DE3941278A1 - Fallstromverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fallstromverdampfer mit einem Behältermantel, einem oberen und einem unteren Behälterboden, einem oberen und einem unteren Rohrboden mit darin eingelassenen Verdampferrohren, einem oder mehreren Dampfzuführstutzen, sowie einem oberen Brüdenraum mit Entgasungsstutzen und einem unteren Brüdenraum ebenfalls mit Entgasungsstutzen, mit einer Saftzuführung und einem Brüdenabzug. Solche Verdampfer dienen dazu, Lösungen oder Suspensionen durch Verdampfen eines Teils der darin enthaltenen Flüssigkeit zu konzentrieren. Mit derartigen Verdampfern wird insbesondere in der Zuckerindustrie der Saft eingedickt.

Es sind Fallstromverdampfer bekannt, bei denen die Brüdenkammer den unteren Teil der Heizkörper ringförmig umgibt (beschrieben beispielsweise in DE-GM 19 92 031). Diese Ausführungsform hat den Nachteil, daß aufgrund des vergrößerten Brüdenraumdurchmessers der Platzbedarf solcher Verdampfer sehr groß ist, wobei die Tatsache, daß dies besonders für die Grundfläche gilt, am schwersten ins Gewicht fällt.

Zur Verringerung des Grundflächenbedarfes wurden Fallstromverdampfer mit durchgehend gleichem Durchmesser konstruiert (ein Beispiel dafür ist DE-AS 11 14 784). Bei dieser Art Verdampfer wird der zu konzentrierende Saft als entspannter Saft in den Verdampferkopf eingeführt und auf die Verdampferrohre verteilt. Mit dem innerhalb der Brüdenkammer vorgesehenen Abscheider werden die Tropfen des konzentrierten Saftes von den Brüden abgeschieden. Ein weiteres Beispiel eines Fallstromverdampfers mit Abscheider innerhalb der Brüdenkammer ist aus US-PS 44 15 407 bekannt.

Der bei der Zuckerherstellung aus der Saftfabrikation ankommende Saft muß entspannt werden, bevor er in den Fallstromverdampfer eingeführt wird. Entweder wird der Saft außerhalb des Fallstromverdampfers oder aber innerhalb des Verdampferkopfes entspannt. Im letzteren Falle muß der Verdampferkopf gegenüber der Heizkammer mit einem größeren Durchmesser ausgebildet werden. Eine Weiterentwicklung stellt demgegenüber ein Fallstromverdampfer nach DE-PS 34 09 658 dar. Bei diesem Fallstromverdampfer ist bei reduziertem Platzbedarf eine Entspannung des überhitzten Saftes in der Brüdenkammer vorgesehen, in der gleichzeitig mit einfachsten Mitteln eine Trennung der Brüden vom konzentrierten Saft durchgeführt wird.

Nachteil der bekannten Fallstromverdampfer ist, daß eine wirksame Abscheidung der Safttropfen aus den Brüden entweder mit erhöhtem Platzbedarf, der besonders störend ist, wenn er sich als Stell- oder Grundflächenbedarf auswirkt, oder mit hohem konstruktivem und technischem Aufwand erkauft werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Mitteln die Tropfenabscheidung aus den Brüden zu verbessern, die Bauhöhe zu minimieren und gleichzeitig die Herstellkosten zu senken.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Fallstromverdampfer der eingangs beschriebenen Art der untere Rohrboden im Durchmesser kleiner als der obere Rohrboden ausgeführt und mit einem Innenmantel verbunden ist, der die Verdampferrohre umschließt, daß dieser Innenmantel an der Unterseite des oberen Verdampferbodens befestigt ist und mit dem Behältermantel einen Ringraum bildet, daß unmittelbar unterhalb des Dampfzuführstutzens zwischen Behältermantel und Innenmantel ein Trennblech angeordnet ist, das den Ringraum in eine Dampfkammer und eine Brüdenkammer unterteilt, wobei letztere mit dem unteren Brüdenraum in Verbindung steht und daß der untere Rohrboden mit einem nach unten durch den unteren Behälterboden hindurchgeführten, zentrischen Kondensatrohr verbunden ist.

Bei einem Fallstromverdampfer dieser Art ergeben sich insbesondere bei großen Baueinheiten eine Reihe entscheidender Vorteile. Zunächst wird entsprechend der Aufgabenstellung eine optimale Abscheidung ohne mechanische Einbauten dadurch erreicht, daß das Volumen des für die Abscheidung der Safttropfen zur Verfügung stehenden Raumes dadurch wesentlich vergrößert wurde, daß der untere Rohrboden nicht bis zum Behältermantel reicht und mit diesem fest verbunden ist. Der untere Rohrboden ist an einem Innenmantel befestigt und wird von diesem getragen. Der Ringraum zwischen Behälter- und Innenmantel, die Brüdenkammer ist oben von einem Trennblech begrenzt und steht unten offen mit dem unteren Brüdenraum in Verbindung. Dadurch wird dieser Brüdenraum vergrößert, da der Brüdenabzug unmittelbar unterhalb des Trennbleches angeordnet ist. Für die statische Tropfenabscheidung in einem Fallstromverdampfer ist neben der absoluten Größe des Volumens insbesondere die Höhe des Brüdenraumes entscheidend. Diese Höhe wird bei dem erfindungsgemäßen Fallstromverdampfer um den Faktor 3 bis 4 gegenüber den üblichen Ausführungen vergrößert, wodurch die Abscheidung entscheidend verbessert wird.

Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil für Fallstromverdampfer größerer Leistung eingesetzt werden, bei denen der Durchmesser des Behältermantels mehr als drei Meter und die Länge der Verdampferrohre bis zu zehn Meter betragen kann. Bei diesen Größen ergibt sich durch die notwendige Dampfverteilung im Bereich des Rohrbündels ein rohrfreier Außenraum, der entsprechend der Erfindung als Abscheideraum entsprechend großer Höhe genutzt wird, wodurch eine nahezu vollkommene Abscheidung der noch in den Brüden enthaltenen Safttropfen insbesondere auch der kleineren Tropfen erreicht wird. Dazu muß der Querschnitt des Ringraumes eine genügend geringe Steiggeschwindigkeit des Brüdens zulassen, um eine statische Trennung der Flüssigkeitstropfen von den Brüden zu erreichen.

Selbstverständlich ist es bei extremen Anforderungen oder bei besonders beengten Platzverhältnissen denkbar und vorteilhaft, die Brüdenkammer zusätzlich mit Leitblechen auszustatten und sie so für eine dynamische Abscheidung zu nutzen. Auch in den Fällen, in denen der horizontale Querschnitt des Ringkanales aus baulichen Gründen zu gering ausfallen würde, um eine ausreichend niedrige Steiggeschwindigkeit zu verwirklichen, wird in den Ringraum ein steigendes Blechwendel eingebaut, so daß die Brüden in eine rotierende Bewegung geraten und der Ringraum als Fliehkraftabscheider wirkt. Der Brüdenabzugsstutzen liegt in beiden Fällen unmittelbar unterhalb des Trennbleches am oberen Ende des Steigraumes. Bei der üblichen Stufenschaltung von Verdampfern, bei der die Brüden des Vorverdampfers den Heizdampf des Folgeverdampfers bilden, ergibt sich daraus der weitere Vorteil sehr kurzer Brüdenleitungen. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil üblicherweise die Nennweiten dieser Brüdenleitungen sehr groß sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Fallstromverdampfer ergeben sich aus der Anordnung des zentrischen Kondensatrohres bedeutende Vorteile. Es dient nämlich gleichzeitig als Stützrohr für den unteren Rohrboden sowie für das gesamte Verdampferrohrbündel. Durch diese Konstruktion werden Kompensatoren oder ähnliche Ausgleichselemente überflüssig, da der untere Rohrboden die Wärmedehnungen membranartig aufnehmen kann. Der untere Rohrboden kann aufgrund des kleineren Durchmessers - ermöglicht durch seine Befestigung am Innenmantel statt am Behältermantel - und der zentralen Abstützung durch das Kondensatrohr wesentlich dünner ausgeführt werden, was eine deutliche Einsparung an Material- und Bearbeitungskosten zur Folge hat.

Durch den Abfluß des Kondensats durch das zentrale Kondensatrohr ergibt sich darüberhinaus eine wesentlich verringerte Korrosion, da nun das Kondensat völlig abfließen kann. Bei den herkömmlichen Fallstromverdampfern mit außenliegendem Kondensatabzug, bei denen sich bei den größeren Ausführungen Durchbiegungen des unteren Rohrbodens bis zu 50 mm ergeben, steht das Kondensat ständig auf dem unteren Rohrboden und führt aufgrund der unterschiedlichen Materialien von Rohren und Rohrboden zu Korrosion. Dadurch, daß das Kondensat bei dem erfindungsgemäßen Fallstromverdampfer restlos abfließen kann, wird die Lebensdauer entscheidend erhöht.

Dadurch, daß man den Innenmantel im Bereich des oder der Dampfzuführstutzen - mehrere solcher Stutzen verbessern die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Dampfes auf den gesamten Rohrbündelquerschnitt - ungelocht, in den restlichen Bereichen gelocht ausführt, können die sonst üblichen, separaten Einbauten eingespart werden, da dieser obere rohrfreie Ringraum zwischen dem Behältermantel und dem Innenmantel, der Dampfraum, als horizontaler Ringkanal zur Verteilung des Heizdampfes zwischen Stutzen und dem als Prallblech wirkenden Innenmantel dient. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung der ungelochte Teil des Innenmantels im Bereich des oder der Zuführstutzen für jeden Stutzen einen Winkel von 50° bis 70° umschließt.

Es kann von Vorteil sein, im Zentrum des Rohrbündels einen von Verdampferrohren freien Raum vorzusehen, um die Dampfwege und die Strömungsverhältnisse günstig zu beeinflussen. Es wird auch die Kondensatabführung dadurch erleichtert, daß sich oberhalb des Kondensators ein Raum mit günstigerer Strömungsgeschwindigkeit ergibt.

Das aus den Verdampferrohren gebildete Rohrbündel mit einer äußeren sowie evtl. auch einer inneren rohrfreien Zone hängt an dem oberen Rohrboden, wobei der untere Rohrboden sich außen frei bewegen und damit den Wärmedehnungen folgen kann. Der untere Rohrboden kann dabei waagerecht eben, konisch oder flach gewölbt ausgeführt werden.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend Anspruch 5 ist es möglich, den Innenmantel und den unteren Rohrboden mit wesentlich geringeren Wandstärken als üblich auszuführen. Durch eine dem oberen Brüdenraum zugeordnete Strahlpumpe, die ihren Treibstrahl über eine Leitung aus der Dampfkammer bezieht, werden die nicht kondensierbaren, inerten Gase über Leitungen aus dem oberen und dem unteren Brüdenraum abgesaugt, d. h. die Strahlpumpe wird mit den höher gespannten Entgasungsbrüden der Dampfseite als Treibdampf beschickt und die inerten Gase sowie ein kleiner Teil der niedrig gespannten Brüden werden aus den Brüdenräumen mit Hilfe dieser Strahlpumpe abgezogen. Der Differenzdruck zwischen den beiden Druckräumen kann ein bestimmtes Maß nicht überschreiten, so daß die Belastung der Wandungen zwischen Dampf- und Brüdenraum erheblich reduziert sind. Dadurch kann die Wanddicke des Innenmantels und des unteren Rohrbodens geringer ausgeführt werden, als der dem Betriebsdruck unterliegende Gehäusemantel. Mußte bisher z. B. eine Trennwand zwischen Dampf- und Brüdenraum auf die Differenz zwischen Dampfraum und Atmosphäre beispielsweise 3 bar ausgelegt werden, so ist sie nunmehr nur noch für den Differenzdruck von ca. 0,5 bar auszulegen. Daß sie damit im Sinne der Abnahmevorschriften für Behälter als drucklos gilt, ist ebenfalls ein Vorteil dieser Ausführungsform.

Es kann günstig sein, dem unteren Brüdenraum eine eigene Strahlpumpe zuzuordnen. Diese bezieht dann ihren Treibstrahl aus der Heizkammer, die sich auf demselben Druckniveau wie die Dampfkammer befindet. Die Entgasung des oberen Brüdenraumes erfolgt somit über die obere Strahlpumpe, wogegen der untere Brüdenraum durch die untere Strahlpumpe entgast wird, was den Wegfall der entsprechenden Entgasungsleitung zur Verbindung des unteren Brüdenraumes mit der oberen Strahlpumpe bedeutet. Die Druckverhältnisse beim Einsatz von zwei Strahlpumpen entsprechen im übrigen denen bei einer gemeinsam entgasenden Strahlpumpe, d. h. die obengenannten Vorteile für die Auslegung der Wandstärken gelten auch hierfür.

Ein weiterer Vorteil ist die erhebliche Vereinfachung des Entgasungssystems und die wesentlich geringere Anzahl der nach außen führenden Entgasungsstutzen. Wurden bisher bei den bekannten Fallstromverdampfern bis zu 20 Entgasungsstutzen notwendig, so verringert sich aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme ihre Zahl auf nunmehr ca. zwei bis drei.

Eine konstruktive Vereinfachung kann dadurch erreicht werden, daß die Strahlpumpe bzw. die Strahlpumpen im Inneren des oder der Brüdenräume angeordnet und mit dem bzw. den Entgasungsstutzen direkt verbunden sind.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fallstromverdampfers mit Strahlpumpe(n) ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben, wobei auf Details, die dem Fachmann geläufig sind, verzichtet wurde.

Der Fallstromverdampfer besteht aus einem Behältermantel 1 mit einem oberen Behälterboden 2 und einem unteren Behälterboden 3. Der obere Rohrboden 4 ist fest mit dem Behältermantel 2 verbunden, während der im Durchmesser kleiner als der obere Rohrboden 4 bzw. der Innendurchmesser des Gehäusemantels 2 ausgeführte untere Rohrboden 5 mit einem Innenmantel 6 fest verbunden ist und von diesem getragen wird. Die das Rohrbündel bildenden Verdampferrohre 7 sind in dem oberen Rohrboden 4 und dem unteren Rohrboden 5 gehalten. Mit dem unteren Rohrboden 5 verbunden ist das Kondensatrohr 8, das bis zum unteren Behälterboden 3 und durch diesen hindurch reicht. Dieses Kondensatrohr 8 stützt gleichzeitig den unteren Rohrboden 5 im Zentrum ab. Oberhalb des Kondensatrohres 8 ist ein zentraler, rohrfreier Raum 9 vorgesehen, um den sich die Verdampferrohre 7 gruppieren.

In den oberen von dem oberen Behälterboden 2 und dem oberen Rohrboden 4 gebildeten Brüdenraum 10 mündet der Eintrittsstutzen 11 der Saftumwälzung 12.

Das zu behandelnde Medium, beispielsweise ein einzudampfender Zuckersaft, wird über die Saftzuführung 13 dem unteren Brüdenraum 14 zugeführt und dabei entspannt. Nach der Entspannung wird der Saft über den Stutzen 15 abgezogen und über eine nicht dargestellte Saftumwälzung 12 dem oberen Eintrittsstutzen 11 zugeführt und im oberen Brüdenraum 10 über eine nicht dargestellte Verteilereinrichtung gleichmäßig auf den oberen Rohrboden 4 bzw. die Verdampferrohre 7 verteilt. Der aus den Verdampferrohren 7 nach unten ablaufende, konzentrierte Saft wird im Safttrog 16 gesammelt und verläßt den Verdampfer über den Stutzen 17.

Der zwischen dem Behältermantel 1 und dem die Verdampferrohre 7 umgebende Innenmantel 6 gebildete, äußere, rohrfreie Ringraum wird mittels eines Trennbleches 18 in eine Dampfkammer 19 und eine Brüdenkammer 20 unterteilt, wobei die Brüdenkammer 20 unten offen ist und mit dem unteren Brüdenraum 14 in Verbindung steht. Der Dampfkammer 19 ist ein Dampfzuführstutzen 21 zugeordnet. Der Innenmantel 6 ist über den größten Teil des Umfanges mit Bohrungen 22 versehen. Lediglich im Bereich des Dampfzuführstutzens 21 ist der Innenmantel 6 ungelocht. Dadurch prallt der Dampf auf den ungelochten Teil des Innenmantels 6, verteilt sich innerhalb der Dampfkammer 19 und gelangt über die Bohrungen 22 in die Heizkammer 23.

Zur Entgasung der Brüdenräume 10 und 14 ist mindestens eine Strahlpumpe installiert.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Strahlpumpe 24 im oberen Brüdenraum 10 angeordnet. Der Treibstrahl wird über eine Leitung 25 aus der Dampfkammer 19 entnommen. Die Strahlpumpe 24 saugt jeweils mit einem Anteil an Brüden über einen Stutzen 26 die leichteren Inertgase aus dem oberen Brüdenraum 10 und über eine Entgasungsleitung 27 die schwereren Inertgase aus dem unteren Brüdenraum 14 ab und führt sie dem Entgasungsstutzen 28 zu.

Alternativ ist jedem Brüdenraum eine Strahlpumpe zugeordnet. In diesem Falle wird von der Strahlpumpe 24 lediglich über den Stutzen 26 aus dem oberen Brüdenraum 10 abgesaugt; die Entgasungsleitung 27 entfällt hierbei. Die gestrichelt eingezeichnete, zweite Strahlpumpe 29 bezieht ihren Treibstrahl über die Leitung 30 und saugt die inerten Gase und einen Anteil Brüden über den Brüdenabzugsstutzen 31 aus dem unteren Brüdenraum 14 und führt sie dem Entgasungsstutzen 32 zu.

Die Strahlpumpen 24 und 29 müssen nicht wie dargestellt innerhalb der Brüdenräume 10 bzw. 14 installiert sein. Sie können auch außerhalb des Fallstromverdampfers angeordnet sein, wobei entsprechende, nach außen geführte Leitungen vorzusehen sind.

Die Brüden steigen aus dem unteren Brüdenraum 14 in der ringförmigen Brüdenkammer 20 nach oben, wobei die noch darin enthaltenen Safttropfen ausfallen. Die Brüden werden über den unmittelbar unterhalb des Trennbleches 18 angeordneten Brüdenabzug 33 abgeführt, wogegen die ausfallenden Safttropfen zusammen mit dem zugeführten Saft über den Stutzen 15 in die Saftumwälzung 12 gelangen.

Claims (7)

1. Fallstromverdampfer mit einem Behältermantel, einem oberen und einem unteren Behälterboden, einem oberen und einem unteren Rohrboden mit darin eingelassenen Verdampferrohren, einem oder mehreren Dampfzuführstutzen, sowie einem oberen Brüdenraum mit Entgasungsstutzen und einem unteren Brüdenraum ebenfalls mit Entgasungsstutzen, mit einer Saftzuführung und einem Brüdenabzug, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rohrboden (5) im Durchmesser kleiner als der obere Rohrboden (4) ausgeführt und mit einem Innenmantel (6) verbunden ist, der eine Heizkammer (23) bildend die Verdampferrohre (7) umschließt, daß dieser Innenmantel (6) an der Unterseite des oberen Rohrbodens (4) befestigt ist und mit dem Behältermantel (1) einen Ringraum bildet, daß darin unmittelbar unterhalb des oder der Dampfzuführstutzen (21) zwischen Gehäusemantel (1) und Innenmantel (6) ein Trennblech (18) angeordnet ist, das den Ringraum in eine Dampfkammer (19) und eine Brüdenkammer (20) unterteilt, wobei letztere mit dem unteren Brüdenraum (14) in Verbindung steht, daß der Brüdenabzug (33) unmittelbar unterhalb des Trennbleches (18) angeordnet ist und daß der untere Rohrboden (5) mit einem nach unten durch den Behälterboden (3) hindurchgeführten, zentrischen Kondensatrohr (8) verbunden ist.

2. Fallstromverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brüdenkammer (20) vorzugsweise als Blechwendel ausgeführte Leitbleche angeordnet sind.

3. Fallstromverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (6) im Bereich des oder der Dampfzuführstutzen (21) ungelocht und im übrigen Bereich gelocht ist.

4. Fallstromverdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ungelochte Teil des Innenmantels (6) im Bereich des oder der Dampfzuführstutzen (21) für jeden Stutzen einen Winkel von 50° bis 70° umschließt.

5. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des aus den Verdampferrohren (7) bestehenden Rohrbündels ein zentraler, freier Raum (9) vorgesehen ist.

6. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem oberen Brüdenraum (10) eine oder den beiden Brüdenräumen (10 und 14) je eine Strahlpumpe (24 bzw. 29) zugeordnet ist, die ihren Treibstrahl über Leitungen (25 bzw. 30) aus der Dampfkammer (19) bzw. aus der Heizkammer (23) beziehen und saugseitig über Entgasungsleitungen mit dem Brüdenräumen (10 und 14) verbunden sind.

7. Fallstromverdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlpumpe (24) bzw. die Strahlpumpen (24 bzw. 29) im Inneren des oder der Brüdenräume (10 und 14) angeordnet und mit dem bzw. den Entgasungsstutzen (28 bzw. 32) direkt verbunden sind.