage, or a climbing evaporator as the 1st stage and two falling film evaporators as 2nd and 3rd stage. In an analogous manner, the combination according to the invention can be applied to four- and five-stage evaporation plants, with three possibilities arising in the case of a four-stage embodiment and four possibilities in the case of a five-stage embodiment. The decision as to which of the possible designs is to be preferred in each individual case depends on the product properties, operating conditions and the length of the heating pipes to be selected. Regardless of this and regardless of the number of stages, there are always the same advantages over a pure downdraft steam system, as shown above using the example of a two-stage steam system.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kombination von Steigstrom und Fallstrom ist es wichtig, für den Steigstrom solche Voraussetzungen zu schaffen, daß die Verdampfung bereits unmittelbar beim Eintritt der einzudampfenden Flüssigkeit in die Heizrohre beginnt, daß über die gesamte Länge der Heizrohre hohe Geschwindigkeiten und starke Turbulenz der Zweiphasenströmung von Flüssigkeit und Brüden erreicht werden und daß selbst bei geringer Temperaturdifferenz zwischenFor carrying out the method according to the invention of the combination of rising current and falling current, it is important to create such conditions for the rising current that evaporation as soon as the liquid to be evaporated enters the heating pipes that begins over the whole Length of the heating tubes high velocities and strong turbulence of the two-phase flow of liquid and vapors achieved and that even with a small temperature difference between

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Heiz- und Siedetemperatur große Steighöhen des Kletterfilms erreicht werden. Diesem Zweck dient die erfindungsgemäße Beschränkung des Steigstromes auf den Bereich höherer Siedetemperaturen ,außerdemv/irken sich die bekannten Mittel überhitzter Zuführung der einzudampfenden Flüssigkeit (und/oder Einblasen von Dampf) hinsichtlich des angestrebten Vorganges günstig aus.Heating and boiling temperature large heights of climbing film can be achieved. The restriction according to the invention serves this purpose of the rising current to the range of higher boiling temperatures, in addition, the known agents are moreoverheated Supply of the liquid to be evaporated (and / or blowing in of steam) is favorable with regard to the desired process.

Erfindungsgemäß soll eine v/eitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Steigstrom durch Verwendung speziell geformter Heizrohre erzielt v/erden. Es ist bereits bekannt, daß Heizrohre gemäß DBP 1 519 658 in Fallstrom- und Kletterverdampfern bessere Y/ärmeübergangswerte erreichen. Diese sogenannten "Drallstromrohre" weisen schraubenförmig umlaufende Sicken auf, die derart ausgebildet sind, daß bei gleichbleibendem Rohrumfang der Rohrquerschnitt in der Längsrichtung zunimmt. Vergleichsversuche haben gezeigt, daß derartige Rohre im Vergleich zu normalen Rohren mit Kreisquerschnitt und konstantern Durchmesser in Steigstromverdampfern unter sonst gleichen Bedingungen größere Steighöhen erreichen bzw. weniger zu pulsierender Arbeitsweise neigen. Dies ist für das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders wichtige Eigenschaft, weil mit Rücksicht auf die Kombination mit Fallstromverdampfern die Länge der Heizrohre auch bei den im Steigstrom arbeitenden Stufen möglichst groß sein soll. Vergleichsversuche mit Magermilch in einem gewöhnlichen Fallstromverdampfer und einem mit Drallstromrohren ausgerüstetem Steigstromverdampfer haben aber außerdem bewiesen, daß die besonderen Strömungsverhältnisse in den Drallstromrohren bei Steigstrom eine um ca. 8 C höhere Siedetemperatur bei gleicher Standzeit zulassen. Während bei dem Fallstromverdampfer die Belagbildung bereits bei Siedetemperaturen über 70 C innerhalb der Standzeit zu einer unzulässigen Leistungsminderung führte, trat dies bei dem Steigstromverdampfer mit Drallstromrohren erst bei Siedetemperaturen oberhalb vonAccording to the invention, a further improvement in the flow conditions is intended achieved in the ascending stream by using specially shaped heating pipes. It is already known that heating pipes according to DBP 1 519 658 better in downdraft and climbing evaporators Achieve Y / arm transition values. These so-called "swirl flow tubes" have helically encircling beads which are designed in such a way that the tube circumference remains the same Pipe cross-section increases in the longitudinal direction. Comparative tests have shown that such pipes compared to normal Tubes with a circular cross-section and constant diameter in rising-flow evaporators under otherwise identical conditions Reach greater heights or tend to work less pulsatingly. This is for the method of the invention a particularly important property, because the length of the heating pipes, considering the combination with falling film evaporators should also be as large as possible for the steps operating in the rising current. Comparison tests with skimmed milk in one Ordinary falling film evaporators and a rising flow evaporator equipped with swirl flow tubes also have proved that the special flow conditions in the swirl flow pipes cause a boiling temperature of approx. 8 C higher with an ascending flow allow for the same service life. While with the falling film evaporator the formation of deposits at boiling temperatures above 70 C within the service life leads to an impermissible reduction in performance led, this occurred in the rising flow evaporator with swirl flow tubes only at boiling temperatures above

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78° C ein . Da 8° C eine ausreichende Temperaturdifferenz für eine Verdampfstufe darstellen, kann eine mehrstufige Sindampfanlage gemäß der Erfindung bei der Eindampfung beispielsweise von Magermilch mit einer zusätzlichen Stufe ausgerüstet werden, ohne Verringerung der Temperaturdifferenzen bzw. ohne Vergrößerung der Heizflächen der im Temperaturbereich unter 70° C arbeitenden Eindampfstufen.78 ° C. Since 8 ° C is a sufficient temperature difference for a multi-stage steam system can represent an evaporation stage equipped according to the invention with an additional stage in the evaporation of, for example, skimmed milk without reducing the temperature differences or without Enlargement of the heating surfaces of the evaporation stages working in the temperature range below 70 ° C.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung im Prinzip dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Und zwar zeigt die einzige Figur der Zeichnung das Schema eines Beispiels einer produkt- und heizseitig im Gleichstrom geschalteten, direkt beheizten 4-stufigen Eindampfanlage mit einem Kletterverdampfer als erste Verdampfstufe.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in principle in the drawing. The only figure in the drawing shows the scheme of an example of a product and heating side connected in direct current, directly heated 4-stage evaporation plant with a Climbing evaporator as the first evaporation stage.

Das Schema enthält die wesentlichen Elemente. Nebeneinrichtungen, wie z.B. solche zum Entlüften und Vakuumhalten, sind weggelassen.The scheme contains the essential elements. Ancillary devices, such as those for venting and maintaining a vacuum, have been omitted.

Im einzelnen sind in dem Schema folgende Stoffströme angegeben:The following material flows are specified in the scheme:

Das Produkt,d.h. die der Verarbeitung unterworfene Substanz ist je nach dem Zustand mit A als einzudampfendes Produkt, mit F^, Fp und F, als vorkonzentriertes Produkt und mit C als Konzentrat bezeichnet.The product, i.e. is the substance subjected to processing depending on the state with A as the product to be evaporated, with F ^, Fp and F, as a pre-concentrated product and with C as a concentrate designated.

Dagegen ist der Dampf je nach seiner Beschaffenheit bzw. seiner Funktion mit B als Frischdampf, mit B^, Bp und B₇ als Brüden zur Beheizung und mit B/ als Brüden zur Kondensation bezeichnet.In contrast, depending on its nature or its function, steam is designated with B as live steam, with B ^, Bp and B ₇ as vapors for heating and with B / as vapors for condensation.

Die einzelnen Verdampfstufen tragen die Bezeichnungen I, II, III und IV entsprechend ihrer Reihenfolge, so daß also I die erste, II die zweite, III die dritte und IV die vierte Verdampfstufe ist.The individual evaporation stages are named I, II, III and IV according to their sequence, so that I the first, II the second, III the third and IV the fourth evaporation stage is.

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Die erste Verdampfstufe I weist als Leitungen die Produktzuführleitung 11, die Produktabführleitung 16 und die Beheizung-smittelzuführleitung 17 auf. Heizkörper und Abscheider der ersten Verdampf stuf e I umfassen die Produktzuführkaiiimer 12, die Heizrohre 13, den Mantel 14 und den Abscheider 15.The first evaporation stage I has the product supply line as lines 11, the product discharge line 16 and the heating medium supply line 17 on. The heating element and separator of the first evaporation stage I comprise the product supply kaiiimer 12, the heating pipes 13, the jacket 14 and the separator 15.

Die zweite Verdampfstufe II weist die Produkt zuführleitung 21 auf, welche die Fortsetzung der Produktabführleitung 16 der ersten Verdampfstufe I bildet; weiter besitzt die zweite Verdampfstufe die Produktabführleitung 26, die Behex zungsmittelzuführleitung 27 und die Pumpe 23. Heizkörper und Abscheider der zweiten Verdampfstufe weisen die Produktzuführkammer 22, die Heizrohre 23, den Mantel 24 und den Abscheider 25 auf.The second evaporation stage II has the product supply line 21, which is the continuation of the product discharge line 16 of the first evaporation stage I forms; The second evaporation stage also has the product discharge line 26, the Behex zmittelzuführleitung 27 and the pump 23. The heating element and separator of the second evaporation stage have the product feed chamber 22, the heating tubes 23, the jacket 24 and the separator 25.

Die dritte Verdampfstufe III besitzt die an die Druckseite der Pumpe 28 der zweiten Verdampfstufe anschließende Produktzuführleitung 31, weiter die Produktzuführkammer 32, die Heizrohre 33, den Mantel 34, den Abscheider 35, die Produktabfuhrleitung 36, die Beheizungsmittelzuführleitung 37, und die Pumpe 38.The third evaporation stage III has the product feed line connected to the pressure side of the pump 28 of the second evaporation stage 31, further the product supply chamber 32, the heating pipes 33, the jacket 34, the separator 35, the product discharge line 36, the heating medium supply line 37, and the pump 38.

Die vierte Verdampfstufe IV ist über die Produktzufuhrleitung 41 an die Druckseite der Pumpe 38 angeschlossen und umfaßt weiter die Produktzuführkammer 42, die Heizrohre 43, den Mantel 44, den Abscheider 45, die Produktabführleitung 46, die Beheizungsmittelzuführleitung 47 und die Pumpe 48, welche das gewonnene Konzentrat C in die Produktabführleitung 51 drückt, während der Brüden zur Kondensation aus dem Abscheider 45 über die Beheizungsmittelabführleitung 57 entnommen wird.The fourth evaporation stage IV is connected to the pressure side of the pump 38 via the product supply line 41 and further comprises the product supply chamber 42, the heating tubes 43, the jacket 44, the separator 45, the product discharge line 46, the heating medium supply line 47 and the pump 48, which presses the concentrate C obtained into the product discharge line 51, while the vapor for condensation is removed from the separator 45 via the heating medium discharge line 57.

Die Produktsiedetemperaturen gehen von 78° C in der Verdampfstufe I stufenweise hinab bis zu 45 C in der Verdampfstufe IV.The product boiling temperatures go from 78 ° C in evaporation stage I down to 45 C in evaporation stage IV.

Die Betriebsweise der Anlage ist wie folgt:The system operates as follows:

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Die einzudampfende Flüssigkeit A, beispielsweise Milch, wird mittels der Produktzuführleitung 11 der Eindampfanlage zugeführt. Die erste Verdampfstufe I wird von einem Kletterverdampfer gebildet, der aus dem senkrecht stehenden Heizkörper 15, IA und einem Abscheideraum 15 besteht. Diese Yerdampstufe wird mit Frischdampf B beheizt; die Zufuhr des Frischdampfes erfolgt von außen durch die Beheizungsmittelzuführleitung 17. Die einzudampfende Flüssigkeit steigt von der Produktzuführkammer 12 in die Heizrohre 13 nach dem Prinzip der Mammutpumpe, d.h. infolge des Auftriebes der beim Sieden entstehenden Dampfblasen. Flüssigkeit und Brüden bewegen sich also im Gleichstrom von unten nach oben, wobei die Flüssigkeit, getrieben vom Brüdenstrom, ab einer gewissen Höhe als Film in der Rohrinnenwand nach oben "klettert". Im Abscheider 15 trennen sich die vorkonzentrierte Flüssigkeit F* und der Brüden B,,. Die Flüssigkeit wird aus der ersten Verdampferstufe I in die ProduktzufUhrkaminer 22 der zweiten Verdampf stufe II mittels der Produktabführleitung 16 und der Prοduktzuführleitung 21 geleitet. Von dort verteilt sich die Flüssigkeit auf die Heizrohre 23 und fließt als Film an den Innenwänden der senkrecht stehenden Heizrohre siedend von oben nach unten. Dabei wird die Schwerkraft als Ursache der Flüssigkeitsbewegung durch die treibende Wirkung des entstehenden Brüdens unterstützt, der ebenfalls nach unten strömt. In dem dem Heizkörper 23, 2A nachgeschalteten Abscheider 25 werden Flüssigkeit F^ und Brüden B₂ voneinander getrennt. Der Brüden beheizt die nächste Verdampfstufe III, im vorliegenden Beispiel die dritte. Die vorkonzentrierte Flüssigkeit wird von der Pumpe 28 über die Produktabführ- bzw. -zuführleitungen 26 und 31 der dritten Verdampfstufe zugeleitet.The liquid A to be evaporated, for example milk, is fed to the evaporation system by means of the product feed line 11. The first evaporation stage I is formed by a climbing evaporator, which consists of the vertical radiator 15, IA and a separation chamber 15. This Yerdampstufe is heated with live steam B; The live steam is supplied from the outside through the heating medium supply line 17. The liquid to be evaporated rises from the product supply chamber 12 into the heating pipes 13 according to the principle of the mammoth pump, ie as a result of the buoyancy of the vapor bubbles formed during boiling. Liquid and vapors thus move in cocurrent from bottom to top, with the liquid, driven by the vapor stream, "climbing" upwards as a film in the inner wall of the pipe from a certain height. The pre-concentrated liquid F * and the vapors B ,, separate in the separator 15. The liquid is passed from the first evaporator stage I into the product feed chamber 22 of the second evaporator stage II by means of the product discharge line 16 and the product feed line 21. From there, the liquid is distributed over the heating tubes 23 and flows as a film on the inner walls of the vertical heating tubes, boiling from top to bottom. The force of gravity as the cause of the liquid movement is supported by the driving effect of the resulting vapor, which also flows downwards. In the separator 25 connected downstream of the heating element 23, 2A , liquid F ^ and vapors B ₂ are separated from one another. The vapor heats the next evaporation stage III, in the present example the third. The pre-concentrated liquid is fed by the pump 28 via the product discharge or feed lines 26 and 31 to the third evaporation stage.

In der dritten wie auch in der vierten Verdampfstufe III bzw. IV wiederholen sich nun die Trennvorgänge von Flüssigkeit und Brüden. Die fertigkonzentrierte Flüssigkeit C wird zwecks Wei- -In the third as well as in the fourth evaporation stage III or IV, the separation processes of liquid and vapors are repeated. The fully concentrated liquid C is used for the purpose of whitening -

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terbehandlung, z.B. einer Trockung. über die Produktabführ- bzw. -zuführleitungen 46 und 51 und die Pumpe 4o aus der Eindampfanlage abgeführt. Der Brüden Βλ wird in. einer nicht dargestellten Kondensationsvorrichtung niedergeschlagen.treatment, e.g. drying. via the product discharge or feed lines 46 and 51 and the pump 4o from the evaporation plant discharged. The vapor Βλ is not shown in a Deposited condensation device.

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Claims

1. Process for evaporation of heat-sensitive, film-forming Liquids, in particular of milk, milk products and the like, in multi-stage evaporation systems, characterized in that in the area the higher boiling temperatures at least one stage in the ascending stream, in the range of the lower boiling temperatures at least one stage works in downdraft.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a stage in the rising flow is assigned several stages in the falling flow or vice versa.

3. The method according to claim 2, characterized in that that one operates a stage in the ascending flow and several stages following this in the downward flow.

4. Device for carrying out the method according to any one of claims 1-3, with several evaporation stages, characterized in that in the range the higher boiling temperatures at least one riser flow evaporation stage (I) and at least one downdraft evaporation stage (II, III, IV) is provided.

5. Device according to claim 4, characterized in that that a rising flow evaporation stage (I) several downdraft evaporation stages (II, III, IV) assigned are or vice versa.

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6. Device according to claim 5, characterized in that a rising flow evaporation stage (I) and several, this subsequent falling flow evaporation stages (II, III, IV) are provided.

7. Device according to claim 4, 5 or 6, characterized in that at least the tubes (13) the rising flow evaporation stage (I) or stages as swirl flow tubes are designed such that each tube has helically encircling beads, which in turn are designed that the pipe cross-section increases in the longitudinal direction while the pipe circumference remains the same.

8. Device according to claim 7, characterized in that that the tubes (23, 33, 43) of the downdraft evaporation stage or stages (II, III, IV) are designed as such swirl flow tubes.

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that the beads in front of the ends of the Pipes (13, 23, 33, 43) run out.

10. Device according to claim 7, 8 or 9, characterized in that that each tube (13, 23, 33, 43) has more than two beads, preferably three or four beads, having.

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