DE265676C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 265676 KLASSE 89 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Juli 1911 ab.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein Apparat zum Verdampfen von Zuckersäften und solchen Flüssigkeiten, welche sich ähnlich wie Zuckersäfte verhalten, nämlich ungefähr die nämliche Zähigkeit besitzen und in gleicherweise wie Zuckersäfte gegen Hitze empfindlich sind. Es ist schon lange bekannt, daß Zuckersäfte, Kalilauge und viele sonstige Flüssigkeiten längere Zeit andauernde Uberhitzung überhaupt nicht vertragen. Neuere ' Forschungen haben indessen ergeben, daß kurz andauernde Überschreitung der für die Dauer gerade noch zulässigen Temperatur unschädlich ist.

Diese Erkenntnis wird gemäß der Erfindung dazu benutzt, um einen in seinen baulichen Grundzügen an sich bekannten Apparat einerseits durch eine von der bisher bekannten durchaus abweichenden Verwendungsweise, anderseits durch eine diesem Verwendungsver-. fahren angepaßte Ausgestaltung dazu nutzbar zu machen, daß das Eindampfen von Zuckersäften, Kalilaugen und sonstigen empfindlichen Flüssigkeiten mittels geringer Temperaturunterschiede zwischen dem Heizmittel und der Flüssigkeit durchgeführt werden kann, jedoch bei relativ höheren Temperaturen, als dies wegen der oben angegebenen Eigenschaften der Flüssigkeiten bei Apparaten anderer Konstruktion zulässig ist.

Der bekannte Apparat besteht aus einem von vorn nach hinten geneigten ummantelten unteren Röhrenbündel, in dessen Mantelraum das Heizmittel eingeführt wird, während die einzudampfende Flüssigkeit sich in den Rohren befindet, einem hohlen Oberkörper und einem vorderen und einem hinteren Stutzen, welche die Verbindung des Oberkörpers mit dem Innern der Röhren herstellen. Bei diesem bekannten Apparat wurde die einzudampfende Flüssigkeit bisher so hoch eingefüllt, daß sie den Boden des Oberkörpers anfüllt. Die Höhe, bis zu welcher die Flüssigkeit bei der bekannten Anwendung des Apparates im Oberkörper steht, ergibt sich aus der Höhenlage der als Überlauf wirkenden, im Oberkörper angeordneten Abzugöffnung für die Flüssigkeit.

Da nun als Heizmittel bei Apparaten der hier in Frage kommenden Art der Abdampf eines gleichartigen Apparates verwendet zu werden pflegt, so ist das Heizmittel regelmäßig nur um wenige Grade wärmer als die zu beheizende Flüssigkeit, und da die Flüssigkeit ein höheres spezifisches Gewicht besitzt als Wasser, da ferner der Siedepunkt jeder Flüssigkeit mit dem darauf lastenden Druck steigt, wird bei der geschilderten Anwendung des bekannten Apparates die in den Röhren befindliche Flüssigkeit durch die überstehende Säule daran gehindert, ins Sieden zu geraten. Infolgedessen wird der Umlauf der Flüssigkeit ausschließlich durch diejenigen verhältnismäßig geringen Dichtigkeitsunterschiede hervorgebracht, welche bei der Erwärmung einer nicht siedenden Flüssigkeit um wenige Grade entstehen. Der Umlauf ist also ein verhältnis-

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mäßig langsamer, und zur Herbeiführung der erforderlichen Gesamtkonzentration ist es notwendig, die Flüssigkeit der Reihe nach durch mehrere hintereinander geschaltete Apparate der geschilderren Art laufen zu lassen. Dabei kann sich ergeben, daß im ersten der hintereinander geschalteten Apparate an der Beheizungsstelle die Flüssigkeit bis auf eine Temperatur erhitzt wird, welche nicht mehr

ίο dauernd vertragen wird, und da wegen des langsamen Umlaufes die schädliche Temperatur, wenn sie einmal erreicht ist, längere Zeit einwirkt, so ergibt sich z. B. bei Zuckerlösungen Karamelbildung oder bei anderen Flüssigkeiten irgendeine sonstige unerwünschte Nebenwirkung.

Das Kochen mit niedrigem Flüssigkeitsstande ist an und für sich bekannt, doch geschieht dies bei alleri bisher bekannten Apparaten mit Auftriebsverdampfung, in denen mit niedrigem Flüssigkeitsstande gekocht wird, in der Weise, daß zunächst im Ruhezustande nur ein Teil der Heizrohre mit Flüssigkeit umgeben ist und das Bedecken des übrigen Teiles der Heizrohre erst durch das Kochen selbst bzw. durch das Wellen und Aufsteigen der Flüssigkeit während des Kochens erzielt wird. Dagegen ist die gesamte Heizfläche von dem Augenblick des Beginnes der Dampfzuführung an von Dampf umgeben, hat also die Temperatur des Dampfes angenommen. Während der Zeit, die erforderlich ist, bis die Flüssigkeit auf die Kochtemperatur angewärmt ist oder bis die Flüssigkeit derart heftig kocht, daß wirklich die Heizfläche überall bedeckt ist, findet an den Stellen, wo die nicht mit Flüssigkeit bedeckte Heizfläche die Flüssigkeit berührt oder wo die Heizfläche nur zeitweilig durch spritzende Flüssigkeit berührt wird, eine starke Überhitzung der Flüssigkeit statt, und damit treten die eingangs erwähnten schädlichen Einflüsse · chemischer oder mechanischer Natur ein. Außerdem ist bei den bisher bekannten Verfahren des Kochens mit niedrigem Flüssigkeitsstande zuerst nur ein Teil der Heizfläche wirksam, und erst allmählich tritt die ganze Heizfläche in Tätigkeit. Daher ist bei Beginn des Betriebes entweder höherer Temperaturunterschied oder längere Zeit für eine gegebene Verdampfungsleitung erforderlich als nach Erreichung des Beharrungszustandes. Daß eine Flüssigkeit durch Vermischen mit Dampf- oder Luftblasen gezwungen wird, über ihren Ruhespiegel emporzusteigen, ist bekannt und wird auch bei dem bekannten Kochen mit niedrigem Flüssigkeitsstande nach dem Auftriebsverfahren benutzt. Die dadurch auftretenden schädlichen Einwirkungen auf die kochende Flüssigkeit zu vermeiden, ist erst durch die vorliegende Erfindung gelungen, indem das Aufsteigen des Gemisches nicht mehr in den Heizröhren erfolgt, sondern in einen besonderen Raum, nämlich in den vorderen Verbindungsstutzen zwischen Ober- und Unterkörper verlegt ist.

Um das Aufsteigen in diesem Räume zu ermöglichen, wird sowohl die Kammer als auch der vordere Verbindungsstutzen so eng als konstruktiv möglich gehalten, wenigstens so eng, daß der Querschnitt dieser Teile nicht größer ist als der Gesamtquerschnitt aller Heizrohre. Da die Innenflächen der Vorderkammer und des vorderen Verbin dungststutzens nicht zur Heizfläche gehören, so werden sie nicht wie die oberen Stücke der Rohre bei den erwähnten bekannten Apparaten schon vor dem Aufsteigen der Flüssigkeit erhitzt. Die aufsteigende Flüssigkeit erwärmt vielmehr die bespülten Wandungen gerade nur auf die jeweilige Temperatur der Flüssigkeit. Die eigentliche Heizfläche, nämlich das Röhrensystem, wird natürlich schon von der ruhenden Flüssigkeit überdeckt.

Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß ein überaus lebhafter natürlicher Umlauf der gesamten Flüssigkeitsmenge in einem Apparat der eingangs erwähnten Art lediglich dadurch hervorgebracht wird, daß der Apparat nur so weit mit Flüssigkeit gefüllt wird, daß sie im Zustande der Ruhe nicht bis zum Oberkörper hinaufreichen würde, wohl aber infolge der von der Beheizung hervorgerufenen " Bewegungsvorgänge durch die vordere Verbindungskammer bis in den Oberkörper emporsteigt, von wo sie nach der Damp'fabscheidung durch den hinteren Verbindungsstutzen in den Heizkörper zurückgelangt, um den Kreislauf im nämlichen Apparat von neuem zu beginnen.

Ein in seiner Ausgestaltung diesem Anwendungsverfahren angepaßter Verdampfapparat ist auf der Zeichnung durch Fig. 1 im Längsschnitt und durch Fig. 2 in der Ansicht dargestellt. '■■■■■

Der Apparat besteht aus dem Unterkörper a und dem Oberkörper b, welche miteinander vorn und hinten durch Verbindungsstutzen oder Kammern oder in sonstiger geeigneter Weise derart verbunden sind, das sie zusammen einen in sich geschlossenen Hohlraum bilden. Der Unterkörper α ist zum Oberkörper b geneigt angeordnet, und in den Unterkörper ist das Röhrenbündel d eingebaut.

Die Räume g und h, in denen sich die Flüssigkeit vor und hinter den Röhren sammelt, sind so schmal ausgeführt, als dies konstruktiv irgend zulässig ist. Hieraus ergibt sich zunächst die Wirkung, daß diejenigen Flüssigkeitsräume, welche nicht zur Vergrößerung der Heizräume beitragen, möglichst wenig Flüssigkeit aufnehmen.

Es wird nun nur so viel Flüssigkeit in den

Apparat eingefüllt, daß, wenn die Flüssigkeit sich in Ruhe befände, gerade nur die Heizrohre von Flüssigkeit bedeckt, die Stutzen c und e aber nur teilweise von Flüssigkeit erfüllt wären und der Oberkörper ganz leer wäre. Tatsächlich befindet sich indessen die Flüssigkeit im Betriebe nicht in Ruhe, sondern in lebhafter Bewegung. Denn die Wirkung der geforderten Beschränkung der Flüssigkeitssäule ist die, daß schon innerhalb der Röhren die Siedetemperatur überschritten wird und sich somit schon an dieser Stelle ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampfblascn bildet, welches bedeutend geringere Dichte besitzt als die der Siedetemperatur nahe blasenfreie Flüssigkeit. Innerhalb der Röhren und innerhalb der zu diesem Zwecke eng gehaltenen vorderen Verbindungskammer g können sich die Blasen nicht von der Flüssigkeit trennen. Der ganze Innenraum der Röhren und der vorderen Verbindungskammer ist also von einem Gemisch aus Flüssigkeit und Dampfblasen erfüllt. Der aus den bloßen Dichtigkeitsunterschieden blasenfreier Flüssigkeit sich ergebende natürliche Auftrieb ist also durch das Hinzutreten der Blasen in sehr hohem Betrage vervielfacht. Infolgedessen steigt die Flüssigkeit in der vorderen Verbindungskammer g· bis über die in den Oberkörper führende Mündung empor und tritt somit durch den Stutzen c in den Oberkörper ein, auf dessen Boden sie sich ausbreitet. Dabei scheiden sich die Dampfblasen von der Flüssigkeit, so daß der Boden des Oberkörpers nur in der Nähe der Einmündungsstelle des vorderen .Verbindungsstutzens von einem Gemisch aus Flüssigkeit und Dampfblasen, im übrigen hingegen, insbesondere an der Einmündungsstelle des hinteren Verbindungsstutzens, von blasenfreier Flüssigkeit bedeckt ist. Diese die Mündung des hinteren Verbindungsstutzens bedeckende Flüssigkeit hat das Bestreben, unter dem Einfluß ihrer Schwere durch den hinteren Verbindungsstutzen e nach dem Innern der Röhren zurückzulaufen. Der Einfluß der Schwere allein würde indessen nur eine verhältnismäßig niedrige Ablaufgeschwindigkeit hervorrufen. Die enge Gestaltung des hinteren Verbindungsstutzens und der hinteren Kammer h hat nun die Wirkung, daß dieser von der nunmehr blasenfreien Flüssigkeit verhältnismäßig rasch durchflossen wird. Rasch fließende Flüssigkeit übt, wie dies bei Strahlpumpen bekannt ist, eine Saugwirkung auf die in angeschlossenen Räumen befindlichen Flüssigkeitsmengen aus. Die den Boden des Oberkörpers bedeckende Flüssigkeit fällt also nicht einfach durch den hinteren Verbindungsstutzen e hinab, sondern sie wird in diesen hineingesaugt. . Zu diesem Zwecke ist der Querschnitt des hinteren Verbindungsstutzens kleiner als der Gesamtquerschnitt der Heizrohre. Diese Wirkung ist sehr wesentlich, zur Herbeiführung eines raschen Umlaufes der gesamten im Apparat enthaltenen Flüssigkeitsmenge.

Der in den Röhren erzeugte und im Oberkörper von der Flüssigkeit geschiedene Dampf wird in üblicher Weise durch die Stutzen des Domes f abgeleitet.

Die Flüssigkeit verweilt nur ganz kurze Zeit (höchstens 1 Minute) im Apparat und wird in dieser kurzen Zeit, während deren sie infolge ihrer außerordentlich hohen Strömungsgeschwindigkeit eine größere Anzahl von Umläufen zurücklegt, fertig konzentriert. An den Stellen der höchsten Erhitzung verweilt die Flüssigkeit nur sekundenweise, so daß die Gefahr einer unzulässig lange andauernden Überhitzung vollkommen beseitigt ist. Da die Räume g und h von der bewegten Flüssigkeit in ihrer vollen Ausdehnung angefüllt werden, kommt die Flüssigkeit auch in diesen Räumen nicht zur Ruhe, so daß die in ruhender beheizter Flüssigkeit zu befürchtenden chemischen oder mechanischen Veränderungen (Auskristallisationen, Ausscheidungen u. dgl.) nicht zustande kommen. Wegen der großen Umlaufsgeschwindigkeit ist die Verdampfungsleistung der angewendeten Heizfläche eine außerordentlich hohe.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform des Apparates im Längsschnitt und in Ansicht. Hier sind der Oberkörper und der Unterkörper an je ein gemeinschaftliches Kopfteil i angeschlossen, welches zugleich die vordere Verbindung der beiden Körper bildet.

Statt je eines Ober- und Unterkörpers können auch mehrere vorgesehen sein.

Die Wirkung des Erfindungsgegenstandes ist durchaus verschieden von dem bereits erwähnten bekannten Verfahren, bei welchem die zu konzentrierende Flüssigkeit an der Innenwandung stehender, von außen beheizter Röhren in dünner Schicht zum Emporklettern gebracht wird. Bei jenem Verfahren werden sehr lange, beispielsweise 7 m lange Röhren angewendet, und nur im untersten Stück jener Röhren ist ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf blasen vorhanden. Schon innerhalb der Röhren trennt sich der Dampf von der Flüssigkeit und die die innere Röhrenwandung benetzende Flüssigkeitsschicht wird von dem in der Rohrmitte sich entwickelnden Dampfstrahl emporgeblasen, d. h. durch Oberflächenreibung mit hinauf genommen. Zur Herbeiführung jener Wirkung ist ein verhältnismäßig großer Energieaufwand, also ein großes Temperaturgefälle zwischen dem Heizmittel und der zu konzentrierenden Flüssigkeit erforderlich. Die Flüssigkeit durchläuft jede lotrechte Röhre nur ein

einziges Mal und ist in der Nähe des oberen Röhrenendes fertig konzentriert. Nur . der Dampfstrahl bewegt sich durch die Röhren rasch aufwärts, die Flüssigkeit hingegen langsam, so daß Ausscheidungen in der Nähe der oberen Röhrenmündung bei zu Ausscheidungen geneigten Flüssigkeiten nicht verhindert werden können. Daher ist das besprochene Verfahren nur auf solche Flüssigkeiten anwendbar,

ίο bei denen keine Ausscheidungen zu befürchten sind. Außerdem behält die Flüssigkeit die von der hohen Heizmitteltemperatur herrührende, schon an sich in manchen Fällen unzulässige Höchsttemperatur längere Zeit bei, weshalb das ältere Verfahren nur auf unempfindliche Flüssigkeiten anzuwenden ist. Demgemäß erschließt die Erfindung neue Anwendungsgebiete.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Verfahren zum Verdampfen von Zuckersäften und anderen gegen andauernde Überhitzung empfindlichen Flüssigkeiten, welche ungefähr die Zähigkeit von Zuckensäften besitzen, unter Anwendung eines Apparates, welcher aus einem unten angeordneten Heizkörper von der Gestalt eines ummantelten, von vorn nach hinten geneigten Röhrenbündels, einem nicht beheizten Oberkörper und einem vorderen und einem hinteren Verbindungsstutzen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Apparat nur so weit mit Flüssigkeit gefüllt wird, daß sie im Zustande der Ruhe nicht bis zum Oberkörper reicht, während sie infolge der durch die Beheizung hervorgerufenen Bewegungsvorgänge durch die vordere Verbindungskammer bis in den Oberkörper emporsteigt, von wo sie nach der Dampfabscheidung durch den hinteren Verbindungsstutzen in den Heizkörper zurückgelangt, um den- Kreislauf im nämlichen Apparat von neuem zu beginnen.
2. 2. Apparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 von der im Hauptanspruch erwähnten allgemeinen Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Sammelkammer (g) bzw. der Verbindungsstutzen (c) möglichst eng gehalten ist, derart, daß sich die infolge der Beheizung im Röhrenbündel (d) entstandenen Dampfblasen erst im Oberkörper (b) von der emporgerissenen Flüssigkeit trennen können.
3. 3. Apparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 von der in Anspruch ι erwähnten allgemeinen Bauart, .dadurch gekennzeichnet, daß auch die hintere Sammelkammer (h) zur Herbeiführung einer Saugwirkung auf den von den Dampfblasen geschiedenen, im Oberkörper (b) befindlichen Teil der Flüssigkeit und zur Verhütung von Abscheidungen möglichst eng gehalten ist, so daß sie stets in ihrer vollen Ausdehnung von bewegter Flüssigkeit erfüllt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.