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DÜNNSCHICHTVERDAMPFER MIT ROTIERENDEM RÜHRER
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Die Erfindung betrifft den Maschinenbau für die chemische Industrie,
insbesondere einen Dünnschichtverdampter mit rotierendem Rührer, welcher der Chemischen
Industrie und in den verwandt Industriesweigen beim Konzentrieren und Destillieren
von temperaturunbeständigen organischen Produkten sowie zur Durchführung von Reaktionen
Verwendung findet.
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Der Apparat kann, z. B., in Betrieben zur Erzeugung von Zwischenprodukten
für Kunststoffe, synthetische Fettersatzstoffe, Pflanzenschutzmittel sowie in der
mikrobiologischen, vitaminerzeugenden, Nahrungsmittel- und pharmazeutischen Industrie
eingesetzt werden.
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Es sind Dünnschichtverdampfer verhanden, bei denen die Dünnsdhicht
der zu verdampfenden Flüssigkeit auf der Wärmeaustauschfläche durch Sprünhvorrichtungen,
die auf einer Zentralwelle sitzen, gebildet wird.
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Es ist z. B., ein Dünnschichtverdampfer mit rotierendem Rührer (siehe
die USA-Patantschrift Nr. 3110646) bekannt, der ein in Zellen geteiltes Gehäuse
mit einer durch Heizmäntel angewärmten Seitenwand enthält und mit einer zentral
angeordneten rotierenden Welle versehen ist. Zwischen den Zellen sind in das Innere
gerichtete kegelförmige Vorsprünge vorgeschen, die als Vorrichtungen zum Sammeln
des verdunstbaren Produktes, das von den Gahäusewänden der höher liegenden Zellen
abfließt sowie zur Zuführung des Produktes in die teifer liegenden Zellen dichen.
Auf der Zentralwelle direkt unter den Vorsprüngen sind Sprühvorrichtungen in Gestalt
von Scheiben mit Öffnungen zum Dampfdurchlauf vorhanden. Über der oberen Sprühscheibe
ist eine Vorrichtung zur Zuführung des zu verdunstenden Produktes vorgesehen. Der
Oberteil des Gehäuses ist erweitert und stellt eine Abscheidesinrichtung dar, die
zur Reinigung des im Verdampfer entstehenden Dampfes von Flüssigkeitstropfen bestimmt
ist. im erweiterten Oberteil des Gehauses ist eine Vorrichtung zur Dampfentnahme
aus dem Verdampfer und im Unterteil des Gehäuses eine Vorrichtung zum Abführen des
Konzentrates Vorgesehen.
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Der Betrieb des bekannten Verdampfers verlauft in folgender Weise.
Das zum Verdunsten bestimmte Produkt wird dar oberen Sprüh scheibe zugeführt und
durch die Fliejikraft auf die Innenfläche der beheizten Seitenwand der Gehäusezelle
geschleudert, auf der sich eine abfließende Flüssigkeitsschicht bildet, die intensiv
verdunstet, insbesondere an den Stellen, die unter Einwirkung der geshleuderten
Flüssigkeitsstrahlen
stehen. Nach dem Passieren entlang der Zelle gelant die Flüssigkeit auf die Oberfläche
der kegelförmigen Vorsprünge und von diesen ab auf die tiefer liegende Sprühscheibe,
darauf erfolgt eine weitere mehriache Wiederhelung des Ablaufes.
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Der entstandene Dampf wird im erweiterten oberteil des Gehäuses von
den Flüssigkeitsspritzen befreiit und aus dem Verfdampfer entfernt, während das
abwärts fließende konzentrat aus dem unteren Gehäuseteil abgeführt wird.
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ei dieser bauart des Verdamp£ers berieselt, jedoch, jeda Sprühvorrichtung
einen sehr schmalen Streifen der Innenfläche einer jeden Zelle, deren anderer Flächenteil
durch die frei abfließende Flüssigkeit benetzt wird. Dies führt zur Senkung der
Verdampferleistung. Die Abscheideeinrichtung, die zur Reinigung des sich bildenden
Dampfes von den Tropfen der verdunstbaren Flüssigkeit erforderlich ist, nimmt einen
bestimmten Raum ein, der bei Sollabmessungen des Verdampfers die Nutzhöhe des Gehäuses
vermindert. Außerdem werden Produkttropfen, die durch den Dampf aus den unteren
Zellen in den Oberteil mitgenommen wurden, nach der Abscheldung mit dem Ausgangsprodukt
vermischt, was die Aufenthalts dauer des letzteren im Hochtemperaturbereich erheblich
und folglich die Verluste durch thermischer Zerlegung vergrößert Die Intensität
des Apparatebetriebes kann erhöht werden, falls die zum Verdampfen bestimmte Flüssigkeit
auf die ganze
Zellenoberfläche zerspritzt wird, die ihrerseits unter
ständiger Einwirkung der Flüssigkeitsstrahlen steht.
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Dies erfolgt bei der Bauart eines Dünnschichtverdampfers mit rotierendem
Rührer (siehe UdSSR-Urheberschein Nr. 232955), bei welcher die Sprühvorrichtungen
in Form von auf einer Weile angeordneten Ilohitrommeln ausgeführt sind. Die Seitenwand,
der Sprühtrommel ist gewellt ausgeführt und an den Vor- und Rückspringen der Wellen
sind Bohrungen vorgesehen, die suol Vor spritzen der Flüssigkeit bzw. zum Einlauf
des Dampfes in das Innere des Trommel dienen. Die dem Inneren der Trommel zugeführte
Flüssigkeit fließt durch die vertikalen, von den gebildeten Dreieckkanäle und wird
durch die Bohrungen auf die benetzten Wände der Gehäusezellen geschleudert.
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Die Bohrungen zum Verspritzen der Flüssigkeit werden schraubenlinienförmig
angeordnet, wodurch eine gleichmäßige Benetzung der ganzen Wärmeaustauschfläche
gewährleistet werden kann.
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Diese Bauart des Dünnschichtverdampfers mit rotierendem Rührer, auch
die oben beschriebene, ermöglicht es jedoch nicht, den Schädlichen Einfluß einer
rückläufigen Vermischung der zu verdunstenden Flüsigkeit zu beseitigen und ist mit
dem Vorhandensein einer Abscheideeinrichtung verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Dünnschichtverdampfer
mit rotierendem Rührer zu entwickeln, bei dem die Sprühtrommeln außer dem Verspritzen
der zu verdunstenden
Flüssigkeit auch die Abscheidung dar entstehenden
Dämpfe von den Tropfen der zu verdunstenden Flüssigkeit gewärhleisten, wodurch eine
Abscheideeinrichtung sowie das rückläufige Vermischen der zu verdunstenden Flüssigkeit
beseitigt werden können.
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Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß in dem mit rotierendem Rührer
versehenen Dünnschichtverdampfer, der ein vertikales, zyliderförmiges mit einer
durch Heizmäntel angewärmten Seitenwand und einer Zentraiwelle ausgestattetes Gehäuse
enthält, das der Höhe nach In miteinander in Verbindung stehenden Zellen geteilt
ist, jede von denen eine gleichachsig auf der Welle befestigte Sprühhohltrommel
aufweisen, und der mit einer Vorrichtung zum Zuführen des zu verdunstenden flüssigen
Produktes an den Oberteil$ des Gehäuses, mit einer Vorrichtung zum Ableiten des
Konzentrates aus dem Unterteil des Gehäuses, mit zwischen den Einzelzellen angeordneten
Vorrichtungen zum Sammeln der zu verdunstenden Flüssigkeit, die von der Gehäusewand
der höher liegenden Zelle abu fließt, und zur Zuführung dieser Flüssigkeit in das
Innere der Spriihtrommel in der tiefer liegenden Zelle versehen ist sowie mit einer
Vorrichtung zur Dampfentnahme aus dem Innenraum des Gehäuses, erfindungsgemäß die
Seitenwand der Sprühtrommel durch Einzellängsstangen gebildet wird, die einen S-förmigen
Querschnitt haben und so angeordnsf sind, daß die Seitenlängskanten der Stangen
in die Bücken der benachbarten Stangen elngrelfen und dabei einen Labyrinthdurchgang
für den Dampf bilden, während an den
Stangenabschnitten, die von
der Welle am meisten entfernt liegen, Bohrungen zum Durchlauf der Flüssigkeit vorgesehen
sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Dünnschichtverdampfer mit rotierendem Rührer
gewährleistet die Sprühtrommel gleichzeitig mit der Berieselung der ganzen Wärmeaustauschfläche
auch eine Abscheidung der entstandenen Dämpfe. Dazu wird eine Änderung der Laufrichtung
im Labyrinthdurchgang für den Dampf benutzt, der von der Verdunstungsfläche zum
Trommelmittelpunkt strömt. Die Tropfen der vom Dampf mitgenommenen Flüssigkeit schlagen
sich dabei auf die Außenfläche der Sprühtrommel nieder und werden zurück auf die
Wärmeaustauschoberfläche geschleudert, praktisch gegen dieselbe Stelle von der.
sie mitgenommen wurden, Dadurch wird die rückläufige Vermischung der Flüssigkeit
Vermindert und die maximale Iuient -haltsdauer der Flüssigkeit im Verdampfer um
mehr als das Zweifache im Vergleich mit den bakannten Verdampfern mit Einzelabscheideeinrichtung
verkürzt, was eine erhebliche Verbesserung der Produktgiite Verursacht.
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Eine Abscheideeinrichtung nimmt üblicherweise ca. 30% der Nutzhöhe
in Anspruch. Eine Baseitigung der Abscheidevorrichtung beim erfindungsgemäßen Verdampfer
ermöglicht es, die Verdampferleistung bei denselben Außenabmessungen um 20% zu erhöhen,
wobei der Metallbedarf um 15% gesenkt wird.
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liachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zgigt: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt des erfindungsmemäßer
Dünnschichtverdampfers mit rotierenden Rührer; Fig. 2 einem Querscnitt der erfindungsgemäßen
Sprühtrommel in vorgrößertem Laßstab; Fig. 3 einem Schnitt III-III in Fig. 2; Fig.
4, 5 Querschnitte der Ausführungsarten von Stäben, die die erfindungsgemäße Sprühtrommel
bilden.
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Der Dünnscichtverdampfer mit rotierendem Rührer enthält ein vertikales
zylinderförmiges Gehause 1 (Fig. 1), das der Höhe hach in miteinander in Verbindung
stehende Zellen 2 geteilt ist. Die Seitenwand des Gehäuses 1 wird durch Heizmäntel
3 angewärmt. Die Heizmäntel 3 haben Stutzen 4 zur Zuführung von Heizdampf und Stutzen
5 zum Ableiten des Kondensates, Der Verdampfer ist uiit einer Vorrichtung zur Zuführund
des flüssigen Produktes in den Oberteil des Gehäuses 1 die den Stutzen 6 enthält,
mit einer Vorrichtung zum Ableiten das Konzentrates aus dem Unteteil des Gehäu ses
1, die den Stutzen 7 enthalt, sowie mit einer Vorrichtung zur Dampfentnahme aus
dem Innenraum des Gesäuses 1, die den Stutzen 8 darstellt, versehen.
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Im Gehäuse 1 ist eins Zentralwelle 9 montiert, auf der gleichachsig
die Sprühhohltrommeln 10 befestigt sind. Die welle 9 läuft in den Lagern 11 und
12 und ist mit der Antriebsscheibe 13 versehen.
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Zwischen den Zellen 2 des Gehäuses 1 sind die Vorrichtungen zum Sammeln
des zu verdunstenden Produktes, das von der Wand das Gehäuses 1 in der höher liegenden
Zelle 2 abfließt, und zur Zuführung dieses Produktes in das Innere der Sprühtrommel
10 in der tiefer liegenden Zelle 2 angeordnet, wobei diese Vorrichtungen als Leitschirme
14, die die Form eines Kagelstumpfes aufweisen, ausgeführt sind. Diese Vorrichtung
können auch, z. B. in Gestalt von Rinnen (nicht abgebildet) ausgeführt werden.
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Die Sprühtrommel 10 hat eine Oberscheibe 15 und eine Unterscheibe
16, wobei ihre Seitenwand durch an den Scheiben 15 und 16 befestigte Einzellängsstäbe
17 (Fig. 2, 3) gebildet ist, die eine S-förmigen Querschnitt aufweisen.
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uf der Oberscheibe 15 (Fig. 2) ist eine muldenförmige Aussparung
18 ausgeführt, die zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, welche von dem darüber liegenden
Leitschirm 14 (Fig. 1) abfließt.
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um Durchlauf der Flüssigkeit aus der Aussparung 18 (Fig. 2) in das
Innere der Sprühtrommel 10 dienen die gegenüber den Stiangen 17 angeordneten Bohrungen
19..
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An den Abschnitten der Stangen 17, die am weitesten von der Welle
9 liegen, sind die Bohrungen 20 zum Durchlauf der Flüssigkeit vorgesehen.
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Zum Durchlauf des im Verdampfer aufsteigenden Dampfes weist die Oberscheibe
15 eine Bohrung 21, die Unterscheibe 16 aber eine Bohrung 22 auf.
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Die Stangen 17 sind so angeordnet, daß ihre Serienlängskanten 23
und 24 (Fig. 3) in die Lücken der banachbarten Stangen 17 eingreifen und hie dadurh
einen Labyrinthdurhgang 25 für den Dampf bilden.
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Dabei kann der S-förmige Querschnitt der Stangen 17 eine gleichmäßige
Verbindung der Einzelabschnitte, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, aufweisen, er
kann aber auch aus geradlinegen Abschnitten, wie der Querschnitt der Stangen 26
(Fig. 4), bestehen, oder, wie bei der Stange 27 (Fig. 5?. einen spitzen Winkel an
der am weitesten von der Welle liegenden Spitze haben.
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Das Profil der Stangen 17 (Fig. 3) gewährleistet einen Kleineren
Widerstand beim Dampfdurchlauf als das Profil der Stangen 26 (Fig. 4). Das letztere
sichert jedoch eine scharfe Änderung der Dampflaufrichtung und folgllch eine bessere
Abscheldung.
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Das Profil der Stangen 27 (Fig. 5) bildet bessere Bedingungen für
den Flüssigkeitslauf längs der Stangen 27.
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Der Betrieb des erfindungsgemäßen Dünnschichtverdampfers mit rotierendem
Rührer verläuft wie folgt.
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Die zur Verdunstung bestimmte Flüssigkeit wird durch don Stutzen
6 (Fig. 1) der oberen Sprühtrommel 10 zugeführt, die gemeinsam mit der Welle in
den Lagern 11 und 12 rotiert. Das Produkt gelangt in die muldenförmige Aussparung
18 (Fig. 2) an der Oberscheibe 15 und wird nach dem Passieren der Bohrungen 19 unter
Einwirkung der Fliehkraft an die Innenfläche der Stangen 17 durchgeschleudert.
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Indem die Flüssigkeit unter Schwerkraftwirkung abwäts fließt, gelant
sie an die Bohrungen 20, durch die die Flüssigkeit unter Druck und . Gestalt von
Strahlen nach auswärts geschlaudert wird, Der Flüssigkeitsstrahlen schlagen gegen
die Seitenwand des Gehäuses 1 (Fig. 1), die durch einen den Heizmantel 3 zugeführten
Wärmeträger angewärmt ist. Dabei verdunstet die Flüssigkeit intensiv, da Druckstrahlen
den Prozeß erheblich intensivieren.
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Der nicht verdunstete Flüsigkeitsteil trömt auf der innenfläche einer
jeden Zelle 2 und wird mittels des Leitschirms 14 der Sprührtrommel 10 der tiefer
liegenden zelle 2 zugegührt, und der Prozeß wiederholt sich. Das konzentrat fließt
in den Unterteil des Gehäuses 1 ab und wird durch den Stutzen 7 aus der Verdampfer
entferne.
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Der sich beim Verdunstungsablauf gebildete und Flüssigkeitstropfen
enthaltende Damp strömt durch den Labyrinthdurchgang 25 (Fig. 3). Die schroffe Änderung
der Dampfströmungsrichtung führt dazu, daß die Flüssigkeitsteilchen auf die Außenfläche
der Stange 17 niederschlangen und unter Einwirkung der Fliehkraft zurückgeschleudert
werden, praktisch gegen dieselbe Stelle, an der sie sich gebildet haben0 Dieser
Umstand ist als grober Vorzug zu betrachten, da dadurch ein rückläufiges Vermischen
der Flüssigkeit im verdampfor beseitigt wird.
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Der im Labyrinthdurchgang von den Flüssigkeitsteilchen getrennte
Dampf wird dem InnenhohLraum der Sprühtrommel 10 zugeführt
und
gelangt nach dem Passieren der Bohrungen 22 und 21 (Fig. 2) der Scheiben 16 und
15 in den Oberteil des Gehäuses 1, von dem aus die Dampfentnahme durch den Stutzen
8 erfolgt.
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L e e r s e i t e