DE2826172A1

DE2826172A1 - Verteileinrichtung fuer einen emaillierten duennschicht-verdampfer

Info

Publication number: DE2826172A1
Application number: DE19782826172
Authority: DE
Inventors: James Mitchell; Erwin J Nunlist
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Pfaudler Inc
Priority date: 1977-06-20
Filing date: 1978-06-15
Publication date: 1979-05-03
Also published as: JPS548169A; NL7806467A; US4173246A; GB1601508A; CH633970A5; IT1105205B; FR2395056B1; IT7849892A0; FR2395056A1; DE2826172C2

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH germer^s _{14>
Juni 1978}

PATENTANWALT U E/Ei

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TELEÖRAMMADRE6SE: _{pATENDLICH mOnchE}n CABLE ADDRESS : D1PL.-PHYS. F. ENDLICH POSTFACH. D - βΟ34 G E R M E R 1 N O

TELEX: 62 I73O PATE

Meine Akte: S-4463

Anmelder: Sybron Corporation, 1*100 Midtown Tower, Rochester, N. Y-, USA

Verteileinrichtung für einen emaillierten Dünnschicht-Verdampfer

Die Erfindung betrifft eine Verteileinrichtung für einen emaillierten Dünnschicht-Verdampfer entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Dünnschicht-Verdampfer werden dazu verwandt, die Verdampf ungs- oder Trennungsrate bei Verfahren zum Konzentrieren, Trennen, Entfärben oder dergleichen zu erhöhen, insbesondere werden organische Verbindungen verdampft, Feststoffe in Lösungen konzentriert, Farbkörper aus Materialien von mittlerem und höherem Molekulargewicht entfernt, Medikamente gereinigt und Nahrungsmittel konzentriert. In diesen Verdampfern werden die zu behandelnden Materialien entlang der innenwand eines zylindrischen Behälters verteilt und durch rotierende Wischerelemente ausgebreitet, um einen gleichförmigen Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand des Behälters auszubilden (US-PS 2 955 990, 3 060 107, 3 395 419 und 3 396 085).

Bei den meisten bekannten Dünnschicht-Verdarapfern besteht die Behälterwand aus rostfreiem Stahl, ebenso der Rüh-

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rer, die Verteileinrichtungen und sonstige Komponenten, die in Berührung mit dem zu behandelnden Material oder einem öder mehreren Produktmedien des Verfahrens gelangen. Bei einer Reihe von Verfahren, bei denen höhere Temperaturen oder stärker korrodierende Produktmedien vorhanden sind, beispielsweise bei der Herstellung von Unkrautvertilgungsmitteln oder von Produkten mit einem besonders hohen Reinheitsgrad, ist eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit wünschenswert oder auch die verwendung von Konstruktionsmaterialien, die leichter zu reinigen sind und das Produkt möglichst nicht verunreinigen. In derartigen Fällen sind glasemaillierter Stahl und nichtmetallische Materialien wie Fluorkohlenwasserstoffe der Verwendung von rostfreiem Stahl vorzuziehen.

Bei Dünnschicht-Verdampfern aus rostfreiem Stahl findet meist eine flache Verteilplatte verwendung, die sich mit der Wischereinheit dreht. Über diese strömt die Flüssigkeit durch kurze Verteilerrohre, Düsen oder V-förmige Rinnen auf die innenwand, vorzugsweise unmittelbar vor den Wischerelementen direkt unter der verteilplatte. Derartige Verteilplatten dienen zum Entgasen der zugeführten Flüssigkeit und zur gleichmäßigen Zufuhr zu der Innenwand. Ein Nachteil der bekannten Verteileinrichtung ist jedoch darin zu sehen, daß die Verteilplatte nicht aus glasemailliertem Stahl oder Fluorkohlenwasserstoffen hergestellt werden kann.

Wenn die bekannten Verteileinrichtungen aus emailliertem Stahl hergestellt würden, könnten die hohen Einbrenntemperaturen beim Emaillieren dazu führen, daß die kritischen Oberflächen der verteilplatte deformiert werden. Durch eine Nachbearbeitung könnten die Abweichungen von der erforderlichen Form nicht beseitigt werden. Ferner wären freiliegende Metalloberflächen unvermeidbar, wenn Gewindebohrungen vorgesehen werden müßten. Bei den üblichen Größen von Dünnschicht-Verdampfern können Verteilplatten dieser Art nicht aus korrosionsbeständigen, nichtmetallischen Materialien hergestellt werden, weil stücke von der erforderlichen Grö«e nicht verfügbar sind. Eine Herstellung der Verteilplatte aus kleineren Stücken ist unzweckmäßig, weil eine zufriedenstellende Verbindung der einzelnen Stücke nicht in zu-

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friedenstellender Weise möglich ist.

Wegen dieser Schwierigkeiten wurden bereits Konstruktionen von emaillierten Dünnschicht-Verdampfern vorgeschlagen, bei denen als Verteileinrichtung zwei kleine Platten aus PoIytetrafluoräthylen an der Behälterwand befestigt sind. Damit kann jedoch keine besonders gleichmäßige Ausbreitung des Fltissigkeitsfilms auf der Behalterinnenwand erfolgen, so daß es insbesondere bei höheren Viskositäten der Flüssigkeit vorkommen kann, daß ein Teil der Innenwand nicht benetzt wird, wodurch die effektive Verdampfungsfläche verringert wird und in gewissen Fällen auch eine Zersetzung des zu behandelnden Materials erfolgen kann.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Verteileinrichtung für einen emaillierten Dünnschicht-Verdampfer anzugeben, mit der einerseits eine gute gleichmäßige verteilung wie mit einer Verteilerplatte aus rostfreiem Stahl erzielt werden kann, und die andererseits trotz erhöhter Korrosionsbeständigkeit wirtschaftlich herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer derartigen Verteileinrichtung ist deshalb eine einstückige, kreisförmige, aus nichtmetallischem Material bestehende Verteilkammer vorgesehen, die an der Wischereinheit angeordnet ist und mit dieser rotiert. Von der Verteilkammer erstreckt sich die Zuführleitung bis in die Nähe der Behalterinnenwand, vorzugsweise kurz vor den Wischerelementen unmittelbar unter den Enden dieser Leitungen. Da die verteilkammer verhältnismäßig klein sein kann, kann sie aus im Handel verfügbaren korrosionsbeständigen, nichtmetallischen Materialien wie polymer is ierten Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Die Zuführleitungen können ebenfalls aus· derartigen Materialien oder aus anderen korrosionsbeständigen Materialien wie glasemailliertem Stahl hergestellt werden. Deshalb weist die Verteileinrichtung keine freiliegenden metallischen Oberflächen auf und besitzt hinsichtlich der Verteilung einen Wirkungsgrad wie bekannte Einrichtungen mit einer Verteilplatte aus rostfreiem Stahl.

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Anhand der zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen emaillierten Dünnschicht-Verdampfer mit einer Verteileinrichtung gemäß der Erfindung·

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen Fig. 1 entsprechenden Teilschnitt durch die Verteileinrichtung in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines abgewandelten Jiusführungsbeispiels; und

Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.

Der in Fig. 1 dargestellte emaillierte Dünnschicht-Verdampfer ist zum Verdampfen oder für sonstige Behandlungen stark korrodierender Produktmedien geeignet. Der verdampfer besteht aus einem zylindrischen Stahlbehälter 11, entlang dessen Längsachse eine Wischereinheit 13 mit einer Welle 17 angeordnet ist. Die Innenwände des Gefäßes 11 und viele der im Behälterinnenraum angeordneten Komponenten sind emailliert, so daß keine freiliegenden metallischen Oberflächen den korrodierenden Medien ausgesetzt sind. Unter Email ist dabei ein glasartiges oder teilweise entglastes anorganisches Überzugsmaterial zu verstehen, das auf ein metallisches Trägermaterial oberhalb einer Temperatur von etwa 425°C eingebrannt wird.

Die Welle 17 erstreckt sich durch einen Stutzen 18 auf der Oberseite des Behälters 11. Eine Kupplung 19 verbindet die Welle 17 mit einem Motor 20/ der auf der Oberseite des Behälters angeordnet ist. Die Lager 21 dienen zum Abstützen der Kupplung 19 und der Welle 17.

Von der Welle 17 erstrecken sich Arme 22 in radialer Richtung, die flügeiförmige Wischerelemente 29 tragen, die zur Ausbreitung der Flüssigkeit entlang der Innenwand des Behälters 11 dienen. An der welle 17 können eine Anzahl von radialen Armen 22 vorgesehen sein, die in axialer Richtung und in Umfangs-

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richtung einen Abstand voneinander aufweisen, so daß eine gestaffelte Anordnung von Wischerelementen in unterschiedlichen Höhenlagen möglich ist. Die gestaffelt angeordneten radialen Arme und Wischerelemente sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Wie am besten aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist am Ende jedes radialen Arms 22 eine sich in radialer Richtung erstreckende Platte 24 angeschweißt. Die Platten 24, die Arme 22 und die Welle 17 sind auf ihrer Außenseite mit einer zusammenhängenden Emailschicht überzogen.

In Bohrungen 33 durch die Platten 24 sind Halteglieder 25 eingesetzt, die vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen bestehen, welches Glas als Füllstoff enthält. Die Halteglieder 25 dienen zur Halterung von Stangen 28 aus emailliertem Stahl, an denen die Wischerelemente 29 angeordnet sind. Die Stangen sind in Bohrungen 37 in den Haltegliedern 25 eingesetzt und sitzen in Sacklochbohrungen in entsprechenden unteren Haltegliedern. Die Bohrungen 37 durch die Halteglieder 25 sind durch jeweils einen Stopfen 27 verschlossen, der mit einem Paßsitz in der Bohrung 37 sitzt oder mit dem Halteglied 25 verschmolzen sein kann. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, dient der oberste Stopfen 27 an der Wischereinheit auch als Stützeinrichtung für die noch zu beschreibende verteileinrichtung gemäß der Erfindung.

Die zu behandelnde Flüssigkeit gelangt durch ein emailliertes Einlaßrohr 41 aus Stahl in den Behälter 11 zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Verteileinrichtung 50 gemäß der Erfindung. Durch diese Verteileinrichtung wird die Flüssigkeit auf der Behalterinnenwand kurz über und vor den höchsten Wischerelementen verteilt. Von dort fließt die Flüssigkeit entlang der Innenwand nach unten und durch die rotierenden Wischerelemente 29 wird ein gleichförmiger dünner Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand aufrechterhalten. Die nach unten fließende Flüssigkeit, die in den von den Wischerelementen 29 berührten Bereich gelangt, wird normalerweise durch Dampf in einem Doppelmantel 43 erhitzt, um die Verdampfungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die verdampfte Flüssigkeit tritt durch

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einen Stutzen 46 aus, von dem eine Entfeuchterplatte 45 angeordnet ist, und gelangt'in einen nicht dargestellten Kondensator. Der Rückstand oder nicht verdampfte Bestandteile der zugeführten Flüssigkeit fließen entlang einem konischen Sammelabschnitt 47 nach unten und können durch einen Auslaßstutzen 48 abgelassen werden.

Wie am besten aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, enthält die Verteileinrichtung 50 einen verhältnismäßig kleinen einstückigen Verteiltrog 51, der die welle 17 umgibt und an den radialen Armen 22 abgestützt ist, welche die Wischerelemente tragen. Der Verteiltrog 51 wird ferner durch zwei zusätzliche Stützarme 23 (Fig. 2) abgestützt, die in derselben Höhe wie die obersten Stützarme 22 angeordnet und zu diesen um 90° versetzt sind. Die Oberfläche der Stütearme 23 ist ebenfalls vollständig emailliert. Da der Verteiltrog 51 verhältnismäßig klein ist, können die Stützarme 23 kürzer als die Arme 22 sein.

Der Verteiltrog 51 ist an den Armen 22 und den Stützarmen 23 mit Hilfe von zwei Stützringen 56, 57 befestigt, die unter den Armen angeordnet sind und aus Polytetrafluorathylen bestehen. Die Stützringe 56, 57 sind mit Schrauben 58 aus Polytetrafluorathylen an der Verteilkammer befestigt (Fig. 5) .

Durch das Einlaßrohr 41 gelangt zu behandelnde Flüssigkeit in den Verteiltrog 51. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird zweckmäßigerweise in einer solchen Menge zugeführt, daß nur eine verhältnismäßig dünne Flüssigkeitsschicht auf dem Boden der Verteilkammer vorhanden ist. Aufgrund des Vakuums in dem Behälter erfolgt dabei eine Entgasung.

Wenn die Wischereinheit 13 rotiert, gelangt die Flüssigkeit aufgrund auftretender Zentrifugalkräfte aus dem Verteiltrog 51 in zwei sich in radialer Richtung erstreckende zuführleitungen 52, die in Öffnungen an dem Verteiltrog 51 eingeschraubt sind. Diese Zuführleitungen 52 verteilen die Flüssigkeit gleichmäßig entlang der Innenwand des Gefäßes. Die äußeren Enden der Zuführleitungen 52 sind an den Stopfen 27 in den oberen Haltegliedern 25 abgestützt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die flügeiförmigen Wischerelemente 29 in Drehrichtung hin-

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Λ?

ter den Armen 22 angeordnet. Deshalb wird die Flüssigkeit unmittelbar vor den obersten Wischerelementen auf die Innenwand aufgebracht.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist der Verteiltrog 51 vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Bei einer derartigen Ausbildung sind keine Dichtungen zwischen dem Verteiltrog und der Welle 17 erforderlich. Der Verteiltrog kann einen Durchmesser von 500 bis 600 mm besitzen. Verteiltröge dieser Größe können ohne weiteres durch Bearbeitung von im Handel verfügbaren einstückigen Blöcken aus polymerisierten Fluorkohlenwasserstoffen hergestellt werden, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen.

Da der verteiltrog 51 verhältnismäßig klein und flach ausgebildet ist, ist zweckmäßigerweise eine nach innen geneigte Lippe 55 am oberen Rand der Außenwand des Verteiltrogs 51 ausgebildet.

Die Zuführleitungen 52 können Rohre aus Polytetrafluoräthylen sein. Sie können ebenfalls aus emailliertem Stahl oder anderen korrosionsbeständigen Materialien bestehen, die im Handel verfügbar sind oder aus denen derartige Rohre hergestellt werden können. Der Innendurchmesser dieser Leitungen beträgt im allgemeinen etwa 50 mm. Dadurch ist es möglich, daß Feststoffe, die in gewissen Ausgangsmaterialien enthalten sein können, beispielsweise bei Beginn der Behandlung, ohne weiteres durch die Leitungen hindurchgelangen können. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, können die äußeren Enden der Leitungen Ausschnitte aufweisen, damit Feststoffteilchen ohne weiteres aus den Leitungen austreten können.

Fig. 4 und 5 betreffen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem Zuführleitungen 62 vorgesehen sind, die als oben offene Rinnen ausgebildet sind. Derartige Rinnen können aus im Handel verfügbaren Rohren aus Polytetrafluoräthylen durch Herausschneiden eines Segments hergestellt werden.

Die zuführleitungen 62 sind ferner zu der radialen Richtung etwas nach unten geneigt, so daß die Flüssigkeit durch

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Zentrifugalkraft und Schwerkraft nach außen transportiert wird. Dies ist insbesondere bei Flüssigkeiten mit höheren Viskositäten, bei Verdampfern mit einer verhältnismäßig geringen Drehzahl der Wischereinheit oder bei größeren Verdampfern zweckmäßig.

Aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen geht deshalb hervor, daß eine gute Verteilung der Flüssigkeit wie mit Hilfe bekannter flacher Verteilplatten aus rostfreiem Stahl erzielt werden kann, und daß die Verteileinrichtung in wirtschaftlicher Weise aus im Handel verfügbaren Materialien hergestellt werden kann, die eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit besitzen und '3inen hohen Reinheitsgrad des Produkts nicht beeinträchtigen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verteileinrichtung für einen emaillierten Dünnschicht-Verdampfer mit einer rotierenden Wischereinheit mit einer zentralen Welle, an der eine Einrichtung zur Halterung von Wischerelementen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstückiger kreisförmiger Verteiltrog (51) aus einem nichtmetallischen korrosionsbeständigen Material an der Wischereinheit .(13) befestigt ist, daß Leitungen (52; 62) aus korrosionsbeständigem Material sich nach außen von dem verteiltrog (51) in der Nähe der Innenwand des Verdampfers erstrecken, und daß eine Einlaßeinrichtung (41) für zu behandelnde Flüssigkeit zu dem Verteiltrog (51) vorgesehen ist, so daß die Flüssigkeit aus dem Verteil trog durch die Leitungen (52; 62) bei einer Rotation der Wi sehe reinheit (13) auf die Innenwand des Verdampfers aufgetragen wird.

2. Dünnschicht-Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichne t , daß der Verteiltrog (51) aus einem einstückigen Block aus polymerisierten Fluorkohlenwasserstoffen hergestellt ist.

3. Dünnschicht-Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilkatnmer (51) aus PoIytetrafluoräthylen hergestellt ist.

4. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteil« trog (51) ringförmig ausgebildet ist und die Welle (17) umgibt.

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5. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilkammer (51) einen Durchmesser von etwa 5OO bis 600 mm aufweist.

6. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei. chnet, daß am oberen Rand der Außenwand des Verteiltrogs (51) eine nach innen vorspringende Lippe (55) ausgebildet ist.

7. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen Rohre (52) sind.

8. Dünnschicht-Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch g e kennze ichne t, daß der Innendurchmesser der Rohre etwa 50 mm beträgt.

9. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den oberen äußeren Enden der Rohre (52) Ausschnitte (53) vorgesehen sind.

10. Dünnschicht-verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen durch oben offene Rinnen (62) gebildet sind.

11. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiltrog (51) an radial von der Welle (17) vorragenden Armen (22) angeordnet ist, an denen die Wischerelemente (29) befestigt sind, und daß die äußeren Enden der Leitungen (52; 62) an diesen Armen abgestützt sind.

12. Dünnschicht-Verdampfer nach Anspruch 11, dadurch gekennze ichne t , daß die äußeren Enden der Leitun-

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gen (52; 62) in Drehrichtung etwas vor den Wischerelementen (29) enden, so daß die Flüssigkeit der Innenwand des Verdampfers kurz vor den Wischerelementen zugeführt wird, die am nächsten zu den Leitungen angeordnet sind.

13. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitungen (52; 62) aus polymerisierten Fluorkohlenwasserstoffen bestehen.

14. Dünnschicht-Verdampfer nach Anspruch 13, dadurch g e kennze ichne t , daß die Leitungen aus Polytetrafluoräthylen hergestellt sind.

15. Dünnschicht-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitungen (52· 62) aus emailliertem Stahl hergestellt sind.

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