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Ein- oder Kehrkörper-Verdampfapparat. Verdampfapparate älterer Bauart
haben messt einen hohen Saftstand, iah. Zusammenhang damit weist die obere gegenüber
der unteren Saftschicht erhebliche Temperaturunterschiede auf, woraus sich eine
geringe spezifische Verdampfleistung der Heizfläche ergibt. Die Anordnung verschieden
gestalteter Zirkulationsvorrichtungen ,ändert hieran nur wenig. Eine Besserung in
der Wärme-Übertragung und damit in der Ausnützung der Heizfläche trat ein, als man
den Saftstand verringerte. Es ergab sich dabei von selbst, die Heizröhren horizontal,
statt wie bisher vertikal, zu legen. In den, letzten Jahren sind die verschiedensten
Ausführungsformen von Verdampfapparaten mit horizontalem Heizrohrsystem bekanntgeworden,
in denen die einzudampfende Flüssigkeit meist durch horizontal oder geneigt liegende
Rohre n zikuliert. r So ist beispielsweise ein Ileizkörper mit liegenden Siederöhren
bekanntgeworden, bei dem die Flüssigkeit durch, das Heizmittel um die Siederöhren
im Gegenstrom sich bewegen. Charakteristisch an allen diesen Apparaten ist, daß
d;er einzelne Verdampfkörper nur einem Flüssigkeits- und einen Dampfraum hat.
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Bekannt ist auch ein Verdampfapparat, bei dem die einzudampfende Flüssigkeit
über mehrere wagerecht gelagerte, flache Pfannen fließt, in denen wagerechte Heizrohre
liegen. Durch die Rohre strömt der Heizdampf, während diese selbst von der einzudampfenden
Flüssigkeit umspült werden. Man wollte hierbei durch Vergrößerung der Oberfläche
und Anordnung der einzelnen Heizrohrreihe:n versetzt zueinander sowie weitmöglichster
Verminderung des Saftstandes das. Mitreißen von Saftteilchen verhindern und eine
günstige Wärmeübertragung erzielen. Der Apparat war speziell zum Eindampfen von
Zuckersäften gedacht und sollte alsdann auch kontinuierlich arbeiten können. Beim
Einengen von salzausscheidenden Laugen dagegen sollte der Apparat periodisch arbeiten.
Da bei dieser Konstruktion sehr bald Inkrustation der von außen durch den Saft umspülten
Rohre eintritt, sind die Röhren ausziehbar gemacht. Es leuchtet ohne weiteres ein,
daß dieser Apparat weder für salzaussicheidende noch für stärker inkrustierende
Flüssigkeiten, insbesondere solche, welche einen festen Niederschlag ergeben, zu
gebrauchen ist und daß die an sich zweckmäßige Unterteilung des Saftstandes in mehrere
Flüssigkeitsschichten von geringer Höhe infolge rascher Vermindereng der Wärmeübertragung
durch Bildung von Ausscheidungen an dem Heizfläche (Außenfläche der Röhren) praktisch
nicht zur Geltung kommt. Durch die verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit der einzudampfenden
Flüssigkeit wird die Bildung von Niederschlag an den heißen Röhrenflächen. begünstigt.
Wenn hierbei der kontinuierliche Betrieb für Zuckersäfte vielleicht (möglich war,
so liegt das daran, daß die Eindampfung dieser stets im Zwei:- und Mehrkörperapparat
geschieht, die Säfte erfahren dabei in jedem Körper naturgemäß nur eine geringe
Temperaturerhöhung. Unter diesen Verhältnissen ist ein ununterbrochenes Arbeiten
auch im Mehrkörperapparat jeder anderen Bauart möglich.
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Bei den sonst bekannten Konstruktionen läßt sich das Verhältnis der
Heizfläche zum Flüssigkeitsinhalt nur in. geringen Grenzen ändern: die einzudampfende
Flüssigkeit ruß zwecks Erreichung der gewünschten Einengung längere Zeit im Apparat
bleiben und steht entsprechend lang mit den heißen Haizflächen in Verbindung. Flüssigkeiten,
welche bei längerer Einwirkung verhältnismäßig hoher Temperaturen sich chemisch
oder ihrer Farbe nach verändern, erfordern daher Vakuumbetrieb mit allen seinen
Nachteilen, wie dauernden Kraftaufwand, Störungen durch Einziehen von Luft usw.
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Der Betrieb ist bei den bekannten Apparaten, insbesondere wenn sie,
als Einkörperapparate mit Brüdenverdichtung arbeiten sollen, meist periödisch, indem
zur Erzielung eines Dicksaftes bestimmter Konzentration unter gleichzeitiger Wasserverdampfung
so lange Dünnsaft in den Apparat gefördert wird, bis der ganze Apparatinhalt die
gewünschte Konzentration hat. Dabei steigt die Siedetemperatur des Apparatinhaltes
nach und nach von der des Dünnsaftes: auf die des Dicksaftes. Da die Heizdampftemperatur
dieselbe bleibt, ruß die spezifische Leistung der Heizfläche gegen Schluß der Charge
zu erheblich sinken.
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Wollte man einem solchen Apparat ununterbrochen Dicksaft entnehmen,
so würde sein Inhalt ständig nahezu auf der Siedetemperatur des letzteren gehalten
werden müssen und die spezifische Leistung der Heizfläche dauernd unverhältnismäßig
gering sein.
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Alle diese Übelstände sollen nun durch den den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung bildenden Apparat beseitigt und damit ein Apparat geschaffen werden, welcher
bei möglichster
Vermeidung von Inkrustation der Heizfläche eine
dauernd hohe spezifische Leistung derselben bei leichter Reinigungsmöglichkeit ergibt.
Dieser Apparat, der insbesondere als Einkörperverdampfer mit Brüdenverdichtung gedacht
ist, besteht aus einer Anzahl, z. B. 15, übereinander angeordneten, einzelnen, durch
L'berlaufrohre miteinander verbundenen Abteilungen. bzw. Verdampfelementen, die,
als Saftsammel- bzw. Schlammausscheideräume ausgebildet sind und mit je einem Heizsystem
kommunizieren, während der Brüdenraum für alle Elemente dersAbe ist. Die Siederohre
der einzelnen Heizsysteme liegen in einem gemeinsamen Heizdampfraum. Der Heizdampf
tritt unten. in den letzteren ein und strömt, durch Zungen geführt, im Gegenstrom
zu der von Abteilung zu Abteilung fließenden Lauge mit großer Geschwindigkeit an
den Heizflächen entlang nach oben und gibt dabei seäne Wärme an die einzudampfende
Lauge ab. Diese letztere passiert, von Boden zu Boden nach abwärts fließend, alle
Abteilungen bzw. Ve,rdampfelemente des Körpers, gibt dabei das Wasser durch Verdampfung
nach und nach bis zu dem gewünschten Grade ab und erfährt allmählich die dem betreffenden
Stoffe eigentümliche Steigerung des Siedepunktes. Durch Anwendung einer entsprechenden
Zahl von Kochräumen l:äßt sich der Unterschied im Siedepunkt von Boden zu Boden
beliebig abstufen, d. h. die Siedepunkterhöhung der Lauge von Abteilung zu Abteilung
sehr klein halten. Es ist infolgedessen in den einzelnen Abteilungen (Verdampfelementen)
stets die denkbargrölate Temperaturdifferenz zwischen siedender Lauge und Heizdampf
wirksam. Die absolute Temperafurdifferenz des Verdampfers ist dauernd gleich dem
Unterschied zwischen Siedetemperatur der Dünnlauge und Heizdampftemperatur.
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Dampft man z. B. NaOH-Lauge in einem Einkörperapparat der üblichen
Bauart von 8 auf 30 Prozent periodisch ein, so steigt ihr Siedepunkt von
anfangs io2-` allmählich auf etwa 115,6-(*. Bei izo' C Heizdampftemp.eratur geht
dabei die Temperaturdifferenz zwischen siederider Lauge und Heizdampf von anfänglich
18 nach und nach auf ¢,.1" C zurück. Bei kontinuierlicher Eindampfung würde dauernd
wenig mehr denn 4,4' (' wirksam sein. Auch wenn man mehrere Ve.rdampfkörper bekannter
Konstruktion reit ihren Flüssigkeits- und Heizdampfräumen hintereinanderschalten
wollte, so würde - selbst angenommen, daß der gleich günstige Wärmeübe.rtragu:ngskoeffizient
durch Vergrößerung der üblichen Flüssigkeits- und Dampfgeschwindigkeiten sich erreichen
ließe - die spezifische Leistung der Heizfläche hinter der des neuen Apparates wesentlich
zurückbleiben, da bei ununterbrochenem Betrieb die Siedetemperaturen des Saftes
der einzelnen Abteilungen höher sein würde. Bei einem Apparat der neuen Bauart bleibt
die Gesamttemperaturdifferenz zwischen siedender Lauge und Heizdampf im vorerwähnten
Beispiel unverändert etwa 18° C.
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Der Wärmeübertragungskoeffizient ist infolge der großen Geschwindigkeit
von Heizdampf und Lauge (Gegenstrom) sehr groß. Beide Umstände bewirken gemeinsam
eine hohe spezifische Leistung der Heizfläche.
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Der Apparat gemäß vorliegender Erfindung hat ferner den Vorteil, daß
sich eine beliebig große Heizfläche im Verhältnis zum Flüssigkeitsinhalt unterbringen
läßt, so daß die Flüssigkeit nur ganz kurze Zeit im Verdampfer bleiben und mit den
Heizflächen in Berührung kommen muß. Die Veränderung empfindlicher Flüssigkeiten
fällt mithin wesentlich geringer aus, um so mehr, als die gegen hohe Temperaturen
besonders empfindlichen konzentrierten Flüssigkeiten sich nur in der unteren Zone
des Apparates befinden.
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Es mag an dieser Stelle auf neuere Erfahrungen hingewiesen werden,
denen zufolge kurze Einwirkung hoher Temperaturen auch sehr empfindliche Stoffe
nicht verändert.
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Da bei gleichbleibendem Durchfluß Anfangs- und Endgehalt der Lauge
und somit deren Temperatur sowie das Gewicht des verdampfenden Wassers, das gleich
dem des Brüdendampfes ist, unverändert bleiben, isst die Verdichtungsarbeit des
Brüdenkompressors konstant. Der letztere kann also dauernd unter den für ihn günstigsten
Verhältnissen arbeiten. Der Kraftbedarf des Verdichters wird auch deshalb geringer
als beim Betrieb mit anderen Verdampfapparaten gleiclier Heizfläche, weil die spezifische
Leis:ung der Heizfläche des neuen VerdampfcTs sehr hoch ist und demzufolge die gleiche
Wärmeübertragung bereits bei geringerer Spannung des verdichteten Brüdens erfolgt.
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Die einzelnen Heizsysteme, können selbstvcrstä ndlieh auch mit Dampf
verschiedener Temperatur beheizt werden, etwa in der Reise, daß die unteren Abteilungen
entsprechend dem höheren Siedepunkt des Saftes den heißeren Dampf bekommen. Bei
Apparaten mit Wärmepumpe kann dieses durch Anzapfdampf der letzteren geschehen.
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Auf der beiliegenden Zeichnung ist diese Einrichtung für einen Einkörper-Verdampfapparat
in beispielsweiser Anordnung dargestellt, dabei sind der Deutlichkeit halber nur
vier Böden gezeichnet, während der Apparat deren in '@'irklichkait mehr erhält.
Der
senkrecht stehende Körper a von zylindrischer oder rechteckiger Grundfläche ist
durch vier Böden b in einzelne Räume -Verdampfelemente - geteilt, die durch ein
gemeinsames Dampfabzugsirohr c mit dem Oberteil des Körpers a, dem gemneinsamen
Brüderraum, in Verbindung stehen. Der Körper a erhält neben der üblichen Armatur,
wie Schaugläser, Probierhähne, Druckmesser, Thermometer usw., für jede Abteilung
Reinigungsverschlüsse o, durch welche die sich hauptsächlich in der Vertiefung zwischen
Körper a und Rohrwand ablagernden Ausscheidungen leicht entfernt werden können.
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Seitlich schließt an den Körper a das Heizsystem d mit Heizelementen
e an. jeder der Böden b ist flüssigkeitsdicht in den Mantel a eingesetzt und steht
durch einen überfallstutzen f mit dem nächsttieferen Abteil in Verbindung. Eine
Scheidewand g zwingt die auf den betreffenden Boden auffließende Flüssigkeit, ihren
-\Veg durch das zugehörige Heizelement e zu nehmen und erst dann nach dem nächsttieferen
Boden herunter zu fließen. Der entwickelte Brüder steigt von jedem Boden aus durch
entsprechende Schlitze des Rohres c nach dem Brüderraum und gelangt vom dessen Abzugslstuitzenh
aus entweder in die Saugleitung eines Brüdenverdichters oder auch in das Heizsystem
des nächsten Vexdampfkörpers, in euren Kondensator oder ins Freie. Der Verdampfapparat
wird durch Dampf, der in den Stutzen i eintritt und seinen Weg in der Pfeilrichtung
nimmt, geheizt. Die Entlüftung des Heizsystems erfolgt durch :eine Vorrichtung h.
Bei Verwendung stark schäumender Flüssigkeiten wird eine Schaumzerstörungsvorrichtung
i eingebaut.
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Die einzudampfende Flüssigkeit tritt ununterbrochen, durch den Stutzen
in, ein, an den ein Regulator zur selbsttätigen Regulierung des Zulaufes angeschlossen
werden kann. Sie fließt, durch die Scheidewand g geführt, in das Heizelement e,
durchströmt dessen Röhren in der Pfeilrichtung, gelangt auf den Boden zurück und
zirkuliert ununterbrochen durch das Heizsystem. Ein Teil der Flüssigkeit gelangt
durch den Abfallstutzen f auf den nächsttieferen Boden und vollführt hier den gleichen
Kreislauf. Auf diese Weise wird auf jedem Boden .ein Teil des in der Flüssigkeit
enthaltenen Wassers verdampft, bis der Rest endlich in der unteren Abteilung des
Körpers a ankommt, um durch den Stutzen tt, der wiederum mit einem Regulator in
Verbindung stehen kann, auszutreten. Bei Betrieb als Einkörper-Verdampfapparat mit
Wärmepumpe wäre diese, wie punktiert, gemäß Zeichnung einzuschalten.
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Der ganze Apparat kann auch durch Feuergase, deren Temperatur evtl.
durch Mischen mit Luft oder einem Teil der abziehenden Rauchgase reguliert werden
kann, beheizt werden.
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Bei salz- oder schlammausscheidenden Flüssigkeiten würden die Böden
b sowie die Verschlußkappen der Heizelemente e als Schlammfänger ausgebildet werden
können.
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Selbstverständlich kann zwecks Erhöhung der Wärmewirtschaft der Verdampfanlage
die einzudampfende Flüssigkeit mittels des fertigen, heißen Dicksaftes und des Heizdampfkondensates
in an sich bekannter Weise vorgewärmt und :damit die Flüssigkeitswärme nahezu ganz
wiedergewonnen werden.
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Der aus jeder Abteilung des Verdampfapparates aufsteigende Brüder
kann auch statt unmittelbar in den Brüderraum des Körpers a in die Flüssigkeit der
nächsthöheren Abt°ilung geführt werden, etwa in der Weise, wie dieses bei den Kochkolonnen
von Destilliefrapparaten üblich ist. Er würde dann die Bewegung der siedenden Flüssigkeit
lebhaft unterstützen und deren Entgasung beschleunigen.