DE2843130C2 - Vorrichtung für den Wärme- und Stoffaustausch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Wärme- und Stoffaustausch nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (GB-PS 8 59 097) ist eine auf einer Achse drehbar angeordnete Scheibe vorgesehen, auf der von einem koaxialen Zylinderraum ausgehend spiralförmig zum Außenum fang hin gebogene vertikale Platten angeordnet sind, die auf ihrer Oberseite von einer Ringscheibe abgedeckt sind. Diese Anordnung ist in einem zylindrischen Gehäuse installiert das tangentiale, auf der Höhe der Mündung der zwischen den Platten gebildeten Spiralräume angeordnete Gaseinlässe und einen axialen so Produktauslaß aufweist In den inneren Zylinderraum wird Flüssigkeit radial eingesprüht so daß die Flüssigkeit auf die spiralförmig verlaufenden Platten trifft und längs dieser Platten unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei rotierender Scheibe nach außen ss strömt und dabei als Film in Wärme- und Stoffaustausch mit dem tangential ins Gehäuse eingeführten Gas steht

Der bei diesem Gehäuse vorgesehene konstruktive Aufwand ist sehr groß, da die spiralförmig gebogenen Platten, die alle in ein- und derselben Radialebene liegen, ein eigenes axial abgeschlossenes Gehäuse bilden, das in einem zusätzlichen Gehäuse für den Wärme- und Stoffaustausch angeordnet werden muß.

Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der SU-PS 2 03 621 bekannt, die ein Gehäuse mit einem Einlaß für die am Prozeß beteiligten Stoffe und mit einem Auslaß zur Abführung der gebildeten Produkte aufweist. In dem Gehäuse sind mehrere Sprüheinrichtungen vorgesehen, denen zentral Flüssigkeit zugeführt wird und die um eine Achse drehbar angeordnet sind. Jede Sprüheinrichtung besteht aus miteinander verbundenen Rinnen, die in Form einer von der Achse aus divergierenden mehrgängigen Spirale gekrümmt sind. Die Rinnen sind an horizontal und radial verlaufenden Stangen gehalten, die zentral an einer Buchse festgelegt sind. Die äußeren Enden der Rinnen sind verengt und liegen in ein und derselben, zur Achse der Sprüheinrichtung senkrechten Ebene. Die den Sprüheinrichtungen zugeführte Flüssigkeit kann in an der inneren Gehäusewand befestigte Ringtaschen überströmen, außerdem sind im Raum zwischen den Sprüheinrichtungen Oberlaufmulden vorgesehen, wobei die Oberläufe wieder der Beschikkung der weiter unten liegenden Sprüheinrichtung dienen. Mit Hilfe eines äußeren Mantels kann das Gehäuse beheizt oder gekühlt werden.

Die dem zentralen Teil jeder Sprüheinrichtung zugeführte Flüssigkeit gelangt bei sich drehender Achse unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft in die spiralförmig gekrümmten Rinnen, strömt entlang der Rinnen zum Umfang der Sprüheinrichtung, wo die Flüssigkeit auf die Innenseite des Gehäuses in Form von Tropfen oder Strahlen abgeschleudert wird. Die Flüssigkeit läuft als Film an der Innenfläche des Gehäuses nach unten und wird dabei an einem dem Umfang der Sprüheinrichtung gegenüberliegenden ringförmigen Streifen verwirbelt

Für den Kontakt der Flüssigkeit mit einem Gas wird dieses im unteren Teil des Gehäuses zugeführt Das Gas durchströmt die Sprüheinrichtungen in den Spalten zwischen den Rinnen und verläßt das Gehäuse durch einen Stutzen im oberen Abschnitt Der Wärme- und Stoffaustausch zwischen dem Gas und der Flüssigkeit erfolgt in den Spalten zwischen den Rinnen, in der den Raum zwischen den Sprüheinrichtungen und den Gehäusewänden füllenden Tröpfchenwolken sowie an der von dem Flüssigkeitsfilm bedeckten Innenfläche des Gehäuses.

Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß der an der Innenwand des Gehäuses gCul'dete Flüssigkeitsfilm durch den von den Sprüheinrichtungen gebildeten lokalen Tröpfchenstrahl gestört wird, was den Wärme- und Stoffaustausch beeinträchtigt Außerdem ist der Verwirbelungsgrad des Flüssigkeitsfilms gering, da dieser nur an dem engen ringförmigen Streifen unmittelbar dem Umfang der Sprüheinrichtung gegenüber intensiv verwirbelt wird, was die Austauschqualität verringert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Wirkungsgrad des Austauschprozesses durch Auffächerung der Leitflache gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und Gas und damit der Austauschprozeß gegenüber den bekannten Vorrichtungen erheblich verbessert wird, weil der gesamte Raum der Vorrichtung mit der Tröpfchenwolke gefüllt ist. Gleichzeitig ist der Flüssigkeitsfilm an der Innenwand des Gehäuses überall stark verwirbelt, was den Austauschprozeß ebenfalls günstig beeinflußt.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 2 läßt sich das Abschleudern der Flüssigkeit besser ausrichten und einstellen.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 3 läßt sich die Anzahl der im zentralen Abschnitt beginnenden Rinnen steigern, wobei mit der Maßnahme nach Anspruch 4 auch die Sprüh verteilung verbessert wird.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 5 wird erreicht, daß die kinetische Energie des Flüssigkeitsstrahls bei ausreichend hoher Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Stutzen für die Rotation der Rinnen sorgt, ohne daß ein zusätzlicher Antrieb erforderlich ist

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung für den Wärme- und Stoffaustausch im Längsschnitt und

F ig. 2 den Schnitt H-II von F ig. 1.

Die Vorrichtung weist ein waagerecht oder senkrecht , positioniertes zylindrisches Gehäuse 1 auf, das mit einem Rohrstutzen 2 für die Zuführung von im Gehäuse zu verdampfender Flüssigkeit und einem Auslaßstutzen 3 für das Abführen verdampfter Flüssigkeit sowie mit einer Auslaßöffnung 4 für die Ableitung von sich bildenden Dämpfen versehen ist Im Gehäuse I ist eine auf Lagern 5 drehbare Welle 6 koaxial angeordnet Auf der Welle 6 ist eine Sprüheinrichtung 7 befestigt Die Sprüheinrichtung 7 besteht aus Rinnen 8 und 9 unterschiedlicher Länge, die mit einer zentralen Buchse 10 verbunden sind und ausgehend von dieser Buchse 10 in Form einer divergierenden mehrgängigen Spirale gekrümmt sind. Die Rinnen 8 sind kurzer als die Rinnen 9 und verlaufen zwischen ihren inneren wellenseitigen Enden 11 und ihren äußeren freien Enden 12 in der gleichen Radialebene, so daß sie eine ebene archimedische Spirale bilden. Die äußeren freien Enden 13 der Rinnen 9 sind bezogen auf ihre wellenseitigen Enden parallel zur Achse der Welle 6 versetzt so daß sich die freien Enden 13 der Rinnen 9 in verschiedener, zu dieser Achse senkrechten Ebenen befinden.

Die freien Enden 13 der langen Rinnen 9 sind durch Bügel 15 an einer schraubenförmigen Rinne 15 befestigt, die über Speichen 16 mit einer unter den Rinnen 8 und 9 befindlichen Scheibe 17 verbunden sind. Die Scheibe 17 ist mit der zentralen Buchse 10 verbunden. Die freien äußeren Enden 13 der Rinnen 9 sind im Abströmabschnitt verengt. Die freien Enden 12 der kurzen Rinnen 8 enden in einem geringeren Abstand von der Welle 6 als die äußeren Enden 13 der langen Rinnen 9. Die kurzen Rinnen 8 und die langen Rinnen 9 sind um die Buchse 10 sich periodisch wiederholend positioniert Die freien Enden 12 der kurzen Rinnen 8 sind ungefähr an die mittleren Abschnitte der benachbarten langen Rinnen 9 herangeführt Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Gangzahl der Spirale im Zentrum der Sprüheinrichtung 7 vierundsechzig, an ihrem Umfang sechzehn. Hierbei sind, wie aus Fig.2 zu ersehen ist, die Zwischenräume 20 zwischen den benachbarten Rinnen 8 und 9 im zentralen Teil der Sprüheinrichtung 7 kleiner als die Zwischenräume 21 am Umfangsabschnitt

Das Gehäuse 1 ist von einem Mantel 18 umgeben, in den über Ein- und Auslässe 19 ein Heizmedium oder Kühlmittel zu- bzw. abgeführt werden kann.

Das Ende 22 des Rohrstutzens 2 ist dicht an das Zentrum der Sprüheinrichtung 7 herangeführt urd bildet mit den Radialebenen des Gehäuses 1 einen spitzen Winkel und ist unter einem Winkel auf die Innenfläche der Rinnen 8 und 9 so gerichtet daß der aus dem Ende 22 austretende Flüssigkeitsstrahl die Achse der Sprüheinrichtung 7 nicht schneidet Dadurch wird durch die kinetische Energie des Flüssigkeitsstrahls c":e Sprüheinrichtung 7 in eine Drehbewegung versetzt

Die Vorrichtung für den Wärme- und Stoffaustausch arbeitet folgendermaßen:

Durch dl·; aus dem Ende 22 des Rohrstutzens 2 in Form eines Druckstrahls austretende Flüssigkeit wird die Sprüheinrichtung 7 mit den Rinnen 8 und 9 in eine solche Drehbewegung versetzt daß die äußeren freien Enden 13 der langen Rinnen 9 zu der Seite ausgerichtet sind, die zu ihrer Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist Aufgrund der Fliehkraft strömt Flüssigkeit längs der Rinnen 8 und 9, und wird an den freien Enden 12 und 13 gegen die Innenfläche des beheizten Gehäuses 1 geschleudert An der Innenfläche des Gehäuses 1 bildet sich ein kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm, der durch die auftreffenden Tropfen ständig verwirbelt wird, wobei ein Teil der Flüssigkeit verdampft Die nicht verdampfte Flüssigkeit wird aus dem Gehäuse 1 durch den Auslaßstutzen 3 abgeführt Sich im Gehäuse 1 bildende Dämpfe werden durch die Auslaßöffnung 4 abgeführt Die Vorrichtung kann zum Beispiel zum Verdampfen von Wasser und leicht siedenden Gemischen aus Kaprolaktam eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   J, Vorrichtung fttr den W3rme- und Stof faustausch mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse angeordneten drehbaren Welle, mit von der Welle «usgebenden, zum Umfang hin spiralförmig verlaufenden Rinnen, mit einer Einrichtung zur Zuführung und Aufgabe einer Flüssigkeit auf die Rinnen in Wellennähe und mit Auslassen am Gehäuse für abzuführende Produkte, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren freien Enden (13) der Flinnen (9) in zur Wellenachse senkrechten, voneinander beabstandeten Ebenen liegen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufabschnitte der äußeren is Enden (13) der Rinnen (9) verengt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch jeweils eine zwischen zwei Rinnen (9) von der Welle (6) ausgehende spiralförmige kurze Rinne (8), deren freies Ende (12) bis etwa zum mittleren Abschnitt der benachbarten längeren Rinne (9) herangeführt ist
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen kurzen Rinnen (8) zwischen ihrem inneren Ende (11) und ihrem äußeren Ende (12) in der gleichen Radialebene liegen.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung und Aufgabe einer Flüssig- keit auf die Rinnen (8,9) ein Rohrstutzen (2) ist, der zur Innenfläche der Rinnen (8,9) unter einem deren Rotation bewirkenden Winkel gerichtet ist.