DE4207266A1 - Duennschichtverdampfer - Google Patents
DuennschichtverdampferInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdampfer mit
einem aufrecht stehenden Behälter, einer an dessen Mantel
außenseitig angeordneten Heizung, einem im Behälter umlau
fenden Rotor und einem oberhalb des Rotors in einem Ober
teil des Behälters angeordneten Brüdenraum mit Tropfen
abscheidung, wobei das Produkt im oberen Bereich des Rotors
auf die Innenwand des Behälters aufgegeben und in einer
dünnen Schicht, in der die Verdampfung stattfindet, nach
unten abläuft und das Konzentrat am Boden des Behälters
abgezogen wird.
Dünnschichtverdampfer sind in vielen Ausführungsformen
bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß das einzu
dickende oder zu verdampfende Produkt in einer filmartigen
Schicht über die Verdampfungsfläche läuft. Hierbei lassen
sich hohe k-Werte (Wärmedurchgangswerte) erzielen. Eine
gleichmäßige Filmdicke über die gesamte Verdampfungslänge
läßt sich dadurch erreichen, daß der Rotor Leisten mit
Wischerkanten aufweist, die in geringem Abstand an der
Innenwand vorbeistreichen. Dünnschichtverdampfer sind
insbesondere zum Aufkonzentrieren, Eindicken oder Destil
lieren von temperaturempfindlichen Produkten, z. B. orga
nischen Flüssigkeits- oder Flüssigkeits-/Feststoffgemischen
geeignet.
Solche Dünnschichtverdampfer arbeiten im Durchlaufverfahren,
d. h. das Ausgangsprodukt wird nur einmal über die Verdamp
fungsfläche geführt und das entstehende Konzentrat abge
zogen. Höhere Leistungen beim Eindicken und/oder bessere
Trenneffekte lassen sich nur durch eine mehrstufige Ausfüh
rung erreichen, indem entweder mehrere Verdampfer hinter
einander geschaltet oder aber in einem Behälter mehrere
Verdampfungsflächen stufenförmig angeordnet werden und das
Konzentrat von einer auf die andere Verdampfungsfläche
übergeben wird.
Die mehrstufige Anordnung bei solchen Dünnschichtver
dampfern führt entweder zu einem großen Platzbedarf oder
aber zu erheblichen Baugrößen, weshalb solche Verdampfungs
anlagen nur für den großtechnischen Einsatz geeignet sind.
Für Labor- oder Technikumszwecke werden bis auf den heu
tigen Tag Destillierblasen eingesetzt, die in einem Heiz
bad rotieren. Die Destillierblase besteht in der Regel
aus einem Kugelkolben, der an seinem Hals über Drehver
bindungen mit der Abdampfleitung und dem Kondensator ver
bunden ist. Hiermit lassen sich relativ hohe Eindickungs
leistungen bis zum Trockenzustand erzielen. Von Nachteil
ist jedoch die Tatsache, daß das Produkt ständig der Wärme
zufuhr aus dem Heizbad - in der Regel Wasser oder Thermo
öle - ausgesetzt ist, was zu Produktzersetzungen, Anbackungen
und dergleichen führen kann. Dampfförmige Wärme
träger, die eine konstante Heiztemperatur und hohe Über
gangswerte garantieren, lassen sich hier nicht einsetzen.
Im übrigen ergeben sich aufgrund der Drehverbindung zwi
schen Destillierblase und Abdampfleitung Dichtungsprobleme,
insbesondere wenn bei temperaturempfindlichen Produkten
unter Vakuum gearbeitet wird.
Bei einem Dünnschichtverdampfer des eingangs geschilderten
Aufbaus, wie er beispielsweise aus der US 29 27 634 be
kannt ist, befindet sich in einem Unterteil des Behälters
ein umlaufender Rotor mit sich radial erstreckenden blatt
förmigen Leisten, die die Wischerkanten bilden. Der Be
hälter ist im Unterteil konisch ausgebildet und die Wi
scherkanten verlaufen entsprechend geneigt und mit geringem
Abstand von der Innenwand des Behälters. Hierdurch wird
das am oberen Ende des Rotors in den Behälter eingeführte
Ausgangsprodukt, das an der Innenwand des Behälters nach
unten läuft, gleichmäßig in einem dünnen Film verteilt.
Am Boden des Unterteils wird das Konzentrat abgezogen.
Im Oberteil des Behälters ist als Tropfenabscheider eine
Platte eingesetzt. Auch bei diesem Verdampfer ist die
Eindickungsleistung aufgrund des einmaligen Durchlaufs
begrenzt. Eine Erhöhung der Eindickungsleistung ist nur
durch Vergrößerung der Bauhöhe möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer
kleiner Baugröße mit gleichwohl hoher Eindickungsleistung
und schonender Behandlung des Produktes zu schaffen.
Ausgehend von einem Dünnschichtverdampfer des eingangs
genannten Aufbaus wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
der Behälter ein als Vorlage ausgebildetes, nicht beheiztes
Unterteil, in welchem sich das Produkt sammelt, und ein
die Heizung aufweisendes Mittelteil, an dessen Innenwand
die Dünnschicht-Verdampfung stattfindet, aufweist, und daß
der rohrförmig ausgebildete Rotor sich in das Unterteil
bis nahe dem Boden des Behälters erstreckt und als Umlauf
pumpe ausgebildet ist, die das Produkt aus dem Unterteil
an der Innenseite des rohrförmigen Rotors bis in dessen
oberen Bereich fördert und dort zentrifugal an die Innen
wand des Mittelteils abgibt.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Dünnschichtverdampfer
weist einen Behälter auf, der sich in drei Abschnitte
unterteilt, nämlich einem an sich bekannten Oberteil mit
Tropfenabscheider für die Brüden, einem beheizten Mittel
teil, wo die Dünnschichtverdampfung erfolgt, und einem
Unterteil, das als Vorlage für das Produkt dient und aus
dem das Produkt mittels des umlaufenden Rotors, der zu
gleich als Umlaufpumpe arbeitet, kontinuierlich dem Mittel
teil zugeführt wird, um durch Dünnschichtverdampfung weiter
aufkonzentriert zu werden. Bei der Erfindung handelt es
sich also um einen Dünnschichtverdampfer mit innerem Pro
duktumlauf. Aufgrund der Dünnschichtverdampfung wird eine
schonende und gleichwohl effektive Verdampfung möglich.
Aufgrund der kurzen Kontaktzeit des Produktes mit der
Heizfläche ergibt sich eine schonende Behandlung. Durch
das erfindungsgemäß verwirklichte Umlaufprinzip lassen
sich trotz der schonenden Behandlung hohe Eindickungs
leistungen erzielen.
Wie bei den bekannten Dünnschichtverdampfern ist es auch
bei der erfindungsgemäßen Ausbildung von Vorteil, wenn
der rohrförmige Rotor außenseitig mit Leisten versehen ist,
die etwa parallel zur Innenwand des Behälters und in gerin
gem Abstand zu dieser angeordnete Wischerkanten aufweist.
Damit ist stets gewährleistet, daß das Produkt in einem
gleichmäßig dünnen, turbulenten Film im Bereich des be
heizten Mittelteils abläuft.
In bevorzugter Ausführung ist der Rotor zumindest auf
dem oberen Teil seiner axialen Länge als sich von unten
nach oben konisch erweiterendes Rohr ausgebildet. Dieser
Abschnitt des Rotors wirkt unmittelbar als Umlaufpumpe,
da das auf seine Innenseite gelangende Produkt eine
Zentrifugalkraft und aufgrund der Konizität zugleich einer
vertikalen Förderkomponente unterworfen wird, so daß das
Produkt am oberen Ende des Rotors zentrifugal auf die
Innenwand des Behälters abgegeben werden kann.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der rohrförmige Rotor
an seinem oberen Ende nach innen eingezogen ist und darun
ter Austrittsöffnungen für das an seiner Innenseite auf
steigende Produkt aufweist.
Der Einzug des rohrförmigen Rotors am oberen Ende stellt
ein Strömungshindernis für das aufsteigende Produkt dar,
so daß dieses über die unmittelbar darunter angeordneten
Austrittsöffnungen zentrifugal nach außen tritt und aus
die Innenwand des Behälters aufgespritzt wird. Evtl. an
der Innenwand reflektierendes Produkt wird von den Leisten
des Rotors erfaßt und wieder nach außen beschleunigt,
so daß gewährleistet ist, daß das Produkt an der Innen
wand des Behälters abläuft.
Der rohrförmige Rotor kann in seinem unteren, inneren
Bereich als Pumpe, z. B. Schraubenpumpe, wirkende Förder
organe aufweisen, die in das im Unterteil befindliche
Produkt eingetaucht ist und das Produkt auf den konischen
Abschnitt des Rotors fördert.
Statt der Förderorgane oder zusätzlich zu diesen kann aber
auch der Rotor über seine gesamte axiale Länge von unten
nach oben konisch ausgebildet sein, so daß die Förderung
allein aufgrund dieser Konizität und des Umlaufs des Rotors
erfolgt.
Der Rotor kann über seine gesamte axiale Länge eine gleich
bleibende oder sich ändernde Konizität aufweisen.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführung zeichnet sich da
durch aus, daß der rohrförmige Rotor in seinem Mantel
oberhalb des sich im Unterteil einstellenden Flüssigkeits
spiegels Durchbrechungen für den Durchgang der Brüden
durch den Rotor aufweist, und daß die Durchbrechungen von
einem in den Rotor hineinragenden Kragen umgeben sind, der
dafür sorgt, daß die an der Innenseite nach oben steigende
Flüssigkeit nicht durch die Durchbrechungen nach außen
treten kann. Bei der vorgenannten Ausführung streichen
die aufsteigenden Brüden nicht nur an der Außenseite des
Rotors nach oben, sondern können auch durch den Innenraum
des oben offenen Rotors nach oben abziehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist vorgesehen, daß
der Rotor an seinem unteren, offenen Ende einen Ventil
sitz für einen Ventilkörper bildet, der auf einer außer
halb des Rotors geführten Ventilstange drehbar gelagert
ist. Mit dieser Ausbildung kann die vom Rotor und/oder
dessen Förderorganen aus dem Unterteil angesaugte Flüssig
keitsmenge gesteuert oder der Flüssigkeitszulauf voll
ständig abgesperrt werden, um beispielsweise bei laufendem
Rotor den Flüssigkeitsumlauf temporär zu unterbrechen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, daß der Rotor in seinem unteren Bereich
von einem konzentrischen und drehfest mit ihm verbundenen
konischen Rohr umgeben ist, das mit seinem unteren Ende
in das Produkt eintaucht und das an seiner Innenseite nach
oben geförderte Produkt an die Innenwand des Behälters
abgibt.
Das äußere konzentrische und konische Rohr, das mit dem
Rotor umläuft, wirkt gleichfalls als Umlaufpumpe. Aufgrund
seiner kürzeren Ausbildung ergibt sich eine Umlaufpumpe
mit zwei verschiedenen Förderhöhen. Diese läßt sich, wie
nachfolgend beschrieben, nutzen.
Gemäß einer Alternative ist vorgesehen, daß das obere Ende
des den Rotor umgebenden Rohrs unterhalb des beheizten
Mittelteils liegt und das Produkt auf die nicht-beheizte
Innenwand des Behälters abgibt.
Bei dieser Ausführungsform wirkt das äußere Rohr als reine
Umlaufpumpe für das Produkt, sorgt also für eine homogene
Mischung im Unterteil des Behälters.
Eine andere Alternative zeichnet sich dadurch aus, daß
das obere Ende des den Rotor umgebenden Rohrs im Bereich
des beheizten Mittelteils liegt und das Produkt auf die
beheizte Innenwand des Behälters abgibt.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel werden die zwei
verschiedenen Förderhöhen der Pumpe dazu genutzt, das
Produkt in unterschiedlicher Höhe auf die beheizte Fläche
aufzugeben. Hierdurch wiederum läßt sich die Verdampfungs
leistung weiter erhöhen.
Bei dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel weist nicht
nur der rohrförmige Rotor, sondern auch das ihn umgebende
Rohr außenseitig die Wischerkanten bildende Leisten auf,
so daß auch im unteren Abschnitt des Mittelteils eine
gleichmäßig dünne Filmbildung gewährleistet ist. Im übri
gen sorgen auch hier die Leisten dafür, daß reflektierendes
Produkt wieder auf die beheizte Innenwand geschleudert
wird.
Während das beheizte Mittelteil üblicherweise zylindrisch
ausgebildet ist und die Wischerkanten entsprechend achs
parallel verlaufen, kann bei der letztgenannten Ausführungs
form die Innenwand des Behälters im Bereich des den Rotor
umgebenden konischen Rohrs gleichfalls konisch ausgebildet
sein.
Die Ausbildung des Verdampfungsteils als Dünnschicht-Ver
dampfer mit äußerer Beheizung gibt die Möglichkeit be
liebige Wärmeträger, insbesondere auch dampfförmige Wärme
träger einzusetzen, so daß sich auch definierte Temperatur
verhältnisse problemlos einhalten lassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Rotor in das Oberteil des Behälters hineinreicht
und im Oberteil eine mitrotierende Strömungsschikane für
die Brüdendämpfe aufweist, die als Tropfenabscheider wirkt.
Die Strömungsschikane kann als Scheibe oder Ringscheibe
ausgebildet sein, um die die Brüden umgelenkt werden.
Auch können mehrere Ringscheiben übereinander angeordnet
sein, wobei der Dampf gezwungen wird, die Ringscheibe
von innen nach außen oder von außen nach innen zu umströmen.
Statt dessen oder zusätzlich kann die Strömungsschikane
auch im wesentlichen parallel zur Rotorachse verlaufende
Leisten aufweisen. Die Tropfenabscheidung erfolgt dabei
im wesentlichen durch Niederschlag auf den umlaufenden
Leisten.
Die das Ausgangsprodukt in den Behälter zuführende Speise
leitung kann von unten in den rohrförmigen Rotor hinein
geführt sein und das Ausgangsprodukt auf die konische
Innenseite des Rotors abgeben. Das Ausgangsprodukt wird
dann auf der Innenseite nach oben gefördert und an die
Innenwand des Behälters abgespritzt.
Statt dessen kann die Speiseleitung auch von oben in den
Behälter hineingeführt sein und das Ausgangsprodukt auf
eine mit dem Rotor umlaufende Fläche abgeben, von der
es wiederum zentrifugal nach außen auf die Innenwand des
beheizten Mittelteils abgeschleudert wird. Diese Fläche
kann gegebenenfalls auch von einer Scheibe gebildet
sein, die zugleich als Strömungsschikane für die Brüden
arbeitet.
Vorzugsweise ist der Rotor mit seiner Antriebswelle in
einem lösbaren Deckel des Behälters gelagert und kann
nach Lösen des Deckels aus dem Behälter entnommen werden,
so daß alle funktionellen bzw. umlaufenden Teile problem
los gereinigt und/oder ausgetauscht werden können. Auch
ist es möglich, einen beliebigen Behälter nachträglich
durch Einbau eines Rotors und einer Heizung zu einem
Dünnschichtverdampfer mit Produktumlauf umzurüsten.
Schließlich kann vorgesehen sein, daß die Antriebswelle
des Rotors über ein loses Stützlager am Boden des Behäl
ters abgestützt ist. Damit ergibt sich eine auch bei hohen
Drehzahlen schwingungssteife Ausbildung für den Rotor.
Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeich
nung wiedergegebener Ausführungsbeispiele beschrieben.
In der Zeichnung zeigen jeweils im Längsschnitt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit
einstufiger Umlaufpumpe;
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte
Ausführungsform mit doppelt
wirkender Umlaufpumpe;
Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte
Ausführung mit einer Schrauben
pumpe;
Fig. 4 eine Ausführungsform mit axial
abgestützter Antriebswelle des
Rotors;
Fig. 5 eine Ausführungsform mit zwei
stufiger Umlaufpumpe im Ver
dampfungsteil und
Fig. 6 eine Teilansicht des unteren Endes
des Rotors in einer abgewandelten
Ausführung.
Der Dünnschichtverdampfer gemäß Fig. 1 weist einen auf
recht stehenden, im wesentlichen zylindrischen Behälter
1 mit vertikaler Achse auf. Der Behälter 1 besteht aus
einem Oberteil 2, einem Mittelteil 3 und einem Unterteil
4. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind Oberteil 2,
Mittelteil 3 und Unterteil 4 des Behälters einstückig,
z. B. aus Glas ausgebildet. Der Behälter 1 ist an seiner
Oberseite mit einem lösbaren Deckel 5 und an seiner Unter
seite mit einem lösbaren Boden 6 verschlossen, die je
weils über aufgesetzte Ringflansche 7 bzw. 8 und zwischen
gelagerte Dichtungen 9 bzw. 10 dicht mit dem Oberteil
2 bzw. dem Unterteil 4 verspannt sind.
Das Oberteil 2 bildet einen Brüdenraum 11 für die über
einen Stutzen 12 abziehenden Dämpfe. Das Mittelteil 3
ist außenseitig von einem Heizmantel 13 umgeben, der bei
spielsweise von einem flüssigen oder dampfförmigen Wärme
träger durchströmt ist und zu diesem Zweck einen Zulauf
stutzen 14 und einen Ablaufstutzen 15 aufweist.
Das Unterteil 4 dient im wesentlichen als Vorlage, in
der sich das Produkt bzw. das Konzentrat sammelt, das
kontinuierlich oder diskontinuierlich über einen Ablauf
16 abgezogen werden kann.
Innerhalb des Behälters 1 ist ein insgesamt mit 17 be
zeichneter Rotor angeordnet, der von einer durch den Deckel
5 hindurchgeführten und in einem Lagergehäuse 19 dampf
dicht gelagerten Antriebswelle 18 angetrieben wird. Der
Antriebsmotor selbst ist nicht gezeigt.
Der Rotor 17 weist in allen gezeigten Ausführungen an
seiner Außenseite mehrere Leisten 20 auf, die im wesent
lichen achsparallel und zugleich radial ausgerichtet sind
und außen Wischerkanten 21 bilden. Die Leisten 20 mit den
Wischerkanten sind jedoch nicht zwingend notwendig. Sie
bewirken eine gleichmäßig dicke Filmbildung und sorgen
für eine turbulente Filmströmung. Der Rotor erstreckt sich
bei sämtlichen Ausführungsbeispielen in axialer Richtung
über das Mittelteil 3 des Behälters und ragt bis nahe zum
Boden des Unterteils 4, taucht also in das sich dort sam
melnde Produkt ein.
Der Rotor 17 wirkt zugleich als Umlaufpumpe. Zu diesem
Zweck ist er als konisches Rohr 22 ausgebildet, wobei er
im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einem unteren
konischen Abschnitt 23 und einem oberen konischen Abschnitt
24 mit einem gegenüber dem unteren Abschnitt 23 größeren
Öffnungswinkel besteht. Das Rohr 22 ist an seinem unteren
Ende 25 offen, so daß es an diesem Ende aufgrund des Um
laufs und - seiner Konizität das im Unterteil 4 sich ansam
melnde Produkt ansaugt, das an der Innenwand des Rohrs 22
nach oben steigt, wie dies mit den Richtungspfeilen ange
deutet ist. Am oberen Ende ist das Rohr 22 bei 26 nach
innen eingezogen und unmittelbar darunter mit Austritts
öffnungen 27 versehen, so daß das aufsteigende Produkt über
diese Austrittsöffnungen 27 zentrifugal abgespritzt wird.
Das Ausgangsprodukt wird über eine Speiseleitung 28, die
beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 von unten in den
Rotor 17 hineingeführt ist, zugeführt. Die Speiseleitung
28 endet im mittleren Bereich des Rotors 17, so daß das
Produkt über einen Verteilerteller 29 zentrifugal auf die
Innenwand des Rohrs 22 abgespritzt und gleichfalls aufgrund
der Konizität des Rohrs nach oben gefördert wird.
Der Rotor weist in seinem oberen Bereich einen Tropfen
abscheider 30 auf, der bei diesem Ausführungsbeispiel
als Ringscheibe ausgebildet ist. Die Ringscheibe ist an
Tragarmen 31 befestigt, die den gesamten Rotor 17 tragen.
Schließlich ist der Rotor im Oberteil 2 von einer Art
Haube 32 umgeben, die in Verbindung mit dem Tropfenab
scheider 30 zu einer starken Umlenkung der Brüden und
damit zu einer wirksamen Tropfenabscheidung führt.
Die Funktionsweise ist folgende: Über die Speiseleitung
28 wird das Ausgangsprodukt zugeführt und an der Innenseite
des rohrförmigen Rotors 17 aufgegeben. Von dort steigt
es an der konischen Innenwandung nach oben und wird über
die Austrittsöffnung 27 an die Innenwand des Behälters
im Bereich des Mittelteils 3 abgegeben. An der Innenwan
dung läuft das Produkt nach unten filmartig ab, wobei
die Leisten 20 mit den Wischerkanten 21 aufgrund ihres
Umlaufs für einen gleichmäßig dünnen Film sorgen. Im Be
reich des Mittelteils mit dem Heizmantel 13 findet die
Verdampfung in einer Dünnschicht statt. Das aufkonzen
trierte Produkt läuft in das unbeheizte Unterteil 4, wird
dort an dem offenen Ende 25 des Rohrs 22 angesaugt und
wieder nach oben transportiert.
Die entstehenden Brüden entweichen, wie dies mit Richtungs
pfeilen 33 angedeutet ist, nach oben, umströmen den in
Form einer Strömungsschikane ausgebildeten ringförmigen
Tropfenabscheider 30 und gelangen nach erneuter Umlenkung
in den Abdampfstutzen 12.
Der in Fig. 1 gezeigte Verdampfer kann diskontinuierlich
oder kontinuierlich betrieben werden. Beim diskontinuier
lichen Betrieb ist der Ablauf 16 verschlossen und wird
die für einen Zyklus benötigte Menge über die Speiselei
tung 28 zugeführt. Der Ablauf 16 wird solange verschlossen
gehalten, bis in der Vorlage 4 die gewünschte Konzentration
erreicht ist. Beim kontinuierlichen Betrieb wird zunächst
ein Gleichgewichtszustand hergestellt und eine bestimmte
Teilmenge des Konzentrats über den Ablauf 16 ständig ab
gezogen, die durch eine um die Abdampfrate größere Menge
an Ausgangsprodukt über die Speiseleitung 28 ergänzt wird.
Zu erwähnen ist noch, daß die konische Ausbildung des
Rotors 17, insbesondere im oberen Abschnitt 24 zu einer
Entspannung führt, die ein Entlüften, Entgasen oder Ent
schäumen in diesem oberen Abschnitt ermöglicht.
Der gesamte Rotor 17 mit allen umlaufenden Teilen 20-27,
30 und 31 sowie der Haube 32 kann nach Lösen des Deckels
5 aus dem Behälter 1 nach oben entnommen werden, um in
einfacher Weise Reinigungs- oder Reparaturarbeiten durch
führen zu können.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich
von dem gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß der Rotor 17 im
Bereich des unteren konischen Abschnittes 23 des Rohrs
22 von einem weiteren konischen Rohr 34 umgeben ist, das
an seinem unteren Ende 35 gleichfalls offen und in axialer
Richtung kürzer ausgebildet ist. Das konische Rohr 34
weist an seinem oberen Ende einen Flansch 36 auf, mit
dem es an einem Ring 37, der die Leisten 20 am unteren
Ende verbindet, befestigt ist. Auf diese Weise wird eine
zweistufige Umlaufpumpe gebildet, in dem ein Teil des
sich im Unterteil 4 ansammelnden Produktes vom Rohr 34
am offenen Ende 35 angesaugt und nach oben transportiert
wird, während ein anderer Teil des Produktes vom unteren
Abschnitt 23 des Rohrs 22 des Rotors 17 angesaugt wird.
Während dieses, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 nach oben transportiert und auf die Innenwand des Mittel
teils 3 abgespritzt wird, gelangt das vom Rohr 34 ange
saugte Produkt im Bereich des Flanschs 36 unter Zentri
fugalwirkung nach außen und wird dort auf die nicht
beheizte Innenwand des Unterteils 4 abgespritzt. Dieser
Teil des Produktes wird also lediglich innerhalb des Unter
teils 4 umgewälzt, so daß das Produkt dort stets homo
genisiert und entgast wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht der Rotor
17 wiederum aus einem Rohr 22 mit einem konischen Abschnitt
24. In diesem Fall ist der konische Abschnitt 24 unten
offen. In das Rohr 22 ragt von unten ein zylindrisches
Rohr 38 hinein, das am Boden 6 des Unterteils 4 befestigt
ist. Das Rohr 38 weist nahe dem Boden Zulauföffnungen
39 für das sich im Unterteil 4 sammelnde Produkt auf.
Am oberen Ende ist das Rohr 38 mit einem Flansch 40 ver
sehen.
In weiterer Abwandlung gegenüber den zuvor beschriebenen
Ausführungsformen ist die Antriebswelle durch den gesamten
Behälter 1 nach unten geführt und in einem Loslager 41
am Boden des Unterteils abgestützt. Auf der Antriebs
welle 18 sitzt im Bereich des unteren Endes und nahe der
Zulauföffnungen 39 eine Schraubenpumpe 42, die das Produkt
über die Zulauföffnung 39 ansaugt und in dem Rohr 38 nach
oben transportiert. Unmittelbar oberhalb des Flansch 40
des Rohrs 38 sitzt auf der Antriebswelle 18 ein Leitorgan
43, das in Verbindung mit dem Flansch 40 das aufsteigende
Produkt nach außen auf die Innenwand des konischen Ab
schnittes 24 des Rohrs 22 umlenkt, so daß das Produkt
an der Innenwand nach oben steigt und wiederum über die
Austrittsöffnungen an die Innenwand des Mittelteils 3
abgespritzt wird.
Das Ausgangsprodukt wird in diesem Fall von oben über
die Speiseleitung 28 zugeführt, gelangt auf einen mit
der Antriebswelle 18 bzw. dem Rotor 17 umlaufende Scheibe
44, die das Ausgangsprodukt nach außen beschleunigt und
auf die Innenwand des Oberteils 2 abgibt. Von dort läuft
das Ausgangsprodukt in das beheizte Mittelteil 3, um dort
einer ersten Verdampfung unterzogen zu werden.
Das Mittelteil 3 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3 aus Stahl ausgebildet und von einem isolierten
Heizmantel 13 umgeben, während Unterteil 4 und Oberteil
2 aus Glas bestehen.
Wenn, wie in Fig. 3 angedeutet, der konische Abschnitt
24 des Rohrs 22 an seinem offenen Ende einen Ringspalt
aufweist, kann auch der konische Abschnitt 24 eine zu
sätzliche Förderwirkung entfalten und unmittelbar eine
Teilmenge aus dem Produkt im Unterteil 4 ansaugen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wirkt die um
laufende Scheibe 44 zugleich als Strömungsschikane und
damit als Tropfenabscheider für die gemäß Pfeil 33 auf
steigenden Brüden, die in diesem Fall zentrisch über den
Deckel 5 und einen Rohrstutzen 45 abgezogen werden.
Während das Mittelteil 3 aus Stahl besteht, können das
Oberteil 2 und das Unterteil 4 wiederum aus Glas be
stehen, so daß eine ausreichende Inspektion während des
Betriebs möglich ist.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, wie sie insbesondere
für einen Betrieb mit Heizdampf vorgesehen ist. Das Ober
teil 2 und das Unterteil 4 bestehen wiederum aus Glas,
während das Mittelteil 3 aus einem doppelwandigen Stahl
mantel gebildet ist. Der Raum 46 des Doppelmantels bildet
den Heizraum. Er ist über einen Zulauf 14 an eine Heiz
dampfquelle angeschlossen, während das Kondensat über
den Ablauf 15 abgezogen wird. Das Mittelteil 3 ist ferner
von einer starken Isolierung 47 umgeben.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist das Mittel
teil 3 des Behälters konisch ausgebildet, womit in
günstiger Weise der Abdampfrate Rechnung getragen wird.
Entsprechend der Konizität sind auch die Leisten 20 mit
den Wischerkanten 21 am Rotor 17 konisch ausgebildet.
Der Rotor 17 besteht wiederum aus einem Rohr mit einem
oberen konischen Abschnitt 23 und einem unteren ko
nischen Abschnitt 24. In das untere Ende des Rotors 17
sind Schaufeln 48 zur Bildung einer Schraubenpumpe ein
gesetzt.
Innerhalb des Behälters 1 befindet sich eine am Boden 6
befestigte Stütze 49, die sich axial im wesentlichen durch
das Unterteil 4 und das Mittelteil 3 nach oben erstreckt
und im oberen Bereich von einer Hohlwelle 50 übergriffen
ist, für die sie ein loses, axiales Stützlager bildet. Die
Hohlwelle 50 ist mit der Antriebswelle 18 über ein Profil
51 drehfest, jedoch axial lösbar gekuppelt. An die Hohl
welle 50 ist über Rippen 52 der Rotor 17 befestigt.
Die Stütze 49 weist eine axiale Bohrung 53 auf, die
als Speiseleitung dient und im Bereich des oberen konischen
Abschnittes 23 des Rotors 17 radiale Bohrungen 54 in axia
lem Abstand voneinander aufweist. Das über die Bohrung 53
zugeführte Ausgangsprodukt wird über die Bohrungen 54 nach
außen zentrifugal auf die Innenwand des konischen Ab
schnittes 23 aufgegeben und von diesem nach oben gefördert,
um über die Austrittsöffnungen 27 wiederum nach außen
abgespritzt zu werden.
Der Tropfenabscheider 30 wird bei diesem Ausführungsbei
spiel von einem Stapel paralleler Ringscheiben gebildet,
die zu einem Paket zusammengefaßt mit der Hohlwelle 50
und damit mit der Antriebswelle 18 verbunden sind, mit
dieser also umlaufen. Die aufsteigenden Brüden gelangen
durch die gestapelten Ringscheiben des Tropfenabschei
ders 30 in den Abdampfstutzen 55. Dieser Tropfenabschei
der kann auch aus Drahtgittern, Drahtgeweben oder Draht
gewirken bestehen. Ein solcher Tropfenabscheider eignet
sich auch als zusätzliche Rektifizierstufe, wie er im
Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben ist.
Der Dünnschichtverdampfer gemäß Fig. 5 besteht in seinem
Oberteil 2 und seinem Mittelteil 3 aus Stahl, während
das das Produkt sammelnde Unterteil 4 aus Glas bestehen
kann. Das Mittelteil 3 besteht aus einem zylindrischen
Abschnitt 56 und einem unteren konischen Abschnitt 57,
die jeweils die Verdampfungsflächen bilden und von dem
Heizmantel 13 umgeben sind. Auch hier erfolgt die Behei
zung vorzugsweise mit Heizdampf, der über den Anschluß 14
zugeführt wird, während das Kondensat über den Ablauf 15
abgezogen wird. Der Rotor 17 besteht wiederum aus einem
oberen konischen Rohrabschnitt 24 und einem unteren ko
nischen Rohrabschnitt 23. Im Bereich des konischen Rohrab
schnittes 24 verlaufen die Leisten 20 achsparallel und
damit parallel zu dem zylindrischen Abschnitt des Mittel
teils 3, während im unteren konischen Abschnitt 57 des
Mittelteils 3 Leisten 58 unter entsprechender paralleler
Winkellage mit dem Rotor 17 bzw. einem konischen Rohr
59 verbunden sind, das den konischen Rohrabschnitt 23
konzentrisch umgibt und ähnlich der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 als zweite Stufe der Umlaufpumpe wirkt. Das ko
nische Rohr 59 weist an seinem oberen Ende einen als Ab
lauffläche wirkenden Flansch 60 auf und ist an einem am
Rotor 17 befestigten Ringflansch 61, der die Leisten 20
an ihrem unteren Ende verbindet, mit Abstand befestigt.
Sowohl der konische Rohrabschnitt 23 des Rotors 17, als
auch das diesen umgebende konische Rohr 59 saugen das sich
im Unterteil 4 sammelnde Produkt entsprechend den angedeu
teten Richtungspfeilen an und transportieren es nach oben.
Das obere Ende bzw. der Flansch 60 des Rohrs 59 endet
jedoch in Abwandlung gegenüber dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 im Bereich des Mittelteils 3, so daß das von
dem konischen Rohr 59 nach oben geförderte Produkt auf den
unteren beheizten Abschnitt 57 des Mittelteils 3 abge
spritzt wird und wiederum in einem dünnen Film, unterstützt
von den umlaufenden Leisten 58, nach unten abläuft. Dadurch
wird in besonders vorteilhafter und einfacher Weise trotz
der Abdampfrate eine gleichmäßige Filmbildung über die
gesamte axiale Ausdehnung des Mittelteils 3 erreicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Speise
leitung 38 wiederum von oben in den Behälter 1 hinein
geführt. Sie weist ihr Abgabeende oberhalb einer mit dem
Rotor 17 umlaufenden Ringscheibe 62 auf, die das Ausgangs
produkt nach außen beschleunigt und an die Innenwand des
Oberteils 2 abspritzt. Auch hier weist der Rotor achsparal
lele Leisten 63 auf, die schon im Bereich des Oberteils
für einen filmartigen Ablauf des Ausgangsproduktes an der
Innenwand des Behälters sorgen. Die Scheibe 62 wirkt zu
gleich als Tropfenabscheider für die gemäß Pfeil 33 auf
steigenden Brüden.
Der Behälter 1 ist im Bereich seines Oberteils von einem
Kühler 64 umgeben, dem über ein Zulauf 65 das Kühlmedium
zugeführt wird, das über den Ablauf 66 abgezogen wird.
In dem Kühler 64 werden die Brüden kondensiert und als
Destillat über den Ablauf 67 abgezogen. An den Ablauf
67 kann eine Vakuumpumpe angeschlossen werden. Das De
stillat kann auch ganz oder teilweise in das Oberteil 2
des Behälters 1 zurückgeführt werden, wie dies beim Aus
führungsbeispiel gemäß Fig. 4 an Hand des Zulaufstutzens
68 gezeigt ist. Das Destillat wird dann im Gegenstrom
durch den Tropfenkondensator 30 über die gestapelten
Scheiben geleitet, so daß zwischen den Brüden und dem
Destillat ein Stoffaustausch stattfindet. In diesem
Fall wirkt der Tropfenabscheider zugleich als Rektifi
zierstufe.
Um den Brüdenabzug zu verbessern, weist der Rotor 17 in
seinem Mantel Durchbrechungen 69 auf, durch die die von
unten aufsteigenden Brüden auch durch den Innenraum des
Rotors nach oben abziehen können, wie dies mit Richtungs
pfeil 70 angedeutet ist. Die Durchbrechungen weisen einen
nach innen ragenden Kragen 71 auf, so daß die im Rotor 17
nach oben steigende Flüssigkeit, wie mit den Pfeilen 72
angedeutet, an den Durchbrechungen 69 vorbeigelenkt wird.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Deckel 5 lösbar
am Oberteil 2 bzw. an dem diesen umgebenden Kühler 64
befestigt. Ferner sitzt das Lagergehäuse 19 für die An
triebswelle 18 an dem Deckel 5, so daß der gesamte
Rotor 17 mit allen bewegten Teilen nach Lösen des Deckels
nach oben aus dem Behälter 1 entnommen werden kann.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist noch folgende
Besonderheit auf:
Das untere offene Ende 25 am unteren Abschnitt 23 des Rotors 17 ist als Ventilsitz ausgebildet. Mit diesem Ventilsitz wirkt ein Ventilkörper 73 zusammen, der als in die Öffnung eingreifender Kegel ausgebildet ist. Der Ventilkörper 73 ist auf einer Ventilstange 74 drehbar gelagert, die in dem Boden 6 des Unterteils 4 des Be hälters 1 drehfest, aber axial verschiebbar, geführt ist, so daß durch Verschieben der Ventilstange der Spalt zwi schen dem kegeligen Ventilkörper und dem Rand der Öffnung 25 einstellbar ist, um die angesaugte Flüssigkeitsmenge zu regulieren oder - in der Schließstellung - zu unter brechen. In der Schließstellung kann der Ventilkörper 73 mit dem Rotor mitdrehen.
Das untere offene Ende 25 am unteren Abschnitt 23 des Rotors 17 ist als Ventilsitz ausgebildet. Mit diesem Ventilsitz wirkt ein Ventilkörper 73 zusammen, der als in die Öffnung eingreifender Kegel ausgebildet ist. Der Ventilkörper 73 ist auf einer Ventilstange 74 drehbar gelagert, die in dem Boden 6 des Unterteils 4 des Be hälters 1 drehfest, aber axial verschiebbar, geführt ist, so daß durch Verschieben der Ventilstange der Spalt zwi schen dem kegeligen Ventilkörper und dem Rand der Öffnung 25 einstellbar ist, um die angesaugte Flüssigkeitsmenge zu regulieren oder - in der Schließstellung - zu unter brechen. In der Schließstellung kann der Ventilkörper 73 mit dem Rotor mitdrehen.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführung des Ventils.
Der Ventilkörper 73 ist innerhalb des Rotors 17 angeordnet.
Dieser ist an seinem unteren Ende 25 nach innen eingezogen
und weist eine axiale Öffnung 75 auf, die unter Wirkung
einer den Ventilkörper 73 belastenden Feder 76 verschließ
bar ist. Der Ventilkörper 73 sitzt zu diesem Zweck ver
schiebbar und zugleich drehbar auf einem Bolzen 77 einer
Ventilstange 74, die, wie bei der Ausführung gemäß Fig. 5,
drehfest, aber axial verschieblich, ist, so daß der Ven
tilkörper gegen die Federkraft oder auch nur gegen sein
Eigengewicht angehoben und die Öffnung 75 mehr oder weniger
freigegeben werden kann. Im unteren Bereich des Rotors
17 sind wiederum Förderorgane in Form von Platten 78 ange
ordnet, die als Pumpe wirken. An gegenüberliegenden Plat
ten 78 ist eine Leiste 79 angeschraubt, an der sich die
Feder 76 abstützt.
Claims (23)
1. Dünnschichtverdampfer mit einem aufrecht stehenden
Behälter, einer an dessen Mantel außenseitig ange
ordneten Heizung, einem im Behälter umlaufenden
Rotor und einem oberhalb des Rotors in einem Ober
teil des Behälters angeordneten Brüdenraum mit Trop
fenabscheidung, wobei das Produkt im oberen Bereich
des Rotors auf die Innenwand des Behälters aufge
geben und in einer dünnen Schicht, in der die Ver
dampfung stattfindet, nach unten abläuft und das
Konzentrat am Boden des Behälters abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) ein
als Vorlage ausgebildetes, nichtbeheiztes Unterteil
(4), in welchem sich das Produkt sammelt, und ein
die Heizung (13) aufweisendes Mittelteil (3), an
dessen Innenwand die Dünnschicht-Verdampfung statt
findet, aufweist, und daß der rohrförmig ausgebildete
Rotor (17) sich in das Unterteil (4) bis nahe dem
Boden (6) des Behälters (1) erstreckt und als Um
laufpumpe ausgebildet ist, die das Produkt aus dem
Unterteil (4) an der Innenseite des rohrförmigen
Rotors (17) bis in dessen oberen Bereich fördert
und dort zentrifugal an die Innenwand des Mittel
teils (3) abgibt.
2. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der rohrförmige Rotor (17) außen
seitig mit Leisten (20) versehen ist, die etwa
parallel zur Innenwand des Behälters (1) und in
geringem Abstand zu dieser angeordnete Wischer
kanten (21) aufweisen.
3. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Rotor (17) zumindest
auf dem oberen Teil seiner axialen Länge als sich
von unten nach oben konisch erweiterndes Rohr (22)
ausgebildet ist.
4. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß sich der Rotor (17) über
seine gesamte axiale Länge von unten nach oben ko
nisch erweitert.
5. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17)
eine von unten nach oben gleichbleibende oder sich
ändernde Konizität aufweist.
6. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige
Rotor (17) an seinem oberen Ende nach innen einge
zogen (26) ist und darunter Austrittsöffnungen (27)
für das an seiner Innenseite aufsteigende Produkt
aufweist.
7. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige
Rotor (17) in seinem unteren, inneren Bereich als
Pumpe (42, 48) wirkende Förderorgane aufweist.
8. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17)
an seinem unteren, offenen Ende (25) einen Ventil
sitz für einen Ventilkörper (73) bildet, der auf
einer außerhalb des Rotors geführten Ventilstange
(74) drehbar gelagert ist.
9. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige
Rotor (17) in seinem Mantel oberhalb des sich im
Unterteil (4) einstellenden Flüssigkeitsspiegels
Durchbrechungen (69) für den Durchgang der Brüden
durch den Rotor aufweist, und daß die Durchbrechungen
(69) von einem in den Rotor (17) hineinragenden
Kragen (71) umgeben sind.
10. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17)
in seinem unteren Bereich von einem konzentrischen
und drehfest mit ihm verbundenen konischen Rohr
(34, 59) umgeben ist, das mit seinem unteren Ende
(35) in das Produkt eintaucht und das an seiner
Innenseite nach oben geförderte Produkt an die Innen
wand des Behälters (1) abgibt.
11. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende
des den Rotor umgebenden Rohrs (34) unterhalb des
beheizten Mittelteils (3) liegt und das Produkt
auf die nichtbeheizte Innenwand des Behälters (1)
abgibt.
12. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende
des den Rotor (17) umgebenden Rohrs (59) im Bereich
des beheizten Mittelteils (3) liegt und das Produkt
auf die beheizte Innenwand des Behälters (1) abgibt.
13. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das den Rotor (17) umgebende
Rohr (59) außenseitig die Wischerkante bildende
Leisten (58) aufweist.
14. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Be
hälters (1) im Bereich des den Rotor (17) umge
benden konischen Rohrs (59) entsprechend konisch
ausgebildet ist.
15. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17)
in das Oberteil (2) des Behälters (1) hineinreicht
und im Oberteil eine mitrotierende Strömungsschikane
für die Brüdendämpfe aufweist, die als Tropfenab
scheider (30) wirkt.
16. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strömungsschikane als Scheibe
oder Ringscheibe ausgebildet ist.
17. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strömungsschikane mehrere
übereinander angeordnete Ringscheiben aufweist.
18. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 15
bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs
schikane im wesentlichen parallel zur Rotorachse
verlaufende Leisten (63) aufweist.
19. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 18 mit einer das Ausgangsprodukt zuführenden
Speiseleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Speiseleitung (38) von unten in den rohrförmigen
Rotor (17) hineingeführt ist und das Ausgangspro
dukt auf die konische Innenseite des Rotors abgibt.
20. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 18, mit einer das Ausgangsprodukt zuführenden
Speiseleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Speiseleitung (38) von oben in den Behälter (1)
hineingeführt ist und das Ausgangsprodukt auf eine
mit dem Rotor (17) umlaufende Fläche (44, 62) ab
gibt.
21. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fläche (44, 62), auf die
das Ausgangsprodukt von der Speiseleitung (38) ab
gegeben wird, an einer die Strömungsschikane bil
denden Scheibe ausgebildet ist.
22. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17)
mit seiner Antriebswelle (18) in einem lösbaren
Deckel (5) des Behälters (1) gelagert und nach Lösen
des Deckels aus dem Behälter entnehmbar ist.
23. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1
bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs
welle (18) des Rotors (17) über ein loses Stütz
lager (41, 49) am Boden (6) des Behälters (1) ab
gestützt ist.
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DE4207266A DE4207266B4 (de) | 1991-04-11 | 1992-03-07 | Dünnschichtverdampfer |
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ID=6429316
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