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Dünnschichtverdampfer
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Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdampfer zum thermischen
Behandeln von fließfähigen Stoffen, bestehend aus einem doppelwandigen, beheizten
Rohr als Verdampferteil mit einem zentrisch darin angeordneten Rührsystem aus Flügeln,
die an einer drehbaren Welle befestigt sind, jeweils mindestens einem Produkteintritt
und einen Rückstandablaß sowie einem Brüdenabzugsstutzen.
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Dünnschichtverdampfer dienen zum schnellen Eindampfen vor allem temperaturempfindlicher
oder schäumender Lösungen.
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Wegen der Temperaturempfindlichkeit der einzudampfenden Stoffe wird
die Verdampfungstemperatur im Dünnschichtverdampfer so niedrig wie möglich gehalten.
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Die Verdampfungstemperatur ist abhängig vom Druck im Dünnschichtverdampfer,
dieser wieaerum ist abhängig von der Kondensationstemperatur im nachgeschalteten
Brüdenkondensator und dem Druckverlust in der Brüdenleitung. Da die Kondensationstemperatur
vorgegeben ist, ist der Druckverlust in der Brüdenleitung von besonderer Bedeutung
für eine wirtschaftliche Arbeitsweise des Dünnschichtverdampfers.
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Die bei der Verdampfung entstehenden Brüden werden durch das Rührsystem
in Rotation versetzt. In herkommlicnen Dünnschichtverdampfern wird aiese Strömung
durch die
Einbauten der Tröpfchenabscheider und vor allem durch
die rechtwinklige Umlenkung des Brüdenstroms in den radial angeflanschten Brüdenabzugsstutzen
stark abgebremst. Ein erhöhter Druckverlust ist die Folge, der in der Regel durch
ein Radialgebläse in dem zylindrisch-konischen Aufsatz auf dem Verdampferteil ausgeglichen
werden muß. Dieses Radialgebläse erfordert zusätzliche Antriebsenergie.
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Ungünstig auf den Brüdenabzug wirken sich außerdem die Einbauten aus,
die als Abscheider für mitgerissene Tröpfchen dienen. Es besteht die Gefahr, daß
aus diesen Tröpfchen Stoffe auskristallisieren und die Tröpfchenabscheider zusetzen
Das bedeutet zunächst einen Druckverlust im Brüdenabzugsstutzen, der mit steigender
Verschmutzung der Tröpfchenabscheider zunimmt. Hat sich ein Tröpfchenabscheider
durch Ablagerungen zugesetzt, muß der Dünnschichtverdampfer stillgelegt und gereinigt
werden. Das ist eine zeitaufwendige Arbeit, die außerdem eine Produktionsunterbrechung
verursacht.
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Die DE-PS 20 27 357 zeigt einen Dünnschichtverdampfer, aer einen besonders
ausgebildeten Tröpfchenabscheider aufweist, der einerseits die mit den Brüden mitgerissenen
Tröpfchen möglichst vollständig abscheiden, aber andererseits die Brüdenströmung
möglichst nicht beeinträchtigen soll. Dieser konstruktiv aufwendige Aoscheider ist
im Vergleich zu den Flügeln des Verdampferteils relativ groß und erfordert deshalb
einen entsprechend hohen Anteil der erforderlichen Antriebsenergie. Außerdem können
sich an den Abscheiderflügeln Ablagerungen bilden, was für den Reinigungsvorgang
ein Stillsetzen des Verdampfers erfordert. Ungünstig ist auch die rechtwinklige
Ablenkung der Brüdenströmung in das enge Brüdenaustrittsrohr, was die Strömung stark
stört und zwangsläufig zu Druckverlusten führen muß.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Dünnschicntverdampfer vorzustellen,
der die oben gescniiderten Nachteile nicht aufweist. In diesem Dünnschichtverdampfer
sollen keine nennenswerten Druckverluste mehr auftreten und der Brüdenabzug soll
nicht durch Einbauten zur Tröpfchenabscheidung in seiner Wirkung oehindert werden.
Außerdem soll das zusätzliche Antriebsenergie benötigende Radialgebläse entfallen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Brüdenabzugsstutzen
als Rohrkrümmer ausgebildet und auf dem Verdampferteil aufgesetzt ist und den gleichen
oder annähernd den gleichen Innendurchmesser aufweist wie die innere Rohrwandung
des Verdampferteils.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht der erfindungsgemäße Brüdenabzugsstutzen
einen Brüdenabzug fast ohne Druckverluste, da der Strömungsquerschnitt gleich bleibt
und für die durch das Rührsystem in Rotation versetzten Brüden keine abrupte Änderung
der Strömungsrichtung auftritt. Sus den rotierenden Brüden werden die eventuell
mitgerissenen Tröpfchen vorteilhaft auch ohne Einbauten, allein durch die Fliehkraft,
abgeschieden. Außerdem lassen sich kostengünstig handelsübliche, vorgefertigte Rohrkrümmer
verwenden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Rohrkrümmer des
Brüdenabzugsstutzen aus Rohrsegmenten zusammengesetzt. Rohrsegmente können in einfacher
Weise aus handelsüblichen Rohren ausgeschnitten und nach entsprechender Drehung
der Segmente so wieder zusammengesetzt werden, beispielsweise durch Verschweißen,
daß ein Rohrkrümmer entsteht. Das bisher übliche Herstellen des zylindrisch-konischen
Aufsatzes auf dem Verdampferteil durch Ausschneiden aus Blechtafeln, Biegen, Verschweißen
und Bestücken mit Flanschen entfällt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Brüden abzugsstutzen
ein Wellendurcntührungsstutzen aufgesetzt.
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Dieser Stutzen nimmt in vorteilhafter Weise die
Lagerung
der Welle des Rührsystems auf uno aient gleichzeitig zur Anflanscnung des Rünrsystem-Antriebs.
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Der erfindungsgemäße Brüdenabzugsstutzen zeichnet sich in vorteilhafter
Weise dadurch aus, daß er keine Tröpfchenabscheider und/oder andere Einbauten aufweist.
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Dadurch wird vermieden, daß der Brüdenstrom abgebremst wird und erhöhte
Druckverluste auftreten. Außerdem können sich keine Ablagerungen mehr bilden, die
die Tröpfchenabscheider oder andere Einbauten mit der Zeit zusetzen.
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Tröpfchenabscheider sind in dem erfindungsgemäßen Dünnschichtverdampfer
in der Regel nicht erforderlich, weil die Brüden oberhalb des Verdampferteils weiterrotieren
und sich dadurch infolge der Zentrifugalkraft eventuell von den Brüden mitgerissene
Tröpfchen an der Wandung des Brüdenabzugsstutzens niederschlagen und in den Verdampferteil
zurückfließen. Soll eine weitergehende Abtrennung auch feinster Tröpfchen erfolgen,
kann am Brüdenabzugsstutzen ein handelsüblicher Tröpfchenabscheider angeflanscht
werden.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels wird der erfindungsgemäße Dünnschichtverdampfer
mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen näher erläutert.
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Der dargestellte Dünnschichtverdampfer weist einen Verdampferteil
1 auf, dem ein Brüdenabzugsstutzen 2 in Form eines Rohrkrümmers aus zusammengeschweißten
Rohrsegmenten aufgesetzt ist. Im vorliegenden Beispiel wurde aus einem Rohr ein
Teil so ausgeschnitten, daß die beiden Schnitte einen Winkel von 450 zueinander
bilden. Nach einer Drehung um 1800 und Verschweißen der Kanten mit den verbleibenden
Rohrteilen ergibt sich ein rechtwinkliger Rohrkrümmer.
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Der Rohrkrümmer kann den Anforderungen entsprechend auch so ausgebildet
sein, daß er sich vom Verdampferteil zum
Anschlußstutzen hin so
verjüngt, daß keine Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse auftreten.
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Der Verdampferteil 1 besteht aus einem doppelwandigen Rohr 3, das
mit Dampf oder einem anderen Wärmeträger beheizt wird, der in den Stutzen 4 am oberen
Ende des Verdampferteils einströmt und mit dem durch die Abkühlung entstandenen
Kondensat das Rohr 3 am unteren Ende durch den Stutzen 5 verläßt. An dem Rohr 3
sind Stützen 20 angebracht, mit denen der Dünnschichtverdampfer an Wandungen oder
Vorrichtungen befestigt werden kann.
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In dem Rohr 3 rotiert zentrisch ein Rührsystem 6, bestehend aus einer
Welle 7, an deren Flansche 11 Flügel 8 über durchlöcherte Scheiben 9 oder Ringe
beweglich angebracht sind. Die Flügel können auch starr an der Welle befestigt sein.
Die Flügel 8 streifen über die Innenfläche des Rohres 3 und sorgen für einen gleichmäßig
dünnen Produkt film.
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Die zu behandelnden Stoffe, das Rohprodukt, wird über den Produkteintritt
18 dem Dünnschichtverdampfer aufgegeben.
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Ein dem Produkteintritt 18 gegenüberliegender Verteilerring 10, der
auf der Welle 7 sitzt, schleudert das Rohprodukt gegen die Innenfläche des Rohres
3, an der es abwärts läuft. Dort wird es von den Flügeln 8 zu einem dünnen Film
verteilt, das gewünschte Produkt veraampft und steigt als Brüden in dem Verdampferteil
1 nach oben.
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Das Rührsystem 6 versetzt die Brüden in Rotation, die sich im Brüdenabzugsstutzen
2 fortsetzt und zu einer Zentrifugalabscheidung eventuell mitgerissener Tröpfchen
führt. Der Brüdenabzugsstutzen bietet die Möglichkeit, zu Fein- und Feinstabscheidung
von Tröpfchen einen handelsüblichen Tröpfchenabscheider anzuschließen, der nach
dem Zusetzen zum Reinigen leicht ausgewechselt werden kann.
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Die Welle 7 des Rührsystems 6 ist mehrfach geteilt und die Teilstücke
sind durch Flansche 11 miteinander verbunden.
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Diese Bauart bietet besondere Vorteile beim Auswechseln der Flügel
8. Bisher mußte die Welle in kompletter Länge nach oben herausgezogen werden, wenn
die Flügel 8 verschlissen waren. Die herkömmliche Bauart erforderte deshalb eine
entsprechende Gebäudehöhe und einen aufwendigen Ein- und Ausbau.
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Beim erfindungsgemäßen Dünnschichtverdampfer erfolgt der Ausbau der
Welle 7 nach unten. Die Welle 7 ist zweifach gelagert. Die obere Lagerung erfolgt
in einem Lager 12, das auf dem Wellendurchführungsstutzen 13 angeflanscht ist. An
dem Wellenlager 12 sind die Riemenscneioen 14 für den Antrieb der Welle befestigt.
Der Antrieb kann auch über einen direkt aufgesetzten Getriebemotor erfolgen, dessen
Abtriebsdrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Bereichs stufenlos regelbar ist.
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Nach Abflanschen der Riemenscheibe 14 und Abschrauben der unteren
Verschlußplatte 15 mit dem unteren Wellenlager 16 und dem Rückstandablaß 17 kann
die Welle 7 nach unten abgelassen und in ihre Teilstücke zerlegt werden. Da die
Dünnschichtverdampfer in der Regel etwa 2 Meter über;dem Boden angebracht sind,
läßt sich die Welle 7 bei entsprechender Unterteilung leicht zerlegen und ausbauen.
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Zur Kontrolle und als Montagehilfe weist der Wellendurchführungsstutzen
13 ein Handloch 19 auf.
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- L e e r s e i t e -