DE2843131C2 - Zentrifugaldünnschichtapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugaldünnschichtapparat der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art

Zentrifugaldünnschichtapparate dienen zur Durchführung von Prozessen unter Eeteilig-iT/g von Flüssigkeit und Gas, z. B. von Destillations-, Rektifikations-, Absorptionsprozessen sowie der Naßentstaubung von Gas. Ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung ist die Destillation und Vakuumrektifikation von Stoffen, die gegenüber erhöhten Temperaturen empfindlich sind, z. B. yon Laktamen, Fettsäuren, mehrwertigen Alkoholen, Äthanolaminen, schwersiedenden Estern, diversen Ölen, Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Erzeugnissen.

Bekannt sind Zentrifugaldünnschichtapparate (SU-PS 2 03 621), bestehend aus einem Gehäuse mit Einrichtungen zur Einführung von Ausgangsprodukten in das Gehäuse und zur Abführung von Endprodukten daraus, aus einer senkrechten Welle, die im Gehäuse drehbar montiert ist, einigen Kontaktstufen, die an der Welle befestigt sind, sowie aus einer Vorrichtung zum Überlaufen der Flüssigkeit zwischen den Stufen. Die Kontaktstufen sind mit einem gewissen Abstand voneinander angeordnet. Die Kontaktstufen werden von Bändern gebildet, die in Form von von der Welle aus auseinandergehenden Spiralen angeordnet sind. Die Bänder sind außerdem an ihren Kanten in Richtung zur Welle umgebördelt. Die Vorrichtungen zum Überströmen von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe auf die andere sind in Form von ringförmig an der inneren Seitenwandung des Gehäuses befestigten Flüssigkeitsabscheidern und Überlaufrohrleitungen zwischen den Kontaktstufen ausgeführt.

Beim Betrieb des bekannten Apparats strömt ein Gas von unten durch einen Rohransatz im unteren Teil des Gehäuses ein. durchquert sämtliche. Kontaktstufen, wobei es durch die Spalten zwischen den Bändern strömt, und wird durch einen Rohransatz im oberen Teil des Gehäuses entfernt Eine Flüssigkeit wird durch einen Rohransatz im oberen Teil des Gehäuses der obersten Kontaktstufe zugeführt Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft gelangt die Flüssigkeit an die innere, der Welle zugekehrte Oberfläche der spiralförmigen Bänder und fließt weiter in einer spiralförmigen Bahn vom Zentrum zur Peripherie der jeweiligen Kontaktstufe, wobei sie mit dem Gas in Berührung steht Von der Peripherie der sich drehenden Kontaktstufe wird die Flüssigkeit auf die innere Oberfläche des Austauschergehäuses in Form von Tropfen und Strahlen geschleudert Unter der Einwirkung der Schwerkraft strömt die Flüssigkeit an der Wandung des Gehäuses in Form eines Filmes in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider, der die Kontaktstufe umgibt Aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider fließt die Flüssigkeit in das Aufnahmeende der Überlaufrohrleitung. Durch das Ablaßende der Überlaufrohrleitung wird die Flüssigkeit auf die nächste darunter angeordnete Kontaktstufe abgeführt. Die von der untersten Kontaktstufe abgegebene Flüssigkeit wird aus dem Apparat durch einen Rohransatz im unteren Teil des Gehäuses entfernt Der Stoff- und Wärmeaustausch erfolgt in den Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern, in der Wolke aus Spritzern, die den Raum zwischen den Kontaktstufen und den Wandüngen des Gehäuses ausfüllt sowie an dem verwirbelten Flüssigkeitsfilm, der die innere Oberfläche des Gehäuses teilweise bedeckt.

Wenn der Apparat mit einem äußeren Mantel versehen ist, in dem ein Wärme- bzw. Kältemittel zirkuliert, können an der inneren Oberfläche des Gehäuses die Prozesse der Kühlung, Erwärmung oder sogar des Verdampfens des Flüssigkeitsfilmes neben den Stoff- und Wärmeaustauschprozessen in den spiralförmigen Bändern erfolgen.

Der bekannte Zentrifugaldünnschichtapparat weist jedoch eine Reihe von Mangeln auf, die die Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches herabsetzen.

Einer der Nachteile besteht im niedrigen Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Apparates. Der genannte J5 Nutzungsgrad ist di?s Verhältnis des Volumens, das nur von den Kontaktstufen eingenommen wird, zum gesamten Innenvolumen des Apparates. Die Größe dieses Koeffizienten liegt stets unter Eins, weil zwischen den Kontaktstufen immer eine Lücke liegt, die lediglich zur Anbringung von Überlaufrohrleitungen dient und für die Ausführung des Kontaktprozesses zwischen Flüssigkeit und Gas unmittelbar nicht genutzt wird. Man könnte nun annehmen, daß der Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Apparates durch eine Vergrößerung der Höhe der Kontaktstufen, d. h. der Breite der spiralförmigen Bänder, gesteigert werden kann. Dann könnte die Anzahl der Kontaktstufen in einem Zentrifugaldünnschichtapparai mit vorgegebener Höhe und demzufolge auch die Anzahl von Lücken reduziert werden. Da die t>o Höhe der genannten Lücken von der Höhe der Kontaktstufen im wesentlichen nicht abhängig ist. würde der Anteil des Arbeitsraumes, den die Lücken einnehmen, durch die Verringerung ihrer gesamten Anzahl herabgesetzt werden. Das würde eine Steigerung des Nut- b5 zungsgrades des Arbeitsraumes zur Folge haben und demzufolge sollte die Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches erhöht seiri.

In Wirklichkeit sind jedoch der Zunahme der Höhe einer Kontaktstufe Grenzen gesetzt. Auf den Flüssigkeitsfilm, der die innere Oberfläche der spiraligen Bänder überzieht, wirkt eine Zentrifugalkraft, die vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufe gerichtet ist, und die Schwerkraft ein. Die Resultierende dieser Kräfte verschiebt den Film vorwiegend zum unteren umgebördelten Rand der Bänder. Dadurch verringert sich die Dicke des Filmes in Richtung vom unteren zum oberen Rand des jeweiligen Bandes allmählich. Daher würde die Vergrößerung der Höhe der jeweiligen Kontaktstufe bzw. der Breite der spiralförmigen Bänder über eine bestimmte Grenze hinaus für einen gegebenen Flüssigkeitsdurchsatz eine unvollständige Benetzung der spiralförmigen Bänder verursachen, der obere Teil eines Bandes würde von Flüssigkeit unbenetzt bleiben. Damit würde der obere Teil der Kontaktstufen aus dem Stoff- und Wärmeaustausch ausgeschlossen und der Wirkungsgrad des Apparates beim früheren niedrigen Stand bleiben.

Nachteilig ist bei den bekannter Zentrifugaldünnschichtapparaten die ungenügende Verwirbelung der Gasphase, die sich in den Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern vom unteren Rand eines Bandes zum oberen Rand bewegt. Eine zusätzliche Verwirbelung der Gasphase in den Spalten einer Kontaktstufe würde die Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches erhöhen. Ebenfalls nachteilig ist bei den bekannten Zentrifugaldünnschichtapparaten die nicht genügend gleichmäßige Verwirbelung des Flüssigkeitsfiims. der an der inneren Oberfläche des Gehäuses unter der Einwirkung der Schwerkraft nach unten abfließt. Der Flüssigkeitsfilm wird intensiv nur auf dem schmalen ringförmigen Streifen der Innenwandung des Gehäuses verwirbelt, der unmittelbar die Peripherie einer Kontaktstufe umgibt. Der wesentliche Tei" der inneren Oberfläche des Gehäuses des bekannten Apparates wird entweder von den ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern eingenommen oder ist mit einem ruhig abfließenden Flüssigkeitsfilm überzogen. Die Vergrößerung des Anteils der Oberfläche des Gehäuses, die mit Spritzern und Flüssigkeiustrahlen beaufschlagt wird, würde zur Erhöhung der Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches an der Gehäuscoberfläche beitragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zenirifugaldünnschichtapparat der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine bessere Ausnutzung der Kontaktstufen möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Zentrifugaldünnschichtapparat gemäß Anspruch 1 gelöst.

Aus der DE-OS 14 51 189 ist bereits eine Anordnung bekannt, die eine Unterteilung der Bänder in Kanäle durch auf den Bändern angebrachte längslaufende Rippen versieht Abgesehen davon, daß diese Vorrichtung nur eine einzige Kontaktstufe umfaßt, ist die Wirksamkeit des Stoff- und //ärmeaustausches begrenzt, da bei der zur Erzielung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilms notwendigen Aufteilung eines Bandes in eine Vielzahl von Kanälen die Abschnitte des Bandes, die von Rippenstücken eingenommen werden, nicht am Austauschprozeß bcicilig! sind,

Die konstruktive Ausgestaltung eines Zentrifugaldünnschichtapparates gemäß Anspruch i ermöglicht die Verwendung von Kanälen mit größerer Breite, weil sich die Dicke des Kh'issigkeitsfilnis am geneigten Boden des Kanals über die Breite des Kanals nur unwesentlich ändert, da der Schwerkraft eine Komponente der Zentrifugalkraft entgegenwirkt. Dadurch wird eine gleich-

mäßige Verteilung des Flüssigkeitsfilms über die gesamte Breite des jeweiligen spiralförmigen Bandes mit einer geringen Anzahl von Kanälen erreicht, obwohl die Höhe der Kontaktstufen und damit die Breite der spiralförmigen Bänder vergrößert ist.

Die Zick-Zack-Stücke in dem Zentrifugaldiinnschichtapparat bewirken darüber hinaus, daß die Bahnlinien der durch die Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern strömenden Gasphase stark gekrümmt sind, wodurch die Gasphase zusätzlich verwirbelt und der Austauschprozeß weiter begünstigt wird.

Da die Anzahl der Kontaktstufen durch die Vergrößerung ihrer Höhe verringert ist, wird entsprechend auch die Anzahl der ringförmigen Flüssigkeitsabscheider reduziert und der Anteil der Innenoberfläche des Gehäuses vergrößert, der mit den von den Kontaktstufen abgegebenen Spritzern und Strahlen beaufschlagt wird. Dadurch wird der Flüssigkeitsfilm an den Wandungen des Gehäuses stärker verwirbelt und somit gleichmäßiger.

Im Ergebnis weist der Zentrifugaldünnschichtapparat nicht nur einen höheren Nutzungsgrad des Arbeitsraumes, sondern auch einen besseren Wirkungsgrad des Stoff- und Wärmeaustauschers auf.

Bevorzugte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Bei der Ausgestaltung eines Zentrifugaldünnschichtapparates nach Anspruch 2 ist die Anzahl der spiralförmigen Bänder und demzufolge die Anzahl der Kanäle in der Nähe der Welle vergrößert, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung der Flüssigkeit in den verschiedenen Kanälen der spiralförmigen Bänder im zentralen Teil der jeweiligen Kontaktstufe erreicht wird, wenn die Flüssigkeit aus dem Ablaßende einer Überlaufrohrleitung unmittelbar auf die oberen umgebördelten Kanten der spiralförmigen Bänder einer sich drehenden Kontaktstufe abgegeben wird.

Die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in den Kanälen der Bänder ist dadurch auch im übrigen Teil der Kontaktstufe gegeben. Die Menge an Flüssigkeit, die je Zeiteinheit auf jedes einzelne spiralförmige Band abgelassen werden kann, wird dadurch erhöht, ohne daß der größte Teil der Flüssigkeit sofort der unteren umgebördelten Kante des spiralförmigen Bandes zustrebt und hauptsächlich nur die unteren Kanäle ausfüllt.

Eine Ausführung der Kontaktstufen nach Anspruch 3 erleichtert die Verteilung des gesamten Flüssigkeitsstromes in die verschiedenen Kanäle der Kontaktstufen.

Eine Ausführungsform gemäß Anspruch 4 führt zu einer noch größeren Verwirbelung des Gasstromes bei seiner Bewegung um die Vorsprünge der Zickzackstükke in den Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern. Dieser Effekt ist besonders für die Vakuumrektifikation bedeutend, wenn die Lineargeschwindigkeiten der Gasphase mehrere 10 m pro Sekunde erreichen.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 5 sichert eine stärker konzentrierte und besser gerichtete Abgabe der Flüssigkeit auf die Innenoberfläche des Gehäuses. Dadurch wird eine besser regulierte Bewegung der Flüssigkeit innerhalb des Apparates erreicht und der Verlust von Flüssigkeit in unerwünschte Richtungen ausgeschlossen.

Mit einer Ausführung nach Anspruch 6 ist es möglich, eine intensive Vermischung von mindestens zwei Flüssigkeitsströmen zu sichern, die aus den Kanälen ein und desselben spiralförmigen Bandes ausgeführt werden, wobei die Vermischung an der Innenwandung des Gehäuses erfolgt. Die Konstruktion der Kontaktstufe erlaubt die Zuführung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Art zu den verschiedenen Kanälen ein und desselben spiralförmigen Bandes. Dadurch kann die Kontaktstufe s zugleich zur Vermischung verschiedener Flüssigkeiten verwendet werden. Wenn die Wandung des Gehäuses gekühlt wird, ermöglicht eine derartige Ausführung gleichzeitig die Abfuhr der Wärme, die sich bei der Vermischung von chemisch ungleichartigen Flüssigkeiten in entwickelt.

Fine Ausführung der Kontaktstufen nach Anspruch 7 fördert die gleichmäßige Verwirbelung des Flüssigkeitsfilms, der an der Innenoberfläche des Gehäuses abfließt. Ist das Gehäuse mit einem beheizbaren Mantel verseis hen. kann der Zentrifugaldünnschichtapparat als Verdampfer verwendet werden. In diesem Fall ist der Stuffund Wärmeaustausch an den spiralförmigen Bändern mit dem Wärmeaustausch an der Innenoberfläche ties Gehäuses verbunden.

Eine Konstruktion der Kontaktstufen nach Anspruch 8 sichert eine einfache und zuverlässige Verteilung der Flüssigkeit in den verschiedenen benachbarten Kanälen der Kontaktstufen.

Eine Konstruktion des Zetrifugaldünnschichtappara- 2Ί tes nach Anspruch 9 trägt zur Steigerung der Wirksamkeit des Stoff· und Wärmeaustauschprozesses in den Kuntakts'.nfen infolge Erhöhung der den ProzeLi treibenden Kraft bei. So gelangen bei der Rektifikation Flüssigkeilsströme mit unterschiedlichem Gehall an jn leichtflüchtiger Komponente in verschiedene benachbarte Kanäle der jeweiligen Kontaktstufc, wobei der Gehalt an der leichtflüchtigen Komponente im Strom um so größer ist. je höher der ihm entsprechende Kanal des spiralförmigen Bandes angebracht ist.
J5 Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine erste Ausführungsform eines Zentrifugaldünnschichtapparates im Längsschniü;

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 von Fig. 1:
F i g. 3 isometrisch ein Element eines spiralförmigen Bandes;

F i g. 4 eine zweite Ausführungsvariante eines Zentrifugaldünnschichtapparates im Längsschnitt;

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V von F i g. 4;
F i g. 6 isometrisch ein Element eines spiralförmigen Bandes der Ausführungsvariante von F i g. 4;

F i g. 7 eine dritte Ausführungsvariante eines Zentrifugaldünnschichtapparates im Längsschnitt;

Fig. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VIII von Fig. 7;

Fig.9 isometrisch ein Element eines spiralförmir»n Bandes der Ausführungsvariante von F i g. 7;

F i g. 10 eine vierte AusführungsVariante eines Zentrifugaldünnschichtapparates im Längsschnitt;
Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie IX-IX von Fig. 10;

Fig. 12 isometrisch das zentrale Ende des spiralförmigen Bandes von F i g. 10;

Fig. 13 noch eine fünfte Ausführungsvariante eines Zentrifugaldünnschichtapparates im Längsschnitt;

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV von Fig. 13;

F i g. 15 isometrisch das zentrale Ende eines spiralförmigen Bandes der Ausführungsvariante von F i g. 13.
Der Zentrifugaldünnschichtapparat der F i g. 1 hat ein senkrechtes zyiinderförmiges Gehäuse 1 mit Einrichtungen zur Einführung von Ausgangsprodukten in das Gehäuse und für das Abführen von Endprodukten daraus.

Zu diesen Einrichtungen gehören ein unterer Rohrunsalz 2 zur Einführung von Gas. ein oberer Rohransat/ 3 zur Einführung von Flüssigkeit, ein oberer Rohransat/. 4 zur Abführung von Gas und ein unterer Rohransatz 5 zur Abführung von Flüssigkeit. Im Gehäuse 1 ist mit Hilfe von Lagern 6 koaxial drehbar eine senkrechte Welle 7 montiert. Das obere Ende der Welle 7 ist mit einer Scheibe 8 versehen, die von einem in der Zeichnung iiicht gezeigten Antrieb eine Drehung auf die Welle 7 überträgt. An der Welle 7 sind in gewisser Entfernung voneinander Kontaktstufen 9 befestigt. Die Kontaktstufen 9 werden von Bändern 10, 11 und 12 (Fig. I und 2) gebildet.

Die Bänder 10, 11 und 12 sind in Form von von der Welle 7 aus auseinandergehenden Spiralen ausgeführt und an ihren Kanten umgebördelt, d. h. die Kanten 13 (F i g. 1 und 2) der Bänder 10,11 und 12 sind in Richtung zur Welle 7 umgebördelt. In der Mitte der Kontaktstufe 9 bilden die Bänder 10,11 und 12 eine sechszehngängige Spirale. Die umgebördelten Kanten 13 dienen zum Halten der Flüssigkeit an der hohlen, das heißt an der der Welle 7 zugekehrten Seite der Bänder 10,11 und 12. Die Bänder 10, 11 und 12 sind mit Hilfe von Radialstangcn 14 an einer zentralen Lagerbüchse 15 befestigt. Die Büchse 15 dient zur Befestigung der Kontaktstufen 9 an der Welle 7. Dadurch drehen sich die Kontaktstufen 9 mit der Welle 7, wobei die Flüssigkeit unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft in Form eines Filmes an der Hohlseite der Bänder 10, 11 und 12 vom Zentrum zur Peripherie der jeweiligen Kontaktstufe 9 strömt. Zwischen den Bändern 10,11 und 12 gibt es Spalten 16 zum Durchlassen von Gas, das mit dem Flüssigkeitsfilm in Berührung kommt.

Die umgebördelten Kanten 13 der Bänder 10, 11 und 12 sind in der Breite mit der Breite des Spaltes 16 vergleichbar. Wenn man von oben auf die Kontaktstufe 9 sieht, überdecken die Kanten 13 der Bänder 10, U und

12 fast vollständig oder sogar ganz die Spalten 16. Dadurch ist die Zuführung von Flüssigkeit unmittelbar auf die oberen Kanten 13 der Bänder 10,11 und 12 möglich, ohne die Gefahr, daß die Flüssigkeit ganz oder teilweise durch die Komaktstufe 9 nach unten durchfällt. Der obere Rohransatz 3, der zur Einführung von Flüssigkeit in das Gehäuse 1 dient, kann zum Beispiel zugleich auch für deren Zuführung unmittelbar zu den oberen Kanten

13 der Bänder 10, 11 und 12 im Zentrum der oberen Kontaktstufe 9 geeignet sein. Dabei ist der unwirksame Abfluß der Flüssigkeit durch die Kontaktstufe 9 ausgeschlossen.

Der Zentrifugaldünnschichtapparat enthält auch eine Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 9 auf die andere. Diese Vorrichtung ist als ringförmiger Flüssigkeitsabscheider 17, der an der inneren Seitenwandung des Gehäuses 1 befestigt ist, und als Überlaufrohrleitung 18 ausgeführt. Der ringförmige Flüssigkeitsabscheider 17 dient zur Aufnahme der Flüssigkeit, die von der darüberüegenden Kontaktstufe 9 abgegeben wird. Daher liegt der ringförmige Flüssigkeitsabscheider 17 etwas niedriger als die entsprechende Kontaktstufe 9. Das Aufnahmeende 19 der Überlaufrohrleitung 18 ist am ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 17 angebracht, ihr Auslaßende 20 über der darunterliegenden Kontaktstufe 9. Die Überlaufrohrleitung 18 dient zur Zuführung der Flüssigkeit aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 17 zu dem zentralen Teil der darunterliegenden Kontaktstufe 9.

Die Bänder 10, 11 und 12 sind mit längslaufenden Zickzackstücken 21 (F i g. 1 und 3) versehen. Die Vorsprung der /ickziickstiKjkc 21 sind .in der hohlen Seile der Bändei· 10, 11 und 12 (Fig. I) angebracht. Die Zick-/ackstückc 21 bilden eine Reihe von in der Höhe benachbarten Kanälen 22 und 23. In der in F i g. 1 gezeig· ten Alisführungsvariante weisen die Zickzackstücke 21 im Längsschnitt die Form eines Halbkreises auf und die Höhe der Zickzackstücke 21 ist wesentlich kleiner als die Größe des Spaltes 16 zwischen den benachbarten Bändern 10,11 und 12.

ίο Das sichert eine Selbstverteilung der Flüssigkeit, die auf die Kontaktstufe 9 abgegeben wird. Dabei füllen die Flüssigkeitsspritzer und -strahlen zuerst den obersten Kanal 22 des Bandes aus, wobei die Flüssigkeit naturgemäß nach unten strebt. Hierdurch strömt die überschüssige Flüssigkeit aus dem oberen Kanal 22 über den Vorsprung des Zickzackstückes 21 in den unteren Kanal 23 der Bänder 10,11 oder 12 und füllt auch diesen aus. Bei beträchtlicher Höhe des Zickzackstückes 21 würde lediglich der obere Kanal 22 gefüllt, und der Zutritt von

2ü Flüssigkeit zu dem unteren Kanal 23 würde durch das Zickzackstück 21 verhindert. Außerdem verursachen die Zickzackstückc 21 eine Krümmung der Bahnlinie des Gasstromes in den Spalten 16 zwischen den Bändern 10, 11 und 12 und sichern damit seine Verwirbelung. Die Bänder 10, 11 und 12 unterscheiden sich in ihrer Länge und enden in verschiedenen Entfernungen von der Welle 7. Dabei sind die Bänder 10, 11 und 12 rings um die Welle 7 in einer sich periodisch wiederholenden Aufeinanderfolge angebracht. Folglich ist die Gangzahl der Spirale aus den Bändern 10,11 und 12 im zentralen Teil der Kontaktstufe 9 gleich sechszehn, an der Peripherie beträgt die Gangzahl vier.

Hierdurch wird der Flüssigkeitsstrom im Zentrum der Kontaktstufe 9 in sechszehn Abzweigungen und an der Peripherie der Kontaktstufe 9 in vier Abzweigungen geteilt. Die umfangsseitigen Enden der Bänder 10 sind dicht an die hohle Seite der Bänder 11 und 12 geführt, wie aus F i g. 2 zu ersehen isi. Die urrifangsseiiien Enden der Bänder 11 grenzen an die Bänder 12 an. Dadurch fließt die Flüssigkeit aus den oberen Kanälen 22 (F i g. 1) der Bänder 10 und 11 in die gleichen oberen Kanäle 22 der Bänder 11 und 12 ab, und die Verteilung der Flüssigkeit in den Kanälen 22 und 23 wird nicht gestört. Die Vergrößerung der Anzahl der Bänder aber und demzufolge auch der Kanäle im Zentrum der Kontaktstufe 9, d. h. an der Zuführungsstelle der Flüssigkeit, trägt zu einer besseren Verteilung der Flüssigkeit in den Kanälen 22 und 23 der Bänder 10, 11 und 12 der gesamten Kontaktstufe 9 bei.

Die Kontaktstufen des Zentrifugaldünnschichtapparates können mit ringförmigen Hülsen versehen werden die mit den in der Höhe benachbarten Kanälen der Bänder kommunizieren. Außerdem können die spiralförmigen Bänder auch eine kompliziertere Konfigurass tion aufweisen.

In einem solchen Fall hat der Austauscher ein senkrechtes Gehäuse 24 (F i g. 4) mit Einrichtungen zur Einführung von Ausgangsprodukten und für die Abführung der Endprodukte aus dem Gehäuse. Diese Einrichtungen umfassen einen unteren Rohransatz 25 für die Einführung von Gas (Dampf), einen oberen Rohransatz 26 für die Einführung von Flüssigkeit (Rücklaufkondensat), einen mittleren Rohransatz 27 für die Einführung von Flüssigkeit (Speisemittel), einen oberen Rohransatz 28 für Abführung von Gas (Dampf) und einen unteren Rohransatz 29 für die Abführung von Flüssigkeit. Irn Gehäuse 24 ist koaxial mit Hilfe von Lagern 30 drehbar eine senkrechte Welle 31 montiert Das obere Ende der

Welle 31 ist mit einer Antriebsscheibe 32 versehen. An der Welle 31 sind Kontaktstufen 33 befestigt, die aus Bändern 34 (F i g. 4 und 5) gebildet sind. Die Bänder 34 sind in Form von von der Welle 31 aus auseinanderlaufenden Spiralen ausgeführt und an ihren Kanten umgebördelt.

Mit längslaufenH.en Zickzackstücken 35 (F i g. 6) sind die Bänder 34 in in der Höhe benachbarte Kanäle 36,37 und 38 unterteilt.

Die Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 33 (Fig.4) auf die andere besteht aus einem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 39 und einer Überlaufrohrleitung 40.

Im unteren Teil des Gehäuses 24 gibt es noch einen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 41, der zum Auffangen der Flüssigkeit geeignet ist, die von der untersten Kontaktstufe 33 abgegeben wird. Der Flüssigkeitsabscheider 41 kommuniziert mit dem Rohransatz 29 für die Abführung der Flüssigkeit.

Die Kontaktstufen 33 sind irr! Zentrum rrsii rifigfcrrTsigen Hülsen 42 versehen. Die ringförmige Hülse 42 kommuniziert mittels Bohrungen 43 mit verschiedenen angrenzenden Kanälen 35, 37 und 38 der Bänder 34. Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, wird jede Kontaktstufe 33 von zwei spiralförmigen Bändern 34 gebildet. Da es auf jedem Band 34 drei benachbarte Kanäle 36, 37 und 38 gibt, weist die Kontaktstufe 33 insgesamt sechs verschiedene Kanäle auf. Demzufolge sind in der ringförmigen Hülse 42 auch sechs Bohrungen 43, je eine Bohrung pro Kanal. ausgeführL

Die ringförmigen Hülsen 42 sind auf die Welle 31 aufgesetzt. Das Auslaßende der Überlaufrohrleitung 40 sowie des Rohransatzes 26 zum Einlaß von Flüssigkeit ist jeweils über einer der ringförmigen Hülsen 42 angebracht. Das sichert eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in die verschiedenen Kanäle 36, 37 und 38 der Kontaktstufen 33.

Die spiralförmigen Bänder 34 sind mittels Radialrippen 44 mit den ringförmigen Hülsen verbunden.

Die Böden der Kanäle 36, 37 und 38 sind gegenüber der Welle 31 geneigt Dabei ist die Berührungslinie 45 (Fig. 6) jedes längslaufenden Zickzackstückes 35 mit dem Boden des darunterliegenden Kanals, zum Beispiel des Kanals 37, weiter von der Welle 31 (F i g. 4) entfernt als die Berührungslinie 46 (Fi g. 6) desselben Zickzackstückes 35 mit dem Boden des darüberliegenden Kanals, zum Beispiel des Kanals 36. Eine derartige Form der Bänder 34 sichert eine gleichmäßige Verteilung des Flüssigkeitsfilmes über ihre Breite, weil bei der Drehung der K.ontaktstufe 33 (Fig.4) eine Zentrifugalkraft entsteht, die den Flüssigkeitsfilm an den oberen Rand der Kanäle 36, 37 und 38 gegen die Wirkung der Schwerkraft drückt. Außerdem ist die Bewegungsbahn des Gasstromes, der die Spalten 47 zwischen den Bändern 34 ausfüllt, stark gekrümmt. Bei den üblichen Geschwindigkeiten der Gasphase entstehen dabei Verwirbelungen in derselben, die den Stoff- und Wärmeaustausch intensivieren.

In einer anderen Ausführungsvariante (F i g. 7) dient der Zentrifugaldünnschichtapparat zur Vakuumrektifikation von Salpetersäure in Gegenwart von Magnesiumnitrat das die Entstehung eines azeotropen Gemisches zwischen der Salpetersäure und dem Wasser verhindert in diesem Fall ist das Gehäuse 48 mit einem oberen Rohransatz 49 zur Einführung von Rücklaufkondensat — konzentrierter Salpetersäure —,einem mittleren Rohransatz 50 zur Einführung von Flüssigkeit — ein Gemisch 60%iger Salpetersäure mit 70%iger Magnesiumnitratschmelze (30% Wasser) — und einem unteren Rohransatz 51 zur Abführung von Magnesiumnitratschmelze, die nur mehr eine geringe Menge von Salpetersäure enthält, versehen. Außerdem dient ein Rohransatz 52 zur Einführung von Wasserdampf, der eine gewisse Menge von Salpetersäure enthält Ein Rohransatz 53 dient zum Abführen, der Dämpfe der konzentrierten Salpetersäure.

Im Gehäuse 48 ist koaxial mit Hilfe von Lagern 54

ίο eine senkrechte Welle 55 drehbar angebracht. An der Welle 55 sind Kontaktstufen 56,57 und 58 unterschiedlicher Konstruktion befestigt. Die obere Kontaktstufe 56 ist konstruktiv gcnuu so wie in einem bekannten Zentrifugaldünnschichtapparat ausgeführt. Sie wird von spiralförmigen Bändern 59 mit umgebördelten Kanten gebildet, die keine Zickzackstücke aufweisen. Die Konlaktstufe 57 ist nicht nur für den Kontaktprozeß zwischen Gas und Flüssigkeit, sondern auch für ein Vermischen von Flüssigkeiten mit inhomogener chemischer

2c Natur vorgesehen, daher wird sie ;™· weiteren als Mischstufe bezeichnet. Sie wird von spiralförmigen umgebördelten Bändern 60 gebildet, die nur mit einem einzigen längslaufenden Zickzackstück 61 versehen sind, wodurch sie in einen oberen 62 und einen unteren Kanal 63 unterteilt sind. Die Mischstufe 57 ist im Zentrum mit zwei konzentrischen Hülsen 64 und 65 versehen, die zur Aufnahme von zwei verschiedenen Flüssigkeiten vorgesehen sind.

Die umfangsseitigen Enden 66 und 67 (Fig. 7 und 8) der Kanäle 62 und 63 sind verengt und auf ein und denselben Abschnitt an der Seitenwandung des Gehäuses 48 gerichtet.

Die Kontaktstufen 58 (Fig. 7) werden von spiralförmigen umgebördelten Bändern 68 gebildet, die mit aus-

J5 reichend hohen längslaufenden Zickzackstücken 69 (F i g. 7 und 9) versehen sind. Die Zickzackstücke 69 sind geriffelt ausgeführt, um eine zusätzliche Verwirbelung der Gasphase hervorzurufen. Die Zickzackstücke 69 bilden an den Bändern 68 einen oberen 70 und einen unteren Kanal 71. Die Umfangsenden der Kanäle 70 und 71 sind verengt. Im Zentrum jeder K ontaktstufe 58 (F i g. 7) ist nur eine ringförmige Hülse 72 mit Bohrung./n 73 zum Auslaß der Flüssigkeit auf die zentralen Enden der unteren Kanäle 71 vorgesehen.

Der Apparat enthält Vorrichtungen zum Überlauf der Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 56,57 und 58 auf die andere. Die Vorrichtung zum Überlauf der Flüssigkeit (konzentrierter Salpetersäure) von der obersten Kontaktstufe 56 auf die Misch-Kontaktstufe 57 besteht

so aus einem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 74 und einer Überlaufrohrleitung 75, deren Auslaßende zur ringförmigen Hülse 64 führt die mit den oberen Kanälen 62 der Bänder 60 kommuniziert. Hierbei dienen die oberen Kanäle 62 zur Aufnahme der konzentrierten Salpetersäure, die von der oberen (Anreicherungs-)Sektion des Austauschers abfließt An die ringförmige Hülse 65 ist der Rohransatz 50 zur Einführung von Speisemittel — eines Gemisches 60%iger Ausgangssäure und 70%iger Magnesiumnitratschmelze — geführt Die ringförmige Hülse 65 ist mit den unteren Kanälen 63 verbunden. Dadurch werden die Kanäle 62 und 63 mit chemisch unterschiedlichen Flüssigkeiten gefüllt Die Enden 66 und 67 der Kanäle 62 und 63 sind so orientiert, daß die unterschiedlichen flüssigen Komponenten, die aus den Kanälen 62 und 63 ausgeworfen werden, an der ir.ieren Oberfläche des Gehäuses 48 vermischt werden. Da sich beim Vermischen der genannten Komponenten Wärme entwickelt, die eine zusätzliche und uner-

wünschte Verdampfung des Gemischs verursachen kann, wird das ringförmige Gebiet des Gehäuses 48, das die Misch-Kontaktstufe 57 umfaßt, mit einem Kühlmantel 76 verse'.en. Unter der Kontaktstufe 57 ist am Gehäuse 48 ein ringförmiger Flüssigkeitsabscheider 77 angeordnet, der mit Überlaufrohrleitungen 78 und 79 verbunden ist.

Die Kontaktstufen 58 sind für den üblichen Stoff- und Wärmeaustausch zwischen den in dem Apparat aufsteigenden Dämpfen der Salpetersäure und dem Dreifachgemisch (Magnesiumnitrat, Salpetersäure, Wasser) geeignet, das die hohle Oberfläche der spiralförmigen Bänder 68 berieselt.

Die Vorrichtung zum Überlauf der Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 58 auf die andere ist in Form von zwei ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern 80 und 81 und zwei Überlaufrohrleitungen 82 und 83 ausgeführt. Die Uberlaufrohrleitung 82 kommuniziert mit dem oberen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 80, der die

97, 98 und 99 und drei Überlaufrohrleitungcn 100, 101 und 102 ausgeführt. Die Uberlaufrohrleitung 100 kommuniziert mit dem oberen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 97, und ihr Auslaßende 103 ist unmittelbar über den oberen Kanälen 90 angebracht, wodurch die aus den oberen Kanälen 90 der darüberliegenden Kontaktstufe 88 abgegebene Flüssigkeit in die gleichen oberen Kanäle 90 der darunterliegenden Kontaktstufe 86 gelangt. Das hohe längslaufende Zickzackstück 89 verhinden den Überlauf der Flüssigkeit aus dem oberen Kanal 90 in den mittleren Kanal 91. Die Überlaufrohrleitung 101 kommuniziert mit dem mittleren ringförmigen Fiüssigkeitsabscheider 98. Ihr Auslaßende 104 liegt über den zentralen Enden 94 (Fig. 12) der mittleren Kanäle 91 der darunterliegenden Kontaktstufc 86 (Fig. 10). Die Überlaufrohrleitung 102 kommuniziert mit dem unteren ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 99. Ihr Auslaßence 105 ist über den zentralen Enden 95 (F i g. 12) der untersten Kanäle 92 angeordnet.

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endet unmitteloar über den oberen Kanten der spiralförmigen Bänder 68, so daß die Flüssigkeit aus der Uberlaufrohrleitung 82 nur in die oberen Kanäle 70 der Bänder 68 gelangt. Das hohe längslaufende geriffelte Zickzackstück 69 verhindert den Überlauf der Flüssigkeit in die unteren Kanäle 71.

Die Überlaufrohrleitung 83 verbindet den unteren ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 81 der einen Kontaktstufe 58 mit der gelochten ringförmigen Hülse 72, die ihrerseits durch die Bohrungen 73 mit den unteren K analen 71 der anderen Kontaktstufe 58 kommuniziert. Hierdurch sind die in unterschiedlicher Höhe liegenden Kanäle 70 und 71 einer Kontaktstufe 58 mit den in der entsprechenden Höhe liegenden Kanälen 70 und 71 der darunterliegenden Kontaktstufe 58 verbunden.

In einer anderen Ausführungsvariante des Zentrifugaldünnschichtapparates wird erfindungsgemäß die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit, in allen Kanälen der jeweiligen Kontaktstufe verbessert.

Der Austauscher hat ein senkrechtes, zylindrisches Gehäuse 84 (F i g. 10), in dem koaxial und drehbar eine Welle 85 mit darauf befestigten Kontaktstufen 86 montiert ist. Das Gehäuse 84 ist mit Einrichtungen zur Einführung von Ausgangsprodukten in das Gehäuse und zur Abführung von Endprodukten daraus versehen.

Da in der Zeichnung nur der mittlere Teil des Austauschers abgebildet ist, sind diese Einrichtungen nicht gezeigt.

Jede Kontaktstufe 86 wird von zwei spiralförmigen Bändern 87 und 88 (F i g. 10 und 11) gebildet, von denen jedes mit zwei längsverlaufenden Zickzackstücken 89 (F i g. 10) versehen ist, die jedes Band 87 oder 88 in drei in der Höhe benachbarte Kanäle teilen, in einen oberen Kanal 90, einen mittleren Kanal 91 und einen unteren Kanal 92. An den zentralen Enden jedes Bandes 87 und 88 sind stufenartige Ausschnitte ausgeführt. Diese Ausschnitte sind so angebracht, daß sich das zentrale Ende 93 (Fig. 12) des oberen Kanals 90 in einer größeren Entfernung von der Welle 85 als das zentrale Ende 94 des mittleren Kanals 91 befindet das seinerseits weiter von der Welle 85 als das zentrale Ende 95 des unteren Kanals 92 entfernt ist.

Die umfangsseitigen Enden 96 (Fig. 10) der Kanäle 90,91 und 92 sind verengt, um ein streng ausgerichtetes Abströmen der Flüssigkeit auf die Wandung des Gehäuses 84 zu sichern. Die Vorrichtung zum Überlauf der Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 86 auf die andere ist in Form von drei ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern Bändern 87, 88(Fi g. 12) sichern einen freien Zutritt für die aus den Auslaßenden 103,104 und 105 der Überlaufrohrleitungen 100, i01 und 102 ausfließenden Flüssigkeitsstrahlen von oben auf die in bezug auf die Kontakt· stufe 86 zentralen Abschnitte der Kanäle 90,91 und 92. Die Kontaktstufe 86 kann auch mit konzentrischen zylindrischen Rohrwänden 106 und 107 versehen werden, die zur Verhinderung des Vermischens der Flüssigkeitsstrahlen untereinander dienen, die aus verschiedenen

jo Überlaufrohrleitungen 100,101 und 102 ausströmen.

Die spiralförmigen Bänder 87 und 88 sind mittels Radialrippen 108 mit einer Zentralbüchse 109 verbunden. Die Büchse 109 dient zur Befestigung der Kontaktstufen 86 an der Welle 85. Die verengten umfangsseitigen Enden 96 der Kanäle 90,91 und 92 sind auf die Gebiete der Innenfläche des Gehäuses 84 gerichtet, die über den ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern 97, 98 und 99 liegen, Das sichert das Auffangen der Flüssigkeit durch die entsprechenden ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 97,98 und 99.

Hierdurch sind die in unterschiedlicher Höhe liegenden Kanäle 90, 91 und 92 der darüberliegenden Kontaktstufe 86 mit den in der entsprechenden Höhe angebrachten Kanälen 90, 91 und 92 der darunterliegenden Kontaktstufe 86 verbunden. Dadurch wird die treioende Kraft des Stoff- und Wärmeaustauschprozesses und demzufolge auch seine Wirksamkeit erhöht.

In einer anderen Variante des Zentrifugaldünnschichtapparates wird für eine verbesserte Vermischung des Filmes an der inneren Oberfläche des Gehäuses gesorgt. Dieser Apparat kann nicht nur für den Stoff- und Wärmeaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit, sondern auch für das Verdampfen des Flüssigkeitsfilms unter der Bedingung intensiver Vermischung ein- gesetzt werden.

Der Apparat weist ein senkrechtes zylindrisches Gehäuse 110 (F ig. 13) auf, indem koaxial und drehbar eine Weile 111 mit darauf befestigten Kontaktstufen 112 und

113 montiert ist. Das Gehäuse 110 ist mit Einrichtungen bo zur Einführung von Ausgangsstoffen in das Gehäuse und zur Abführung von Endprodukten daraus versehen. Diese Einrichtungen umfassen einen oberen Rohransatz

114 zur Einführung der Flüssigkeit, einen unteren Rohransatz 115 zur Abführung der Flüssigkeit und einen

b5 oberen Rohransatz 116 zur Abführung des innerhalb des Gehäuses 110 entstandenen Dampfes ein.

Die obere Kontaktstufe 112 wird durch die an den Kanten umgebördelten spiralförmigen Bänder 117 ge-

bildet, die keine Zickzackstücke aufweisen, und dient zur Teilung des gesamten Flüssigkeitsstro-nes, der aus dem Rohransatz 114 abgegeben wird, in vier gleiche Ströme. Entsprechend ist rings um die Kontaktstufe 112 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 110 ein Flüssigkeitsabscheider 11? angebracht, der durch Quertrennwände 119 (Fig. 14) in vier gleiche Segmente 120 geteilt ist, die jeweils mit Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124, die unterschiedliche Länge aufweisen, versehen sind. Auf diese Weise wird durch die Kontaktstufe 112 (Fig. 13) und durch die Segmente 120 (Fig. 14) des ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders 118(Fi g. 13) eine gleichmäßige Zuführung der Flüssigkeit zu allen vier Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124 (Fig. 14) gewährleistet Jede Kontaktstufe 113 wird von vier spiralförmigen Bändern 125 gebildet, von denen jedes mit drei längslaufenden Zickzackstücken 126 versehen ist, die jedes Band 125 in vier Kanäle 127,128,129 und 130 teilen. Außerdem sind an jedem Band 125 stufenartige Ausschnitte ausgeführt. Diese Ausschnitte sind derartig angeordnet, daß die zentralen Enden 131, 132,133 und 134 (Fig. 15) der Kanäle 127, 128, 129 und 130 in verschiedener Entfernung von der Welle 111 liegen.

Die genannten Ausschnitte sichern einen freien Zutritt für die aus den Überlaufrohrlcitungen 121,122,123 und 124 ausströmenden Flüssigkeitsstrahlen von oben auf die in bezug auf die Kontaktstufe 113(Fi g. 13) zentralen Abschnitte der Kanäle 127,128,129 und 130.

Die Kontaktstufe 113 kann auch mit konzentrischen zylindrischen Rohrwänden 135, 136 und 137 versehen sein, die zur Verhinderung des Vermischens der Flüssigkeitsstrahlen dienen, die aus den verschiedenen Überlaufrohrleitungen 121.122,123 und 124 austreten.

Die spiralförmigen Bänder 117 sind mit Hilfe von Radialrippen 138 mit einer Büchse 139 verbunden. Die spiralförmigen Bänder 125 sind mittels Radialrippen 140 mit einer Büchse 141 verbunden. Die Büchsen 139 und 141 dienen zur Befestigung der Kontaktstufen 112 und 113 an der Welle 111.

Die umfanesseitigen Enden 142, 143, 144 und 145 (F i g. 14) der Kanäle 127,128, 129 und 130 sind verengt und in der Höhe verteilt, das heißt so ausgeführt, daß ihre Abgabekanten 146 (Fig. 13) in verschiedenen Querschnitten des Gehäuses 110 liegen. Das gilt auch für die Kanäle, die in ein und derselben Höhe angeordnet sind. Die unteren Kanäle 130 der spiralförmigen Bänder 125 weisen zum Beispiel verengte umfangsseitige Enden 142 und 143 auf,genau so wie die auf Fig. 13 nicht gezeigten uinfangsseitigen Enden 144 und 145, deren Auslaßenden 146 in verschiedenen Ebenen liegen, das heißt in der Höhe verteilt sind. Eine derartige Konstruktion der Kontaktstufe 113 sichert eine gleichmäßige Verwirbelung des Flüssigkeitsfilmes der an der inneren Oberfläche des Gehäuses 110 abfließt. Wenn das Gehäuse 110 mit einem externen Heizmantel 147 versehen ist, wird ein intensiver Wärmeaustausch im Film an der inneren Oberfläche des Gehäuses UO erreicht und die Flüssigkeit verdampft.

Zum Sammeln der Flüssigkeit, die von der Kontaktstufe 113 abgegeben wird, ist ein etwas tiefer angebrachter Flüssigkeitsabscheider 118 mit vier Quertrennwänden 119(F ig. 14) vorgesehen, die diesen in vier gleiche Segmente 120 teilen. Die Segmente 120 kommunizieren mit den Überlaufrohrlcitungen 121, 122. 123 und 124, die zu der darunterliegenden Kontaktsttifc 113 geführt sind.

Der Zentrifugaldünnschichtapparat in der in K i g. I abgebildeten Variante hat folgende- Funktionsweise:

Die Welle 7, auf der die Kontaktslufen 9 befestigt sind, wird von einem in der Zeichnung nicht gezeigten Antrieb in Drehung versetzt. Die Flüssigkeit wird durch den oberen Rohransatz 3 auf die obere Kontaktstufe 9 gegeben. Dabei wird der Flüssigkeitsstrahl durch die Kanten 13 der spiralförmigen Bänder 10, 11 und 12 in kleine Spritzer gebrochen, die unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte die hohle Oberfläche der Bänder 10, 11 und 12 berieseln. Die Flüssigkeit füllt die oberen Kanäle 22 der Bänder 10,11 und 12 aus. Die überschüssige Flüssigkeit strömt über die vorspringenden längslaufenden Zickzackstücke 21 in die unteren Kanäle 23 der Bänder 10, 11 und 12 über. Die Flüssigkeit bewegt sich in Form eines Filmes längs der Bänder 10,11 und 12 is unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufen 9. Von den umfangsseitigen Enden der Bänder 10 strömt die Flüssigkeit auf die Bänder 11 und von den Enden der Bänder 11 auf die Bänder 12 ab. Danach wird die Flüssigkeit auf die innere Oberfläche des Gehäuses 1 geschleudert Von dort fließt die Flüssigkeit in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 17 ab und gelangt durch die Oberiaufrohrlcitung 18 auf die darunterliegende Kontaktstufe 9. Die von der untersten Kontaktstufc 9 abgegebene Flüssigkcit wird durch den Rohransatz 5 aus dem Gehäuse 1 herausgeführt. Das Gas tritt in das Gehäuse 1 durch den Rohransatz 2 ein, strömt in den Spalten 16 zwischen den spiralförmigen Bändern 10, 11 und 12 hindurch und kommt mit dem FMssigkeitsfilm in Berührung, der die Bänder 10,11 und 12 benetzt Dabei wird das Gas infolge der durch die Zickzackstücke 21 verursachten Verwirbelung durchmischt, wodurch auch die Intensität des Stoff- und Wärmeaustausches erhöht wird. Durch den Rohransatz 4 wird das Gas wieder aus dem Apparat entfernt

Analog ist die Funktionsweise des in F i g. 4 abgebildeten Zentrifugaldünnschichtapparates. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß die Flüssigkeit aus der Überlaufrohrleitung 40 und dem Rohransatz 26 in gelochte ringförmige Hülsen 42 eintritt, von wo aus sie durch Bohrungen 43 in verschiedene Kanäle 36,37 und 38 verteilt wird. Außerdem ist das Gehäuse 24 in seiner Mitte noch mit einem Rohransatz 27 für die Einführung von Flüssigkeit versehen. Der Apparat ist zur Durchführung einer Rektifikation vorgesehen. Der Rohransatz 27 dient zum Eintritt des getrennten flüssigen Gemisches, der Rohransatz 26 für die Zuführung von Rücklaufkondcnsat.

Der Zentrifugaldünnschichtapparat in der in F i g. 7 abgebildeten Variante kann zur Durchführung eines Rektifikationsprozesses, z. B. der Salpetersäure in Gegenwart von Magnesiumnitrat unter Vakuum eingesetzt werden. Das Rücklaufkondensat (konzentrierte Salpetersäure) tritt durch den Rohransatz 49 in den Austauscher ein und gelangt auf die obere Kontaktstufe 56, von der es dann in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 74 abgegeben wird. Aus diesem wird die Flüssigkeit durch die Überlaufrohrleitung 75 der ringförmigen Hülse 64 und weiter den oberen Kanälen 62 der Bänder 60 zugeführt. Durch die verengten Enden 66 der oberen Kanäle 62 wird die Flüssigkeit auf die Wandungen des Gehäuses 48 gerichtet. Während der Bewegung der Flüssigkeit durch die Kontaktslufen 56 und 57 erfolgt eine allmähliche Anreicherung der schwersiedcnt> 5 den Komponente — Wasser — in derselben infolge des Kontaktprozesses mit dem Gegenstrom der Dämpfe. Durch den Rohransat/. 50 tritt die konzentrierte 60%ige Aiisgiingssalpctcrsiiiirc. vermischt mit etwas Magncsi-

umniiratschmelze, in die ringförmige Hülse 63 ein und gelangt durch die Bohrungen 73 auf die zentralen Enden der unteren Kanäle 63 der Kontaktstufe 57. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte strömt sie in Form eines Filmes längs der Kanäle 63. Durch die verengten Enden 67 der unteren Kanäle 63 wird das genannte Gemisch auf denselben ringförmigen Abschnitt der Wandung des Gehäuses 48 wie auch aus den verengten Enden 66 der oberen Kanäle 62 die Salpetersäure geleitet Auf diesem Wandabschnitt erfolgt eine intensive Vermischung der beiden Ströme. Da dabei die Konzentration des Magnesiumnitrats etwas verringert wird erwärmt sich das entstehende Flüssigkeitsgemisch. Der Überschuß an Wärme wird mittels des Kühlmantels 76 abgeführt Die Temperatur des Gemisches bleibt so unter Kontrolle. Dieses Gemisch sammelt sich im ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 77. Durch die Oberlaufrohrleitung 78 wird die Hälfte dieses Gemisches unmittelbar in die oberen Kanäle 70 der Kontaktstufe 58 abgeführt Die andere Hälfte des Gemisches fließt durch die Überlaufrohrleitung 79 in die gelochte ringförmige Hülse 72 ab, die mit den unteren lCanälen 71 der gleichen Kontaktstufe 58 kommuniziert Aus den oberen Kanälen 70 wird die Flüssigkeit danach in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 80 und aus den unteren Kanälen 71 in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 81 abgegeben. Aus dem ringförmigen Flüssigkeilsabscheider 80 tritt die Flüssigkeit durch die Überlaufrohrleitung 82 in die oberen Kanäle 70 der darunterliegenden Kontaktstufe 58 ein. Aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 81 gelangt die Flüssigkeit durch die Überlauf rohrleitung 83 und durch die ringförmige Hülse 72 in die unteren Kanäle 71 der gleichen Kontaktstufc 5JL Aus dem unteren Teil des Austauschers wird die Flüssigkeit, die nur mehr eine geringe Menge der Salpetersäure enthält, durch den Rohransatz 51 abgeführt. Ein hauptsächlich aus Wasser bestehender Dampf tritt in das Gehäuse 48 durch den Rohransatz 52 ein, durch den Rohransatz 53 werden die Dämpfe der konzentrierten Salpetersäure abgeführt

Der Zentrifugaldünnschichtapparat, der in Fig. 10 abgebildet ist, hat folgende Funktionsweise:

Das Gas strömt im Austauscher von unten nach oben und kommt mit dem Flüssigkeitsfilm in Berührung, der die Kanäle 90,91 und 92 der Kontaktstufen 86 benetzt. Die Flüssigkeit wird von der Kontaktstufe 86 in verschiedenen Ebenen abgegeben, so daß die Flüssigkeit aus den Kanälen 90,91 und 92 in die ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 97, 98 bzw. 99 gelangt. Durch die Überlaufrohrleitungen 100,101 und 102 fließt die Flüssigkeit auf die tiefer liegende Stufe 86 ab.

Der Zentrifugaldünnschichtapparal in der in Fig. 13 abgebildeten Variante kann nicht nur für den Stoffaustausch, sondern auch für das Verdampfen des Flüssigkeitsfilms eingesetzt werden.

Die Flüssigkeit gelangt durch den Rohransatz 114 auf die obere Kontaktstufe 112, von der sie auf die Wandungen des Gehäuses 110 geschleudert wird. Sie fließt dann in die Segmente 120 des ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders 118 ab. Durch die Überlaufrohrleitungen 121, 122,123 und 124(Fig. H) tritt die Flüssigkeit unmittelbar in die verschiedenen Kanäle 127, 128, 129 und 130 (Fig. 13) der darunterliegenden Kontaktsiufe 113 ein. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft fließt die Flüssigkeit durch die Kanäle 127. 128,129 und 130 vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufe 113. Durch die umfangsseitigen Enden 142, 143, 144 und 145 (Fig. 14) der Kanäle 127. 128, 129 und 130 (Fig. 13) wird die Flüssigkeil in verschiedenen Ebenen auf die innere beheizte Oberfläche des Gehäuses 110 abgeschleudert Dabei entsteht dort ein gleichmäßig verwirbelter RIm siedender Flüssigkeit Der nicht verdampfte Teil der Flüssigkeit wird im ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 118 gesammelt und einer weiteren Kontaktstufe 113 zugeleitet Der Flüssigkeitsrückstand wird aus dem Apparat durch den Rohransatz 115 abgeführt Der entstandene Dampf wird durch den Rohransatz 116 ent fernt Innerhalb des Gehäuses 110 erfolgt auf den berie selten ringförmigen Bändern 125 der Kontaktprozeß zwischen Dämpfen und dem Rüssigkeitsnim. Da bei der Destillation von Flüssigkeitsgemischen der Siedepunkt der Flüssigkeit beim Verdampfen schrittweise ansteigt, ist die Temperatur der aus dem unteren Teil des Apparates hochsteigenden Dämpfe höher als die Temperatur der Flüssigkeit auf den obenliegenden Kontaktstufen 86. Eine Überhitzung des Dampfes wird infoJ^s seines Kontaktes mit dem Flüssigkeitsfilm vermieden, der da bei teilweise verdampft Die aus dem Apparat zu entfer nenden Dämpfe sind bereits nicht mehr überhitzt

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Zentrifugaldünnschichtapparat, bestehend aus einem senkrechten Gehäuse mit Mitteln zur Einfüh- ·> rung von den am Prozeß beteiligten Ausgangsprodukten in das Gehäuse und zur Abführung von Endprodukten aus dem Gehäuse, aus einer senkrechten Welle, die im Gehäuse drehbar aufgestellt wird, aus einigen Kontaktstufen, die an der Welie befestigt und von Bändern gebildet werden, die in Form von von der Welle aus auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und an den Kanten in Richtung zur Welle umgebördelt sind, sowie aus mindestens einer Vorrichtung zum Oberlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe auf die andere, die in Form eines an der inneren Seitenwandung des Gehäuses befestigten ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders zur Aufnahme von Flüssigkeit, die von der obenliegenden Kontaktstufe abströmt, und einer Überlaufrohrleitung ausgeführt ist, deren Aufnahmeende mit dem ringförmigen Fiüssigkeitsabscheider kommuniziert und deren Auslaßende über der darunterliegenden Kontaktstufe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (34) mit längslaufenden Zickzackstücken (35) versehen sind, deren Vorsprünge an der hohlen Seite der Bänder (34) angebracht sind und die eine Reihe in der Höhe angrenzender Kanäle (36, 37, 38) bilden, wobei die Böden der benachbarten Kanäle gegenüber der Welle (31) geneigt und so angebracht sind, daß die Berührungslinie (45) jedes .Tickzackstückes (35) mit dem Boden des darunterliegenden Kanals (yi oder 38) weiter von der Welle (31) entfernt ist als die Berührungslinie (46) desselben Zickzackstücke·- {35) mit dem Boden des darüberliegenden Kanals (S6 bzw. 37).

2. Zentrifugaldünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktstufe (9) Bänder (10,11 und 12) enthält, die sich in der Länge unterscheiden und in verschiedener Entfernung von der Welle (7) enden, wobei die Bänder (10,11 und 12) unterschiedlicher Länge rings um die Welle (7) in periodischer Aufeinanderfolge angeordnet sind.

3. Zentrifugaldünnschichtapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktstufen (33) mit ringförmigen Hülsen (42) versehen sind, die im zentralen Teil der Kontaktstufen (33) koaxial zur Welle (31) unter den Auslaßenden der Überlaufrohrleitungen (40) liegen und mit benachbarten Kanälen (36,37 und 38) der Bänder (34) kommunizieren, die die Kontaktstufen (33) bilden.

4. Zentrifugaldünnschichtapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längslaufenden Zickzackstücke (69) geriffelt ausgeführt sind.

6'. Zentrifugaldünnschichtapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsseitigen Enden (6§ und 67) benachbarter Kanäle (G2 und 63) verengt ausgeführt sind. ts

6. Zentrifugaldünnschichtapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verengten periphcrischen Enden (66 und 67) von mindestens zwei benachbarten Kanälen (62 und 63) eines spiralförmigen Bandes (60) der Kontaktstufe (57) auf t>5 ein und denselben Abschnitt der Wandung des Gehäuses (48) gerichtet sind.

7. Zentrifugaldünnschichtapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktstufe (113) einige Bänder (125) enthält, wobei die verengten umfangsseitigen Enden (142,143,144 und 145) der Kanäie (127, 128, 129 und 130), die in der gleichen Ebene liegen, in der Höhe verteilt sind.

8. Zentrifugaldünnschichtapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den zentralen Enden von Bändern (87 und 88) der Kontaktstufen (86) stufenartige Ausschnitte ausgeführt sind, die so angeordnet sind, daß benachbarte Kanäle (90, 91 und 92) der Bänder (87 und 88) in einer desto größeren Entfernung von der Welle (85) beginnen, je höher die Ebene der Anbringung dieser Kanäle (90,91 und 92) Hegt, wobei die Auslaßenden (103, 104 und 105) der Überlaufrohrleitungen (100, 101 und 102) den Anfangsabschnitten der angrenzenden Kanäle (90,91 und 92) zugeführt sind.

9. Zentrifugaldünnschichtapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß rings um jede Kontaktstufe (86) an der inneren Seitenwandung des Gehäuses (84) einige ringförmige Fiüssigkeitsabscheider (97,98 und 99) befestigt sind, deren Anzahl der Anzahl der angrenzenden Kanäle (90,91 und 92) des Bandes (87,88) gleich ist, und die für getrennte Aufnahme von Flüssigkeit aus den in verschiedener Höhe liegenden Kanälen (90, 91 und 92) dienen und mittels Überlaufrohrlenungen (100, 101 und 102) mit den in entsprechender Höhe angebrachten angrenzenden Kanälen (90,91 und 92) der darunterliegenden Kontaktstufe (86) kommunizieren.