DE69607039T2

DE69607039T2 - Rotierender wärmeübertragungskörper zur verdampfung von flüssigkeiten oder zur trocknung von pumpfähigen produkten

Info

Publication number: DE69607039T2
Application number: DE69607039T
Authority: DE
Inventors: Erik Jensen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2001-01-11
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: WO1997018023A1; DE69607039D1; EP0880386A1; EP0880386B1; DK126995A; AU7490596A; ES2145491T3; ATE190234T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertragungskörper, den die Verbindung mit alternativen Vorrichtungsaufbauten sowohl zur Verdampfung von Lösungen/Suspensionen, die eine Neigung haben, Ablagerungen auf der Wärmeübertragungsoberfläche zu bilden, als auch zur Trocknung viskoser pumpfähiger Produkte gut geeignet macht. In WO-A-9 101 784 ist ein derartiger Wärmeübertragungskörper offenbart.
Während der Entwicklung des vorliegenden Vorrichtungsaufbaus wurden Lösungen erzielt, mit denen die folgenden Anforderungen erfüllt werden:
1. Herstellung von Einheiten mit einer großen Wärmeübertragungsoberfläche.
2. Entwicklung eines integrierten Systems, das die Verdampfungsoberfläche frei von Ablagerungen hält.
3. Erzielen einer guten Wärmeübertragung mit Dampf als Wärmemedium, indem der Verdampfungskörper in Abschnitten aufgebaut wird, die mit abnehmenden Flußdurchgangsflächen hintereinander verbunden sind, wobei jeder Abschnitt die Fließgeschwindigkeit liefert, welche die beste Wärmeübertragung ergibt, und dementsprechend geeignet ist, das Dampfvolumen entsprechend der Kondensation des Dampfes zu verringern. Der Aufbau liefert gleichzeitig einen zuverlässigen Transport des Kondensats und der Falschluft in Richtung des Kondensatauslasses.
4. Durch eine Ausführungsform der Vorrichtung, die für die Verdampfung konstruiert ist, wird eine kontinuierlich zunehmende Konzentration von Trockensubstanz in der Flüssigkeit erzielt, so daß eine hohe Konzentration in dem Rückstand ohne wesentliche Abnahme in der durchschnittlichen Wärmeübertragung erreicht werden kann.
5. Ein alternativer Aufbau, der unter einer Gegenströmung zwischen dem entwickelten Dampf und der verdampfenden Flüssigkeit gleichzeitig eine Verbindung zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf herstellt und es somit, wenn die Flüssigkeitsphase eine Mischung von Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedepunkten ist, während der Verdampfung ermöglicht, gleichzeitig ein wirksames Ablösen der leicht verdampfbaren Flüssigkeit zu erreichen.
6. Durch eine Ausführungsform der Vorrichtung, die für die Trocknung von viskosen pumpfähigen Produkten konstruiert ist, ist es möglich, Wärmeübertragungskörper mit einer derartig großen Wärmeübertragungsfläche herzustellen, daß durch eine erneute Kompression der erzeugten Dampfes eine große Energieersparnis im Vergleich zum Energieverbrauch bei herkömmlichen Trocknungsverfahren, die in erster Linie Luft als Wärmeübertragungsmedium verwenden, erzielt werden kann.

Verdampfung

Eine für die Verdampfung von Flüssigkeiten konstruierte Vorrichtung, die den genannten Zweck erfüllt, wird mit einer rotierenden Verdampfungseinheit aufgebaut, die in ein horizontales Zylindergehäuse eingebaut ist, in welchem der Verdampfungskörper unter Verwendung ebener paralleler Ringkanalplatten aufgebaut ist, welche durch Schweißen mit dem rohrförmigen Mittelabschnitt verbunden sind.
Dadurch, daß auf diese Weise ein konstanter Abstand zwischen den Verdampfungsoberflächen zwischen den Ringkanalplatten vom Umfang und in Richtung des Mittelabschnitts erzeugt wird, ist es möglich, ein einfaches Bürsten oder Abschaben der Verdampfungsoberflächen zu erreichen, wodurch, wie weiter unten detaillierter beschrieben wird, lange Betriebszeiten ohne eine Notwendigkeit für zusätzliches Anhalten zum Reinigen erreicht werden.
Dampf wird als Heizmedium verwendet, und die Ringkanäle werden daher mit radialen Trennwänden versehen, welche den Dampf in einen kreisförmigen Fluß durch die Ringkanäle zwingen, wobei der Dampf durch eine Öffnung von dem rohrförmigen Mittelabschnitt eingeleitet wird, der mit Hilfe einer diametralen Trennplatte in eine Rohrhälfte zum Zuführen von Dampf an die Ringkanäle und die andere Hälfte zum Abfluß von Dampf und Kondensat unterteilt ist. An der Verbindung zum nächsten Abschnitt führt die Abflußhälfte direkt in die Rohrhälfte, die den Einlaß zu den Ringkanälen dieses Abschnitts bildet.
Zur Verdampfung von Flüssigkeiten, die keine Neigung haben, Ablagerungen auf der Wärmeübertragungsoberfläche zu bilden, gibt es viele verschiedene Vorrichtungsarten, wobei die am meisten verwendeten Arten Fallfilmverdampfer und in jüngerer Zeit Plattenwärmeaustauscher sind. Es ist mit beiden dieser Vorrichtungsarten möglich, auf wirtschaftliche Weise sehr große Wärmeübertragungsoberflächen aufzubauen. Fallfilmverdampfer werden z. B. mit Rohrlängen von mehr als 10 m hergestellt, und die Schweißarbeit für jedes einzelne Rohr ist unabhängig von der Länge des Rohrs die gleiche, und der Herstellungspreis nimmt daher nicht proportional mit der Kapazität der Vorrichtung zu.
Nun werden Plattenwärmeaustauscher hergestellt, wobei die Fläche der einzelnen Platten so groß ist, daß eine einzelne Vorrichtung mit einer Wärmeübertragungsoberfläche von einigen hundert m² aufgebaut werden kann.
Jedoch wird selbst mit einer sehr großen Wärmeübertragungsoberfläche keine große Verdampfungskapazität erreicht, wenn die Zusammensetzung der Lösung zur schnellen Bildung von Ablagerungen auf der Heizoberfläche führt, was die Kapazität der Vorrichtung allmählich auf einen Bruchteil der Kapazität einer frisch gereinigten Verdampfungsoberfläche verringert; hinzu kommen mögliche Stillzeiten zum Reinigen der Oberfläche. Es werden daher Vorrichtungen hergestellt, in denen die Bildung von Ablagerungen auf unterschiedliche Weise verhindert oder verringert wird.
Mit wirksamem Abschaben oder Bürsten der Wärmeübertragungsoberfläche können Ablagerungen vollständig verhindert werden, und nahezu das gleiche Ergebnis kann erzielt werden, indem eine starke Turbulenz in dem Flüssigkeitsfilm der Verdampferoberfläche erzeugt wird. Ein Beispiel für letzteres ist der Dünnfilmverdampfer von Luwa, in dem ein schlanker vertikaler Zylinder mit einem Heizmantel versehen ist und die Innenfläche die Verdampferoberfläche bildet. Die Vorrichtung hat einen in der Mitte angeordneten schnell rotierenden Rührer mit Schaufeln, die mit dem nächst möglichen Abstand von der Oberfläche an der zylindrischen Verdampferoberfläche vorbei gehen, wobei er die Flüssigkeit in einem dünnen Film auf der Oberfläche verteilt hält und gleichzeitig eine starke Turbulenz im Zwischenraum zwischen den Schaufeln und der Verdampfungsoberfläche erzeugt.
Die größte Einschränkung bei der Verwendung dieser Vorrichtungsart ist, daß die Abmessungen der Vorrichtung im Verhältnis zur aktiven Fläche sehr groß sind. Eine Vorrichtung mit einer Wärmeübertragungsoberfläche von 40 m² kann somit mit einer Gesamthöhe von 12 m hergestellt werden, von welcher die Heizoberfläche mit einem Durchmesser von 1,7 m 9,5 m in Anspruch nimmt. Der Preis ist hoch, da die Heizoberfläche spanabhebend bearbeitet werden muß, um die enge Toleranz des Zwischenraums zwischen Schaufeln und Wärmeübertragungsoberfläche aufrecht zu erhalten.
Um die Vorrichtung so gut wie möglich auszunutzen, arbeitet man mit einer relativ großen Temperaturdifferenz zwischen dem kondensierenden Dampf und der Flüssigkeit, die verdampft wird, und die herkömmlichen Verfahren zur Verbesserung des Energieverbrauchs können daher nicht verwendet werden. Diese Verfahren umfassen unter anderem: Verwendung des erzeugten Dampfes als Heizmedium nach erneuter Kompression mit einer mechanischen Wärmepumpe, teilweise erneute Kompression mit einem Dampfstrahl oder einen Aufbau mit einer mehrstufigen Verdampfung.
Ein System mit der Verdampfung aus einem Flüssigkeitsfilm, der unter starken Turbulenzen in dem Flüssig keitsfilm regelmäßig erneuert wird, wird in einer Vorrichtung verwendet, die im dänischen Patent Nr. 120 843 beschrieben ist. Die Wärmeübertragungsoberfläche ist hier als ein zylindrischer Rotor ausgebildet, der aus Platten aufgebaut ist, die mit sich weit axial nach innen erstreckenden Knicken geknickt sind, wodurch die gesamte Wärmeübertragungsoberfläche im Verhältnis zur Umfangsoberfläche des Rotors um mehr als 1000% erhöht werden kann. Der rotierende Verdampfungskörper ist in ein horizontales Zylindergehäuse montiert, von dessen Boden mit Hilfe eines Rotors mit Greifschaufeln Flüssigkeit nach oben gegen den langsam rotierenden Verdampfungskörper geschleudert werden kann, und die Verdampfungsoberfläche wird auf diese Weise mit jeder Umdrehung stark besprüht und somit frei von Ablagerungen gehalten. Das System ist insbesondere gut geeignet zur Verdampfung unter Vakuum, wo die Druckdifferenz pro Grad Temperaturdifferenz geringer ist als bei höheren Drücken. Die geknickten Oberflächen sind nämlich zu teuer in der Herstellung, wenn Platten mit einer größeren Materialdicke verwendet werden müssen. Andererseits ist das System gut geeignet für den Betrieb mit einer Wärmepumpe. Aus Konstruktionsgründen ist es jedoch schwierig, Vorrichtungen mit einer Wärmeübertragungsoberfläche von mehr als 150-200 m² herzustellen, und das System scheint daher nicht die wachsende Nachfrage nach größeren Ausstößen zu erfüllen.
Eine offensichtliche Lösung für die Verdampfung von ablagerungsbildenden Lösungen ist es, ein dauerndes Abschaben oder Bürsten der gesamten Verdampfungsoberfläche einzurichten, und dies wird in Vorrichtungen, die aus zylindrischen oder konischen Gehäusen bestehen, in denen ein Teil der Außenwand mit einem Heizmantel versehen ist, auch praktiziert, und das Gehäuse wird mit einem in der Mitte plazierten Rührer versehen, der die gesamte Heizoberfläche mit Schabern frei von Ablagerungen halten kann. Ein Nachteil dieses Aufbaus ist, daß das Flüssigkeitsvolumen, das notwendig ist, um die Heizoberfläche zu bedecken, groß ist und mit der Größe der Vorrichtung zunimmt, und obwohl die Vorrich tung einfach herzustellen ist, ist sie nur für kleine Ausstöße geeignet.
Eine Vorrichtung, welche die Möglichkeit eröffnet, eine Heizoberfläche zu konstruieren, die entweder durch Schaben oder durch Bürsten sauber gehalten werden kann, ist in US-A-1 501 515 beschrieben. Gemäß diesem Patent ist die Wärmeübertragungsoberfläche mit kreisförmig rotierenden Verdampfungskörpern aufgebaut, welche aus zwei einander gegenüber liegenden Kegelscheiben bestehen, die am Umfang durch Schweißen mit einem Zwischenring verbunden sind. Der Ring wirkt so, daß er einen Abstand zwischen den Scheiben liefert, der die Bestückung mit Rohren zum Ableiten von Kondensat und Falschluft ermöglicht. Die einzelnen Wärmeübertragungskörper sind durch zylindrische Zwischenstücke verbunden, die sowohl als eine Achse für den Verdampfungskörper als auch zum Befördern von Dampf und Ausstößen aus Kondensat und Falschluft wirken. Wenn sie in Verbindung mit schmutzigen Lösungen verwendet werden, werden Schaber eingeführt, die sich von dem Umfang in die mittige Verbindung zwischen den Scheiben erstrecken. Die integral ausgebildeten Schaber können in gewissen Fällen die freie Bewegung von Flüssigkeit und das Fließen von Dampf von der Verdampfungsoberfläche behindern, und das System zur Verteilung von Heizdampf und zum Ablassen von Falschluft liefert nicht die optimale Wärmeübertragung.
Das System, das kreisförmig rotierende Verdampfungskörper verwendet, ist ansonsten zumeist in Verbindung mit Trocknungsverfahren bekannt, und die Konstruktion von Verdampfungskörpern und die Planung der Betriebsbedingungen für diese werden auf Basis der Tatsache durchgeführt, daß die Trocknung von Produkten, die der Vorrichtung in einem viskosen Zustand zugeführt und in Pulverform ausgestoßen werden, zu der durchschnittlichen Wärmeübertragung von nur etwa 75 kcal/m²hºC (1 kcal = 4,184 kJ) führt, wohingegen während der Verdampfung von leicht fließenden Produkten eine Wärmeübertragung in der Größenordnung von 2000 kcal/m²hºC erreicht werden kann. Um eine vernünftige Kapazität zu erzielen, arbeitet man daher mit großen Temperatur- und Druckdifferenzen über den Heizoberflächen mit Produkten, die in der Lage sind, hohe Temperaturen auszuhalten. Außerdem besteht ein hoher Druck auf die Heizoberfläche, und um die notwendige Festigkeit zu erhalten, werden die zirkularen Verdampfungselemente entweder mit einem dreieckigen Querschnitt oder möglicherweise mit einem der Zahl acht ähnlichen Querschnitt ausgebildet, welche für ein einfaches Abschaben nicht geeignet sind. Die Heizkörper mit dem rohrförmigen tragenden Mittelabschnitt werden normalerweise durch Schweißen montiert, und da ein gewisser Zwischenraum zwischen den einzelnen Körpern notwendig ist, um das Schweißen durchzuführen, wird dabei eine schlechte Ausnutzung des von dem Heizelement eingenommenen Volumens erzielt.
Die Aufgabe war, eine Vorrichtung mit einer großen Verdampfungskapazität für Flüssigkeiten zu konstruieren, die eine Neigung haben, Ablagerungen auf der Verdampfungsoberfläche zu bilden. Wie beschrieben, ist die wirksamste Lösung zur Reinigung der Oberfläche, ein Abschaben oder Bürsten der Oberfläche durchzuführen, und da ein System mit einer ortsfesten Heizoberfläche und einem rotierenden Schabesystem konstruktionstechnisch nur für kleine Ausstöße hergestellt werden kann, wurden deshalb Anstrengungen unternommen, um ein Verdampfungssystem zu bauen mit rotierenden Wärmeübertragungsoberflächen, die derart geformt sind, daß die Reinigung auf eine neue und wirksame Weise durchgeführt werden kann, und mit einer so großen Wärmeübertragungsoberfläche, daß das System mit Hilfe einer Wärmepumpe oder durch mehrstufige Verdampfung auch mit größeren Ausstößen betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den rotierbaren hohlen Wärmeübertragungskörper gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung ist eine derartige Wärmeübertragungsoberfläche aus Ringkanälen aufgebaut, die mit dem rohrförmigen Mittelabschnitt auf eine Weise verbunden sind, die es ihnen ermöglicht, sehr nahe und mit erzwungenem Durchlauf von Dampf, Kondensat und Falschluft angeordnet bzw. montiert zu werden.
In den bekannten Ausführungsformen der Trocknungssysteme mit rotierenden Heizoberflächen, nimmt die Wärmeübertragung in der Richtung des Pulverauslasses ab, aber die Zufuhr von Dampf an all die einzelnen Wärmeübertragungskörper findet in der Regel bei dem gleichen Druck von dem gleichen gemeinsamen Dampfeinlaß-Leitungsrohr statt, und das Ergebnis ist, daß die gleiche Menge an Dampf zu jedem der Wärmeübertragungskörper fließt. An den Körpern, die am nächsten zum Produkteinlaß sind, ist die Wärmeübertragung so gut, daß nicht die gesamte verfügbare Fläche zur Kondensation des eingelassenen Dampfes genutzt wird, während die überschüssige Fläche eventuell mit Falschluft bedeckt wird. Es sind Fälle bekannt, in denen die Kapazität von Systemen 30% unter der erwarteten Kapazität war und in denen es möglich war, die Kapazität zu erhöhen, indem der Einlaß von Dampf zu den Wärmeübertragungskörpern, die unter den schlechtesten Wärmeübertragungsbedingungen arbeiteten, gedrosselt wurde, aber es ist schwierig, die richtige Verteilung des Dampfes zu erhalten.
Wie bereits erwähnt, wird dieses Problem durch Unterteilung des rotierenden Verdampfungskörpers in Abschnitte mit seriellem Fluß von Dampf und Kondensat erreicht. Die kreisförmigen Ringkanal-Verdampfungskörper werden aus zwei ebenen Plattenringen gebildet, die am Umfang verbunden sind - entweder mit Hilfe eines Zwischenrings, dessen Breite eine geeignete Querschnittfläche für den kreisförmigen Dampffluß ergibt, oder durch Versehen der Platten mit einander gegenüber liegenden Biegungen entlang ihrem Umfang, die zusammen den notwendigen Abstand zwischen den Platten liefern. Mit dem letzteren Ansatz wird nur eine kreisförmige Schweißverbindung benötigt, um die Platten zu verbinden, und wenn die Ringkanäle auf die gleiche Weise mit einer einzigen Schweißverbindung miteinander verbunden werden sollen, müssen die Platten mit einer Biegung versehen werden, die sich nach außen auf die benachbarten Ringkanäle zu erstreckt, und eine Größe haben, die Platz für eine Bürst-Schab-Anordnung zwischen den Verdampfungsoberflächen zuläßt. Alternativ können die Ringkanäle mit Hilfe von Ringen verbunden werden, die eine Breite haben, welche ebenfalls den notwendigen Abstand zwischen den Verdampfungsoberflächen liefert.
Dampf wird als ein Heizmedium verwendet, und der rohrförmige Mittelabschnitt wird axial in Abschnitte unterteilt, die jeweils die Grundlage für eine derartige Anzahl von Ringkanälen bilden, daß die gewünschte Fließgeschwindigkeit für den parallelen Fluß des Dampfes durch die mit dem Abschnitt verbundenen Ringkanäle erzielt wird. Beim Zusammenmontieren mit dem nächsten Abschnitt wird dieser um 180º gedreht, so daß der Einlaßkanal mit dem Auslaßkanal von dem vorhergehenden Abschnitt verbunden wird. Die Anzahl von Ringkanälen in dem folgenden Abschnitt muß entsprechend dem im vorhergehenden Abschnitt kondensierten Dampfvolumen verringert werden.
Der Verdampfungskörper rotiert mit einer Geschwindigkeit, die nicht höher ist als die, die es erlaubt, daß das Kondensat auf dem Boden der Ringkanäle gesammelt wird, bis die radiale Trennwand vorbeigeht und es nach oben hebt. Wenn die Trennwand nach oben in die horizontale Position gegangen ist, beginnt das Kondensat, in den Auslaßkanal zu laufen und geht weiter zum nächsten Abschnitt, wo die Einlaßöffnungen für die Ringkanäle dieses Abschnitts sich gleichzeitig der unteren Position nähern, wo das Kondensat zusammen mit dem in diesem Abschnitt gebildeten Kondensat für einen weiteren Transport hinein fließen kann. Falls die Ringkanäle z. B. mit einer Teilung von 45 mm angeordnet sind, können 22 Ringkanäle pro m des Rotors angeordnet werden, und mit einem Außendurchmesser von 2,5 m und einem ringförmigen Mittelabschnitt von 1,2 m hat jeder Ringkanal eine Oberfläche von etwa 7,5 m² und damit eine Fläche von etwa 160 m² pro m Rotorlänge. Es ist auf diese Weise möglich, eine große Verdampfungskapazität zu erreichen, selbst wenn die Dimensionierung auf kleinen Temperatur- und Druckdifferenzen basiert, und eine derartige Vorrichtung wird geeignet für den Betrieb mit einer Wärmepumpe oder einen anderen entsprechend wirtschaftlichen Betrieb sein.
Selbst wenn man mit einer begrenzten Druckdifferenz über der Wärmeübertragungsoberfläche arbeitet, wird eine ebene Heizoberfläche ohne Verstrebungen die Ausführung in Platten mit einer großen Materialdicke erfordern, und die Ringkanalplatten werden daher mit einer passenden Anzahl von Verstrebungen verstärkt.
Eine derartige Herstellung und Verbindung der Ringkanäle mit einem konstanten Abstand zwischen den Verdampfungsoberflächen vom Umfang und in den rohrförmigen Mittelabschnitt hinein ist der Grund, daß auf eine sehr einfache Weise eine wirksame Bürst-Schab-Anordnung hergestellt werden kann.
Bei bekannten Ausführungsformen von Vorrichtungen mit Schabern, die die gesamte Oberfläche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Oberfläche überstreichen, können die integral geformten Schaber sowohl die Dampf- als auch die Flüssigkeitsflüsse stören, und gleichzeitig kann es schwierig sein, das abgeschabte Material zu entfernen.
Die Erfahrung zeigt, daß es im schlimmsten Fall einige Minuten dauern kann, um Ablagerungen zu bilden, die eine merkliche Verringerung der Wärmeübertragung ergeben, und es ist daher ausreichend, eine regelmäßige Reinigung der Verdampfungsoberfläche einzurichten. Eine derartige Reinigung kann durchgeführt werden, indem kleine Bürsten oder Schaber verwendet werden, die die gesamte Oberfläche reinigen, indem diese laufend vom Umfang zur Mitte und zurück bewegt werden. Da der Abstand zwischen den entgegengesetzten Verdampfungsoberflächen überall konstant ist, kann jede mit einer zweiseitigen Bürst- oder Schabanordnung ausgebildete Bewegungseinrichtung zwei Oberflächen gleichzeitig bedienen. Die Bürst- oder Schabdrücke sind im Gleichgewicht, und auf diese Weise gibt es keinen seitlichen Einfluß auf die Pendelarme, die die Bewegung in Gang setzen und die daher derart begrenzte Abmessungen haben können, daß sie die Flüssig keits- und Dampfflüsse nur in einem kleinen Ausmaß stören können.
Die einfachste und günstigste Ausführung wird in einer Vorrichtung erzielt, wenn das Befeuchten der Verdampfungsoberfläche durch Aufrechterhalten eines Flüssigkeitspegels in dem Gehäuse etwas oberhalb der Unterseite des tragenden Mittelabschnitts durchgeführt werden kann. Während der Rotation nimmt der Verdampfungskörper, während er in die Flüssigkeit getaucht wird, einen Flüssigkeitsfilm auf, der ausreicht, die stattfindende Verdampfung abzudecken, wobei die Verdampfungsoberfläche während der Rotation über der Flüssigkeitsoberfläche ist.
Mit einer derartigen Anordnung gibt es jedoch eine lange Verweildauer in der Vorrichtung von der Zuführung des Produkts in die Vorrichtung bis es als ein Konzentrat wieder ausgestoßen wird, aber wenn das behandelte Produkt durch eine lange Verweildauer in der Vorrichtung beschädigt wird, kann die Verdampfungsoberfläche mit Hilfe eines Flüssigkeits-Auftragsystems, wie in dem dänischen Patent Nr. 120 843, Dezember 1971, beschrieben, befeuchtet werden. Auf diese Weise wird in der Vorrichtung nur eine begrenzte Menge an Flüssigkeit benötigt, und die Verweildauer wird kurz sein.
Wenn Lösungen verdampft werden, in denen die flüssige Phase eine Mischung aus Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedepunkten ist und wo die wichtigste Aufgabe ist, ein wirksames Abstreifen der leicht verdampften flüssigen Phase zu erreichen, ist es während der Verdampfung notwendig, einen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem erzeugten Dampf herzustellen, der erreicht werden kann, indem die Lösung mit Hilfe eines Zerstäubersystems, wie in EP-A-0 494 154 beschrieben, zerstäubt wird.
Es ist hierbei notwendig, daß der rotierende Verdampfungskörper so hoch über dem Zerstäubersystem montiert wird, daß der notwendige Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf während dem Ausschleudern von Flüssigkeit zur Befeuchtung der Verdampfungsoberfläche stattfinden kann. Um das Weiterbefördern der Tropfen zu vermeiden, muß der freie Querschnitt in der Vorrichtung, durch den der entwickelte Dampf - im Gegenstrom zu der gleichzeitigen axialen Bewegung der Flüssigkeit in Richtung des Rückstandsauslasses - fließen kann, so groß sein, daß die Fließgeschwindigkeit des Dampfes 1 m/s nicht übersteigt. Während des Durchgangs der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitseinlaß zu dem Auslaß für die abgestreifte Flüssigkeit muß diese mindestens so oft ausgeschleudert werden wie es der notwendigen Anzahl von unteren Positionen für das Abstreifen entspricht.

Trocknung

Wenn ein Produkt aus einem Fluid in einen pulverisierten Zustand getrocknet wird, ist Sprühtrocknen ein weit verbreitetes Verfahren, wenngleich das System in gewisser Hinsicht in seiner Funktion unerwünschte Eigenschaften hat, teilweise in der Form eines hohen Energieverbrauchs mit indirekter Wärmeübertragung mit Hilfe von Luft und teilweise in der Hinsicht, daß die abgegebene Luft Geruchsprobleme verursachen kann. Der Energieverbrauch wird auf diese Weise oft zweimal so hoch wie die Verdampfungswärme der entfernten Feuchtigkeit sein.
Trocknungssysteme mit rotierenden Plattenringkanälen mit einer horizontalen Achse können mit Wärmeübertragung in direktem Kontakt mit einem Dampfverbrauch arbeiten, der auf etwa 1,1 mal dem erzeugten Dampf verringert ist, aber die Konsistenz mancher Produkte während dem Übergang vom flüssigen in den festen Zustand kann große Haftprobleme des Produkts an den Ringkanälen verursachen, so daß eine Rückmischung mit etwas von dem fertigen Trockenprodukt in einem Verhältnis durchgeführt werden muß, so daß die Vorrichtung ohne Probleme arbeiten kann. Jedoch ergibt das Verfahren eine stark verlängerte Verweildauer für das Produkt in der Vorrichtung und gleichzeitig einen etwas schlechteren Wärmeübertragungskoeffizienten und liefert daher nicht immer eine annehmbare Lösung.
Eine Vorrichtung, die eine sanfte Trocknung liefert, ist der Trommeltrockner, der eine rotierende zylindrische dampfgeheizte Trommel hat. Das flüssige Produkt wird der Trommel in einer Schicht von einem Bruchteil eines mm zugegeben, und das getrocknete Produkt wird, bevor die Trommel eine volle Umdrehung ausgeführt hat und so nahe zur Flüssigkeitsauftrag-Anordnung wie möglich, abgeschabt. Die Verweildauer des Produkts auf der Heizoberfläche ist ein paar Sekunden. Durch Einbau der Trommel in ein luftdichtes Gehäuse ist es möglich, mit der vorteilhaftesten Temperatur für das Produkt zu arbeiten. Ein Nachteil des Systems ist, daß es viel Raum erfordert und daß die Herstellung der Trommel mit großer Präzision durchgeführt werden muß, um ein ausreichend genaues Auftragen und Abschaben des Produkts zu erreichen.
Der bereits weiter oben beschriebene Wärmeübertragungskörper kann in einer Ausführungsform verwendet werden, die für den Zweck der Trocknung von flüssigen Produkten geeignet ist und die gemäß dem gleichen Prinzip wie die rotierende Trommel arbeiten kann. Für diese Verwendung wird der Wärmeübertragungskörper mit einer vertikalen Rotationsachse montiert, wobei die Wärmeübertragungsoberfläche horizontal ist und dadurch das Auftragen des viskosen Produkts in einer erheblich dickeren Schicht ermöglicht wird. Als Ergebnis wird die Anforderung an die präzise Herstellung der Oberfläche verringert, weil es einfacher ist, eine dickere Schicht abzuschaben. Wenn das Produkt z. B. in einer Schichtdicke von etwa 4 mm aufgetragen wird und die Temperaturdifferenz auf etwa 30ºC begrenzt ist, ist die Trocknungszeit, die stark von dem Trockensubstanzgehalt und der Konsistenz abhängt, etwa 1 Stunde. Der Abstand zwischen den einzelnen Ringkanälen muß groß genug sein, um Raum für die Aggregate zum Auftragen und Abschaben des Produkts zu liefern, aber es ist möglich, eine große Anzahl von Wärmeübertragungsoberflächen auf einem einzelnen Rotor einzurichten. In dieser Situation würde ein Auftragen und Abschaben bei jeder Umdrehung des Rotors eine sehr große Anzahl von Auftrag- und Abschab- Aggregaten erfordern. Die Vorrichtung wird daher so aufge baut, daß jedes Auftrag-Aggregat und jedes Abschab-Aggregat für eine große Anzahl von Ringkanälen, z. B. 10 kreisförmige Wärmeübertragungsoberflächen, die mit etwa 10 Umdrehungen pro Stunde rotieren, dient. Die Vorrichtung kann z. B. 40 Ringkanäle und somit 4 Auftrag- und Abschabsysteme haben. Das System arbeitet derart, daß jede der z. B. 4 Flüssigkeitsauftragdüsen auf einem gewöhnlichen Bewegungssystem montiert ist, das den Düsen eine Pendelbewegung verleiht, und trägt während einer ganzen Umdrehung nach und nach feuchtes Produkt auf die entsprechenden Oberflächen auf. Danach drehen sich die Düsen vollständig frei von den Oberflächen und werden zum nächsten Oberflächensatz angehoben oder abgesenkt. Das Schabsystem hat sein eigenes Bewegungssystem, das die gleichen Oberflächen bedient. Das Abschaben eines Oberflächensatzes beginnt ausreichend, bevor der Flüssigkeitsauftrag beginnt, daß die Flächen zwischen den Schabern und den Flüssigkeitsdüsen sauber abgeschabt werden, bevor der Auftrag beginnt. Wenn der Wärmeübertragungskörper eine ganze Umdrehung gedreht wird, werden die Schaber zu dem folgenden Oberflächensatz bewegt. Das Auftragsystem folgt dem Schabsystem, und sobald die Oberfläche zwischen den beiden Systemen sauber ist, kann der Auftrag von feuchten Produkten beginnen. Hierbei wird der Vorteil erzielt, daß nur an dem Oberflächensatz, an dem geschabt und neues Produkt aufgetragen wird, eine Fläche vorhanden ist, die nicht beschichtet und daher inaktiv ist, während die anderen 9 Oberflächensätze vollständig bedeckt und somit vollständig aktiv sind.
Die Schaber werden in einer Pendelbewegung von dem Mittelabschnitt des Wärmeübertragungskörpers und an dem Umfang der Oberflächen vorbei bewegt. Während der Rückkehr werden die Schaber in einem derartigen Maß angehoben, daß sie das getrocknete Produkt nicht berühren. Die Wärmeübertragung mit der erheblich dickeren Produktschicht ist etwas weniger effizient als bei Trommeltrocknungsvorrichtungen, aber bei den gleichen Außenabmessungen der Vorrichtung ist die Wärmeübertragungsfläche andererseits viel größer. Ein Rotor mit 10 Ringkanälen pro m mit einer Höhe von 4 m, einem Durchmesser von 2,5 m und einem Mittelabschnitt von 1,2 m hat eine Kontaktfläche von 150 m², und die entsprechende Fläche auf der Unterseite der Ringkanäle trägt Strahlungswärme bei. Eine entsprechende Zylindertrommel mit einem Durchmesser von 2,5 m und einer Länge von 4 m hat eine Kontaktfläche von 31,5 m².
Es ist auf diese Weise möglich, eine derartig große Verdampfungsoberfläche einzurichten, daß man mit einer so niedrigen Temperatur- und Druckdifferenz arbeiten kann, daß das Wärmepumpensystem mit einem betriebswirtschaftlichen Vorteil verwendet werden kann, der mit einem berechneten Beispiel von z. B. der Verwendung zum Trocknen von Abwasserschlamm veranschaulicht werden kann. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Trocknung von Abwasserschlamm ist die Trocknung mit Hilfe von Luft, die durch direkte Verbrennung von Öl oder Gas am Anfang und dann durch Verbrennung des getrockneten Abwasserschlamms erhitzt wird. Bei der Trocknung von einer Tonne Abwasserschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 15% auf 176 kg mit 85% Trockensubstanzgehalt müssen 824 kg Wasser mit einem Wärmeverbrauch von mindestens 824 · 600 kcal = 494 400 kcal/Tonne verdampft werden. Die Verbrennung von 176 kg Trockensubstanz mit einem Brennwert von etwa 3000 kcal/kg = 528 000 kcal/Tonne mit einem Wärmeüberschuß von 33 600 kcal/Tonne entspricht etwa 60 kg Dampf. Mit einer Wärmepumpe ist der theoretische Energieverbrauch bei adiabatischer Kompression des erzeugten Dampfes etwa 43 kW und bei einem Wirkungsgrad des Kompressors von 70% der Energieverbrauch 61,5 kW, wobei ein Wirkungsgrad von 40% durch elektrische Erzeugung einen Wärmeverbrauch von (61,5 · 860): 0,4 = 132,225 kcal/Tonne erfordert, und es gibt folglich einen Wärmeüberschuß von 528 000-132 225 = 395 775 kcal, was etwa 660 kg Dampf pro Trocknung von 1 Tonne 15% -Abwasserschlamm entspricht, und somit kann eine beträchtliche Verbesserung der Betriebswirtschaftlichkeit erzielt werden.
Die Erfindung wird im folgenden detaillierter unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 einen Längsschnitt in einem Basismodell zeigt;
Fig. 2 ein Querschnitt in einem Basismodell ist;
Fig. 3 ein Querschnitt in einem Verdampfungskörperrotor ist, der relativ zu Fig. 2 um 45º gedreht ist;
Fig. 4 ein Längsschnitt in einem einzelnen Abschnitt vor dem Zusammenschweißen von benachbarten Abschnitten ist;
Fig. 5 ein Querschnitt in einem einzelnen Abschnitt ist, der die Schweißverbindung zwischen den kreisförmigen Plattenkanälen und dem rohrförmigen Mittelabschnitt zeigt;
Fig. 6 die Form eines einzelnen Ringkanals mit über einen Zwischenring verbundenen Platten zeigt;
Fig. 7 die Form eines einzelnen Ringkanals mit über gebogene Ränder verbundenen Platten zeigt;
Fig. 8 Einzelheiten einer Schab-Bürst-Anordnung zeigt;
Fig. 9 ein Querschnitt in dem letzten Abschnitt des Verdampfungskörpers mit einem Auslaß für Kondensat und Falschluft ist;
Fig. 10 den gleichen Querschnitt um 45º nach vorne gedreht zeigt;
Fig. 11 eine isometrische Skizze eines Flußverlaufs in einem Verdampfungskörper ist;
Fig. 12 eine Anordnung zur Verringerung der Verweildauer in der Vorrichtung durch Sprühen von Flüssigkeit auf die Heizoberfläche zeigt;
Fig. 13 ein Längsschnitt in der Vorrichtung ist, die geeignet ist, ein leicht verdampfbare flüssige Phase abzustreifen;
Fig. 14 ein Querschnitt derselben ist;
Fig. 15 ein vertikaler Schnitt in einer Trocknungsvorrichtung ist;
Fig. 16 ein horizontaler Schnitt in derselben ist;
Fig. 17 ein vertikaler Schnitt in dem Bewegungssystem ist;
Fig. 18 eine Anordnung eines Produkt-Auftragsystems zeigt.

Verdampfung

Fig. 1 zeigt das grundsätzliche Verdampfungsmodell, in dem der rotierende Verdampfungskörper 3 mit einem kleinen Abstand zwischen dem Umfang 8 und dem Boden des Zylindergehäuses 1 der Verdampfungsvorrichtung montiert ist. Die Wärmeübertragungsoberfläche 7 wird durch das Produkt, das verdampft wird, befeuchtet, wobei ihre Oberfläche über der Unterseite 9 der Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Ringkanälen ist. Die Zugabe von Heizdampf führt durch die Einlaßrohre mit dem Flansch 10, welcher an der Flanschverbindung mit der Endabdeckung 2a verbunden ist. Das Einlaßrohr ist über die Lippendichtungsanordnung 13 mit dem rotierenden Verdampfungskörper 3 verbunden, welcher über den Achsenhals 11 von dem Lager 12 gehalten wird, das in dem Einlaßrohr 10 mit Hilfe von Verstrebungen ans seinem Platz gehalten wird.
An dem entgegengesetzten Ende des Verdampfungskörpers wird es von dem hohlen Achsenhals 16 gehalten, der über eine Flanschanordnung mit dem rohrförmigen Mittelabschnitt 4 des Verdampfungskörpers verbunden ist. Der hohle Achsenhals 16 ist in dem Lager 17 angeordnet, das durch eine Flanschverbindung an der Endabdeckung 2b der Vorrichtung befestigt ist. Der hohle Achsenhals 16 bildet gemeinsam mit der in Fig. 9 und 10 gezeigten Sammelanordnung, Nummern 15 und 29, einen Auslaß für Kondensat und Falschluft ebenso wie möglicherweise für einen kleinen Überschuß an Dampf zum Ausstoßen der Falschluft.
Das System, welches das Kondensat, etc. aufnimmt, ist nicht gezeigt, aber es ist mit dem hohlen Achsenhals 16 entweder über eine mechanische Achsendichtung oder eine Lippendichtung verbunden.
Die Kraft für die Rotation des Verdampfungskörpers wird z. B. über ein auf dem Achsenhals 16 montiertes Kettenrad 18 übertragen. Der Verdampfungskörper wird mit einer Ge schwindigkeit von 10-15 U/min gedreht und muß daher über ein Getriebe mit einer großen Übersetzung angetrieben werden, welches nicht gezeigt ist.
Um die beste mögliche Wärmeübertragung durch Kondensation des Dampfes in den Ringkanälen in dem Verdampfungskörper 3 zu erzielen, wird dieser in Abschnitte unterteilt, von denen einer in Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Abschnitte sind mit einer Anzahl von Ringkanälen aufgebaut, die für das Plazieren in dem Verdampfungskörper geeignet sind und die wie in Fig. 6 oder 7 gezeigt geformt sind. Fig. 4 basiert auf dem in Fig. 6 gezeigten Aufbau.
Jeder einzelne Ringkanal besteht aus zwei Plattenringen 7, die mit Hilfe des Zwischenrings 8 entlang dem Umfang aneinander geschweißt sind. Die Materialdicke der Plattenringe 7 und die Anzahl von Verstrebungen 19 wird entsprechend den erwünschten Betriebsbedingungen für die Temperatur- und Druckdifferenz berechnet. Die Breite des Zwischenrings 8 wird so gewählt, daß es eine ausreichende Querschnittfläche für den Dampffluß in den Durchgang 30, Fig. 5, gibt. Die radiale Trennwand 6, die sich von dem Mittelabschnitt zum Umfang der Ringkanäle erstreckt, leitet den Dampf durch den Durchgang 30 von der Einlaßöffnung 33 zu der Auslaßöffnung 34. Die Trennwand 6 ist mit der diametralen Trennwand 5 verbunden, die den rohrförmigen Mittelabschnitt jeweils in zwei halbrohrförmige Einlaß- und Auslaßkanäle unterteilt. Der noch nicht kondensierte Dampf und das Kondensat werden gezwungen, durch die Ringkanäle zu laufen, da der Einlaßkanal 33a an der Verbindung zum darauf folgenden Abschnitt mit einer Platte 14 verschlossen wird. Dieser wird relativ zum vorhergehenden Abschnitt um 180º gedreht, und Dampf und Kondensat gehen daher direkt in seinen Einlaßkanal 34a weiter und ferner in den Ringkanälen dieses Abschnitts herum.
Der Durchgang des Kondensats durch den Verdampfungskörper wird am besten durch das isometrische Bild von Fig. 11 veranschaulicht, das jedoch der Einfachheit halber nur 1 Ringkanal pro Abschnitt zeigt. Die Trennwand 6 dient nicht nur dazu, den Dampf zu führen, sondern auch dazu, das Kondensat anzuheben, so daß es mit Hilfe der Gravitation veranlaßt wird, weiter zum nächsten Abschnitt zu fließen. Das Kondensat (c) wird im unteren Teil des Ringkanals gesammelt, wo es relativ zum Ringkanal gegen seine Bewegungsrichtung fließt, bis die Trennwand 6 ihre untere Position durchläuft und das Kondensat (c), Fig. 2, nach oben bringt, und die Trennwand 6 nähert sich ihrer horizontalen Position, wo der Auslaß des Kondensats (a), Fig. 2, durch die Auslaßöffnung 34 beginnen kann. Der Ausfluß kann weitergehen, bis die Trennwand 6 die vertikal nach oben gewandte Position durchläuft, und das Kondensat fließt über die diametrale Trennplatte 5 und wird in der Ecke (b), Fig. 3, zwischen der Trennplatte und der Rohrwand 4 gesammelt, wo es weiter zum nächsten Abschnitt fließen kann, dessen Einlaßöffnungen 34 sich gleichzeitig der unteren Position nähern, und das Kondensat kann direkt in die Ringkanäle dieses Abschnitts fließen.
Die Dimensionierung der Gesamtquerschnittfläche der Ringkanäle eines Abschnitts basiert auf dem Dampfvolumen, das in diesem Abschnitt und darauffolgenden Abschnitten kondensiert wird, und es ist möglich, derart zu dimensionieren, daß die Fließgeschwindigkeit des Dampfes, die zu einer optimalen Wärmeübertragung führt, mit Ausnahme des letzten Abschnitts überall erzielt werden kann.
Wenn die Verdampfung unter Vakuum stattfindet, kann das spezifische Dampfvolumen so groß sein, daß die Ringkanäle in dem ersten Abschnitt mit einem ausreichend großen Abstand zwischen den Platten 7 aufgebaut werden müssen, daß die volumetrische Ausnutzung des Gesamtvolumens der Vorrichtung zu klein wird, was vermieden werden kann, indem die ersten Abschnitte derart aufgebaut werden, daß sie parallel arbeiten und dadurch ermöglichen, daß ein Abstand zwischen den Platten 7 erheblich verringert wird. Das Kondensat von dem ersten Teil dieses Doppelabschnitts kann jedoch Schwierigkeiten haben, den nächsten in Reihe geschalteten Abschnitt zu erreichen, bevor die Auslaßöffnungen 34 die un terste Position erreicht haben, wo eine Restmenge von Kondensat in der Gegenströmung zu dem Dampfstrom zurück in die Ringkanäle läuft und daher einen erhöhten Fließwiderstand ergibt. Dieser nachteilige Effekt kann gebessert werden, indem der Auslaßkanal mit einer Sammeltasche 24a versehen wird, die durch die Platte 24, Fig. 4 und 5, gebildet wird. Die Platte ist an dem vordersten Ende des Abschnitts mit der Sperrplatte 14 verbunden, ist aber zum darauf folgenden Abschnitt offen. Kondensat, das den nächsten Abschnitt nicht erreicht hat, wird in der Sammeltasche aufgenommen, von der es während der fortgesetzten axialen Rotation des Verdampfungskörpers weiter zum nächsten Abschnitt fließt. Eine vollständige Entleerung der Tasche findet statt, wenn der nächste Teil des Kondensats aus der Auslaßöffnung 34 fließt.
Die Herstellung der einzelnen Abschnitte des Verdampfungskörpers beginnt mit der Herstellung der einzelnen Ringkanäle, entweder wie in Fig. 6 oder in Fig. 7 gezeigt. Die Breite der Ringe 8 und 9, Fig. 6, hängt davon ab, wie groß die Durchflußfläche in dem Ringkanal sein muß und teilweise davon, wieviel Platz die Bürst-Schab-Anordnung in dem Zwischenraum benötigt, oder ob für die Verdampfung von schäumenden Lösungen Extraraum zum Auslassen den erzeugten Dampfes erforderlich ist. Nach dem Montieren der Platten 7, Fig. 6, oder 21, Fig. 7, entlang dem Umfang und Verstreben mit der notwendigen Anzahl von Verstrebungen 19, sollte man beim Zusammenschweißen sicherstellen, daß der Abstand zwischen den Platten überall gleich ist.
Nach dem Schleifen der Schweißstellen der Verstrebungen und der Trennwände 6 werden die einzelnen Ringkanäle leck- und druckgetestet. Danach werden die mit dem gleichen Abschnitt verbundenen Ringkanäle zusammen geschweißt. Das Schweißen wird von der Mitte aus durchgeführt, und ein minimaler Abstand zwischen den Ringkanälen ist daher nicht erforderlich, da, wie weiter oben erwähnt, nur die Funktion des Verdampfungskörpers und nicht die Zugänglichkeit der Schweißverbindungen die Abmessungen der Vorrichtung bestimmt. Die Undurchlässigkeit der Schweißverbindungen der Ringkanäle kann dann vor der Montage an den rohrförmigen Mittelabschnitt 4, geprüft werden, welcher in einem Teil des Innenumfangs der Ringkanäle eine Innenwand bildet und daher die etwa 110º nicht abdeckt, die von den Einlaß- und Auslaßöffnungen 33 und 34 zusammen eingenommen werden.
Der Mittelabschnitt 4 wird an die Zwischenringe 9 der Ringkanäle geschweißt oder wird durch Ringkanäle, wie in Fig. 7 gezeigt, wo der Mittelabschnitt 4 an die Verbindungsplatten 23 geschweißt ist. Während dem Schweißen wird der zylindrisch geformte Mittelabschnitt 4 in Richtung der Ringkanäle hinaus gedrückt, und auf dem Teil des Plattenzylinders 4, der sich von den äußersten Plattenringen 7 nach außen erstreckt, wird der fehlende Teil des Umfangs mit den zylindrisch geformten Plattenstücken 20, Fig. 4, ausgefüllt, und danach können die zwei äußersten Plattenringe an den tragenden Mittelteil geschweißt werden. Schließlich werden die diametrale Trennwand 5 und die halbkreisförmigen Trennplatten 14 montiert. Das Zusammenschweißen der einzelnen Abschnitte findet mit einer nach außen gedrehten V-Verbindung statt, die mit dem kürzest möglichen Abstand zwischen benachbarten Ringkanälen ausgeführt werden kann, so daß der ganze Aufbau als besonders raumsparend angesehen werden kann.
Die Wärmeübertragung durch die Wärmeübertragungsoberfläche hängt nur von dem gewählten Material und der Wanddicke der Platte ab, und die Funktion kann hier optimiert werden, indem man das bestmögliche Verhältnis zwischen der Wanddicke der Heizoberfläche und der Anzahl von Verstrebungen 19 zum Aufnehmen der Druckdifferenz herausfindet.
Wenn Lösungen mit zunehmender Viskosität verdampft werden, ist es normalerweise der Wärmeübergang von der Wärmeübertragungsoberfläche zu der siedenden Flüssigkeit, der den größten Widerstand bei der Wärmeübertragung ergibt, und insbesondere wenn auf der Verdampfungsoberfläche Ablagerungen gebildet werden, kann die Wärmeübertragung sehr erheblich verringert sein. In dieser Situation können Vorrichtungen oder Systeme, die die Verdampfungsoberfläche auf einfa che und wirksame Weise frei von Ablagerungen halten, dazu beitragen, das Verfahren effizienter zu machen.
Wie erwähnt, können durch Verwendung von Schabern, die mit jeder Umdrehung eines Rührers mit einem verbundenen Schaber die ganze Oberfläche reinigen, Schwierigkeiten beim Entfernen des abgeschabten Materials auftreten, und in gewissen Ausführungsformen bilden Schaber eine Behinderung für den Ausfluß des erzeugten Dampfes. Die vorliegende Erfindung hat ein System entwickelt, wobei die Verdampferoberfläche regelmäßig abgeschabt oder abgebürstet wird. Das System basiert teilweise auf der Rotation des Verdampfungskörpers und teilweise auf den Schabern oder Bürsten mit geringer Größe, aber durch eine Pendelbewegung werden sie dazu gebracht, auf die ganze Oberfläche zu wirken.
Die Wirkungsweise des Reinigungssystems basiert auf der Einrichtung eines Schaber- oder Bürstensatzes für jeden Zwischenraum zwischen den Ringkanälen, und eine bevorzugte Ausführungsform zur Reinigung von zwei entgegengesetzten Oberflächen ist in Fig. 8 gezeigt, und in Fig. 2 ist die Plazierung relativ zu dem rotierenden Verdampfungskörper und dem Zylindergehäuse gezeigt. Die Abschab-Anordnung 27 oder die Bürst-Anordnung 28 zeigen nur eine von zahlreichen Möglichkeiten für den Entwurf dieser Anordnungen, sie sind an dem Ende des Pendelarms 26 montiert, das durch eine Befestigungsanordnung an der Achse 25 befestigt ist. Durch seine hin- und hergehenden Drehbewegungen liefert der Arm 26 die gewünschte Pendelbewegung. Die Achse 25 erstreckt sich durch die gesamte Länge der Vorrichtung und wird in den Endabdeckungen 2a und 2b gelagert und wird durch eine Stopfbuchse in einem Ende heraus geführt und mit einem nicht gezeigten Antriebssystem verbunden, in dem entweder über ein Kurbelsystem oder einen hydraulischen Pendelzylinder ein Hebel betätigt wird. Der notwendige Druck der Bürsten oder der Schaber auf die Verdampfungsoberfläche kommt von dem Druck der entgegengesetzten Platte, und der Druck ist über die gesamte Pendelbewegung vom Mittelabschnitt zum Umfang des Verdampfungskörpers konstant, und da der Pendelarm 26 auf diese Weise nicht von seitlichen Kräften beeinflußt wird, kann er aus einer dünnen Platte hergestellt werden. Als Folge der Tatsache, daß das System mit beschränkten Abmessungen hergestellt werden kann, wird die Wirkung auf die Flüssigkeits- und Dampfflüsse beschränkt sein, und als eine Folge der Pendelbewegung wird das Material, das von der Heizoberfläche entfernt wird, keine Möglichkeit haben, eine große Ansammlung zu bilden.
Der Energieverbrauch bei Trocknungsverfahren ist erheblich größer als bei der Verdampfung von Lösungen aus einem Fluidzustand, und es kann daher ein Vorteil sein, das vorliegende System mit konstanter Reinigung der Verdampfungsoberfläche und mit der damit einhergehenden Möglichkeit, eine höhere Trockensubstanzkonzentration in dem Rückstand zu erzielen, zu verwenden - auch wenn Lösungen verdampft werden, die keine Neigung haben, Ablagerungen zu bilden, aber dadurch am Energieverbrauch in einem folgenden Trocknungsverfahren zu sparen.
In einem Aufbau, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, findet das Befeuchten der Verdampfungsoberfläche als eine Folge des Flüssigkeitspegels in der Vorrichtung statt, der hoch genug ist, daß jeder Teil des Verdampfungskörpers sich während der Rotation unter die Flüssigkeitsoberfläche bewegt, und selbst wenn die Volumenausnutzung des Verdampfungskörpers gut ist und die Verdampfungskapazität groß ist, wird die Verweildauer der Flüssigkeit in der Vorrichtung relativ lang sein. Diese Verweildauer von dem Einleiten der Lösung in die Vorrichtung, bis sie als ein Konzentrat heraus genommen wird, kann jedoch auf eine teilweise bekannte Weise erheblich verringert werden. Es gibt abhängig von dem zu verdampfenden Produkt und dem Zweck der Verdampfung zwei Verfahren, zwischen denen gewählt werden kann.
Bei Produkten, in denen die flüssige Phase nur aus einer einzigen Komponente besteht, ist eine Anordnung, wie in Fig. 12 gezeigt, ausreichend. Der Verdampfungskörper ist, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, mit dem entsprechenden Einlaß für Dampf und Auslaß für Kondensat aufgebaut, wobei der Verdampfungskörper jedoch derart plaziert ist, daß unterhalb davon Raum zum Einbau eines Sprührotors 36 ist, der die Flüssigkeit mit Hilfe von Greifplatten auf den Verdampfungskörper zu hoch schleudert. Der Aufbau ist eine Weiterentwicklung von Einzelheiten des dänischen Patents Nr. 120 843, wobei die Ausführungsform vereinfacht ist und die Funktion durch Steuerung der Richtung des Flüssigkeitsstroms verbessert ist, wobei eine Leitschirmung 37 verwendet wird, die zusammen mit der Gehäusewand 1 einen offenen Kanal 38 bildet, von dem Flüssigkeit zu dem Sprührotor fließen kann, der die Flüssigkeit auf den Verdampfungskörper zu hoch schleudert. Der größere Teil der Flüssigkeit läuft sofort zurück zu dem Kanal, um wieder hoch geschleudert zu werden, und ein kleinerer Teil klebt an der Heizoberfläche und folgt ihr rund herum, während gleichzeitig die Verdampfung und Konzentration stattfindet. Durch das Abschaben und das darauf folgende Sprühen der Flüssigkeit wird der Flüssigkeitsfilm auf der Heizoberfläche erneuert und der Teil mit leicht erhöhter Konzentration kehrt zu dem Kanal 38 zurück, von dem die Flüssigkeit als Folge des überlagerten axialen Flusses in dem Kanal ein wenig näher zum Konzentratauslaß wieder gegen den Verdampfungskörper hoch geschleudert wird.
Wenn die flüssige Phase nur eine Komponente hat, ist der erzeugte Dampf über die gesamte Vorrichtung hinweg homogen, und es besteht kein Bedarf, eine Gegenströmung zwischen den Flüssigkeits- und Dampfströmen aufzubauen. Durch Plazieren des Dampfauslasses in der Mitte der Vorrichtung kann auf diese Weise eine Einsparung bei den äußeren Abmessungen der Vorrichtung erzielt werden.
Bei Produkten, in denen die flüssige Phase eine Mischung aus Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedepunkten ist und wo es gleichzeitig erwünscht ist, ein nahezu vollständiges Abstreifen der am einfachsten verdampfbaren Phase zu haben, kann dies mit einer Ausführungsform, wie in Fig. 13 und 14 gezeigt, erzielt werden.
Der Verdampfungskörper wird, wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben, hergestellt, aber wird so hoch wie möglich nahe an der Oberseite des horizontalen Zylindergehäuses und mit einem Abstand zu einem Zerstäuberrotor 41 auf der Unterseite des Gehäuses plaziert, was die Möglichkeit eröffnet, den notwendigen Kontakt zwischen dem auf den Auslaß 42 zu fließenden entwickelten Dampf und der Flüssigkeit, die auf den Verdampfungskörper und die Wände des Gehäuses zu hoch geschleudert wird, zu erzielen. Die Geschwindigkeit des axialen Dampfflusses sollte etwa 1 m/s nicht überschreiten, und diese beiden Faktoren bestimmen daher zusammen den Durchmesser des Zylindergehäuses.
Das Flüssigkeitszerstäubungssystem funktioniert und wird hergestellt wie in EP-A-0 497 154 beschrieben und ist, wie beschrieben, geeignet, Flüssigkeit in einem Fächer zu schleudern, der die gesamte freie Querschnittfläche der Vorrichtung abdeckt, so daß der Dampf während dem axialen Fluß auf den Auslaß 42 zu den notwendigen Kontakt mit der Flüssigkeit erzielt. Das Zerstäubersystem, wie in Fig. 14 gezeigt, besteht aus einem Rotor 41, der einen rohrförmigen tragenden Teil hat, der mit einer Anzahl von nach vorne gewandten Schaufeln versehen ist, die an dem winklig geknickten Rand an den tragenden Mittelabschnitt geschweißt sind. Dabei werden Sammelkammern gebildet, die sich in der Bewegungsrichtung des Rotors nach vorne öffnen. Wenn die Schaufel des Rotors den Schlitz zwischen den beiden Führungsplatten 39 und 40 durchläuft, wird die Flüssigkeit, die durch den Schlitz nach vorne geflossen ist, von der vorbeigehenden Schaufel eingesammelt und wird dann durch Eingreifen in den Boden der Sammelkammer auf die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors hoch gebracht, und die Flüssigkeit wird dann durch die Zentrifugalkraft über den vorderen Rand der Schaufel geschleudert.
Man kann sicherstellen, daß alle Flüssigkeit in einem gleichmäßigen Fächer über die gesamte freie Querschnittfläche ausgeschleudert wird, indem die Tiefe der Sammelkammer und die Neigung der Schaufel relativ zu ihrer Bewegungsrichtung eingestellt werden. Die absolute Geschwindigkeit, bei der die Flüssigkeit von dem Rotor ausgeschleudert wird, ist die Vektorsumme aus der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit relativ zur Schaufel und der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors.
Während der axialen Bewegung der Flüssigkeit von dem Einlaß 31 zu dem Konzentratauslaß 32 muß die Flüssigkeit ausgeschleudert werden, und nach dem Treffen des Verdampfungskörpers und der Gehäusewand fließt sie zurück, um eine Anzahl von Malen erneut ausgeschleudert zu werden, die proportional zur theoretischen Anzahl von unteren Positionen ist, die notwendig ist, um das erwünschte Abstreifen zu erreichen.
Wenn der Zerstäuberrotor z. B. mit einer Drehzahl von 7 U/min arbeitet, und es 6 Schaufeln auf dem Rotor gibt, werden 42 Ströme pro Sekunde ausgeschleudert. Bei einer Vorrichtungslänge von z. B. 4 m und einer freien Querschnittfläche, die dem Dampf eine Fließgeschwindigkeit von 1 m/s verleiht, gibt es somit eine Möglichkeit für den Dampf, während dem Durchgang durch die Vorrichtung mit dem neuen Flüssigkeitsspray 168 Mal in Kontakt zu kommen.
Wie es sich in Fig. 14 zeigt, gibt es eine kleine Fläche in dem oberen Teil der Vorrichtung, die das Flüssigkeitsspray als Folge eines Treffens auf den Mittelabschnitt des Verdampfungskörpers nicht erreicht, und deshalb werden Sperrplatten 43 derart angeordnet, daß nur dort Dampf fließt, wo er in Kontakt mit dem Flüssigkeitsspray kommen kann.
Der Auslaß 42 für den durch die Verdampfung abgegebenen Dampf ebenso wie der Einlaß 31 für die Lösung und der Auslaß 32 für den Rückstand sind derart plaziert, daß die beiden axialen Flüsse aus Dampf und Flüssigkeit gegeneinander strömen, was eine Grundvoraussetzung für die gewünschte Abstreifwirkung ist.
Während dem Ausschleudern der Flüssigkeit, dem Auftreffen der Flüssigkeit auf dem Verdampfungskörper und der Gehäusewand und dem Rückfluß der Flüssigkeit für ein erneutes Ausschleudern durch das Zerstäubersystem findet eine gewisse Rückmischung von Flüssigkeit statt, was zu einer Troc kensubstanz-Konzentration der Flüssigkeit führt, die ein wenig höher als die theoretisch mögliche ist. Durch Konstruktion der Vorrichtung mit der notwendigen Verdampfungskörperlänge wird der Effekt der Rückmischung der Flüssigkeit verringert, und die durchschnittliche Wärmeübertragung wird nahe der optimal erzielbaren sein.
Fig. 15 zeigt eine Vorrichtung zur Trocknung von pumpfähigen Produkten, in welcher der rotierende Verdampfungskörper 3 mit einer vertikalen Achse montiert ist. Die Konstruktion des Lagers für den Rotor und des Einlasses für das Heizmedium und des Auslasses für das Kondensat und nichtkondensierbare Gase entspricht dem in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Aufbau. Als eine Folge davon, daß die Oberflächen der Ringkanäle horizontal sind, ist es möglich, das Produkt in einer dicken Schicht aufzutragen, und auf der Heizungsseite kann das Kondensat ohne Wechselwirkung mit der Trennwand 6, Fig. 2, die hierbei nur den Dampf durch die Ringkanäle leiten muß, zu der Auslaßöffnung 34, Fig. 2, laufen. Die in Fig. 9 und 10 gezeigte spezielle Anordnung zur Entfernung des Kondensats kann, wie in den anderen Abschnitten, durch eine einfache Trennplatte ersetzt werden, die jedoch ausreichend versetzt ist, so daß der Ausstoß durch den hohlen Achsenhals 16 nicht behindert wird.
Da es möglich ist, einen Wärmeübertragungskörper mit vielen kreisförmigen Heizoberflächen herzustellen und da die Trocknungszeit für eine dicke Produktschicht lang ist, ist es vorteilhaft, ein Flüssigkeitsauftrag-Aggregat und ein mitlaufendes Abschab-Aggregat mehrere Heizoberflächen behandeln zu lassen. Fig. 15 zeigt eine Vorrichtung mit insgesamt 40 Heizoberflächen, die mit 4 Auftrag- und Abschab- Aggregaten arbeiten, welche von ihren eigenen Bewegungssystemen in Gang gesetzt werden, die aber den gleichen Aufbau haben und auf die gleiche Weise funktionieren. Wenn 10 Platten von dem gleichen Aggregatsatz bedient werden und wenn die Trocknungszeit 1 Stunde ist, muß der Wärmeübertragungskörper mit einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Stunde rotieren, und im Verlauf einer Umdrehung wird eine Platte von jeder der 4 gemeinsam laufenden Platten abgeschabt und neues feuchtes Produkt aufgetragen. Das in Fig. 17 gezeigte Bewegungssystem für die Schabfunktion muß dem Abschab-Aggregat 46 eine Pendelbewegung verleihen, bei der das Abschaben stattfindet, während das Schabmesser 44 von seiner Position am nächsten zum Mittelabschnitt des Rotors auf einer Linie, welche die Achsen des Bewegungsaggregats und des Rotors verbindet, bewegt wird, und der Schaber kommt auf diese Weise über seine Bewegung zu dem Ende außerhalb des Rotorumfangs, wo das Pulver frei nach unten in Richtung des Pulverauslasses fallen kann, nahe an den kreisförmigen Mittelabschnitt. Während der Bewegung der Schaber zurück zur Startposition werden die Schabmesser 44 von der Pulverschicht weg angehoben mit Hilfe eines hydraulischen Hebeaggregats 45, Fig. 17, das die Messer wieder absenkt, bevor die nächste Schabbewegung beginnt.
Das Hebeaggragat kann auf vielfältig unterschiedliche Weise ausgeführt werden und wird daher nur symbolisch gezeigt. Die Betätigung der Abschab-Aggregate 46 kann auf mehrere unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden. Bei dem in Fig. 17 gezeigten Aufbau wird die Pendelbewegung in Gang gebracht, indem die Achse 47 eine Hin- und Herdrehbewegung von etwa 70º erhält, welche über einen Hebel 48 eines nicht gezeigten Kurbel- oder Hydrauliksystems ausgelöst wird. Die Pendelarme 49 der Abschab-Aggregate sind mit einem gewöhnlichen Rohr 50 verbunden, das relativ zu der Achse 47 axial versetzt werden kann. Das Rohr hat eine Erweiterung 52, in der eine Spindel 53 mit einem Gewinde angeordnet ist, welches in das Innengewinde in dem Arm 54 eingreift, der an der Achse 47 befestigt ist. Die Spindel wird von einem Motor mit einer Getriebeanordnung 55 angetrieben, die betätigt werden kann, wenn die Abschab-Aggregate 46 zum Abschaben der nächsten Heizoberfläche angehoben oder abgesenkt werden sollen. Die Spindel 53 und der Arm 54 haben eine Doppelfunktion, daß sie sowohl den Impuls der Pendelbewegung übertragen als auch die Abschab-Aggregate 46 beim Bewegen zum näch sten Heizoberflächensatz anheben oder absenken. Das Positionieren der Abschab-Aggregate 46 auf der richtigen Höhe relativ zu den Oberflächen, von denen das getrocknete Produkt entfernt werden soll, kann z. B. stattfinden, indem der Arm 54 mit einem Gleitkontakt versehen wird, der den Kontakt mit Kontaktpunkten herstellt, welche mit jedem der 10 funktionellen Positionen in diesem Beispiel ausgerichtet ist. Nach dem Kontakt kann der Spindelmotor 55 angehalten werden und gleichzeitig kann die Schabfunktion gestartet werden, und nach einer ganzen Umdrehung des Wärmeübertragungskörpers 3 wird ein Signal gegeben, um die Pendelbewegung anzuhalten und den Spindelmotor zu starten, welcher wieder anhält, wenn das Bewegungssystem die nächste funktionelle Position erreicht hat. Diese Steuerfunktion kann mit angepaßten Standardeinrichtungen stattfinden und wird daher nicht gezeigt. Das Abschab-Aggregat, Fig. 16, besteht aus einem Schabmesser 4, das mit einer Rückwand zusammengebaut ist, welche sicherstellt, daß das gelöste Material nach vorne über den Umfang der Heizoberfläche geschoben wird. Das Schabmesser ist an seinen Seiten mit Seitenplatten verbunden, die Teile von Zylindern sind, deren Mitte in der Achse der Pendelbewegung ist. Die äußerste Platte 56 folgt der Oberfläche der Heizoberfläche, und die innerste Platte 57 erstreckt sich nach unten zu der Oberfläche des getrockneten Produkts. Die Seitenplatten verhindern, daß das lose geschabte Material auf den Seiten verteilt wird.
Das Drehen der Heizoberflächen wäre sehr teuer, und die Schabmesser sind deshalb mit Hilfe von parallelen Drehgelenkarmsätzen, die eine vertikale Bewegung der Schabmesser ermöglichen, während die Messerkante immer noch parallel zu der Ebene der Heizoberfläche ist, mit den Pendelarmen 49 verbunden. Die vertikale Bewegung des Schabmessers wird von Anschlägen begrenzt, so daß das Messer nur so weit bewegt werden kann wie es der Kompensation der größten Abweichung der Heizoberflächen von der ebenen Oberfläche entspricht. Die Schabmesser werden mit Hilfe von justierbaren Federn mit einem Druck gegen die Heizoberflächen gedrückt, der an die Konsistenz des Produkts angepaßt ist. Der Aufbau dieses Systems wird nicht im Detail gezeigt.
Das Auftragen des flüssigen Produkts auf die Wärmeübertragungsoberfläche wird durchgeführt, indem das Produkt durch biegsame Schläuche 63 in flache Düsen 59 gepumpt wird und es gleichmäßig auf den Heizoberflächen verteilt wird, indem die Düsen von dem Mittelabschnitt des Rotors und hinaus in eine passende Entfernung von dem Umfang der kreisförmigen Heizoberfläche und zurück hin- und herbewegt werden, wobei der Rotor gleichzeitig mitläuft.
Die Pendelbewegung und das Anheben oder Absenken der Auftrag-Aggregate 58 zu dem nächsten Heizoberflächensatz wird mit dem gleichen Aufbau für das Bewegungssystem wie in Fig. 17 gezeigt durchgeführt, aber die hin- und hergehende Drehbewegung ist in diesem Fall nur etwa 20º, weil die Düsen 59 das Produkt nicht zu nahe an dem Umfang der Heizoberfläche auftragen dürfen.
Wenn die Auftrag-Aggregate 58 angehoben oder abgesenkt werden sollen, um das Produkt auf den nächsten Heizoberflächensatz aufzutragen, wird die Achse 60 um weitere etwa 10º gedreht, so daß das Auftrag-Aggregat weg von der Heizoberfläche ist, was z. B. durchgeführt werden kann, indem der Angriffspunkt für den Hydraulikzylinder, welcher die Pendelbewegung auslöst, mit einem zusätzlichen Hydraulikzylinder um eine entsprechend Gradzahl bewegt wird. Um die beste Verteilung des Produkts auf den Heizoberflächen zu erzielen, werden die Düsen 59 derart montiert, daß der Abstand zu der Achse für die Pendelbewegung verändert werden kann, was eingerichtet werden kann, indem die Düsen mit Hilfe eines doppelten Satzes von parallelen Dreharmen 51, welche es der Düse ermöglichen, relativ zu der Längsachse des Pendelarms nach hinten und nach vorne bewegt zu werden, mit den Pendelarmen 61, Fig. 18, verbunden werden. Das System arbeitet derart, daß der Pneumatikzylinder 62 die Düse mit einem Versatz, welcher der Breite der flachen Düse entspricht, in Umdrehungsrichtung der Heizoberfläche nach vorne bewegt, wenn die Düsen 59 am nächsten zum Mittelabschnitt der Heiz oberfläche sind. Eine doppelte Produktschicht auf der Heizoberfläche wird dadurch vermieden. Während der Bewegung nach außen in Richtung des Umfangs müssen die Düsen allmählich an ihre der Drehachse für die Pendelbewegung nächstgelegene Position zurückgezogen werden, so daß die Düsen am Umfang wieder nach vorne bewegt werden können, um auf diesem Teil der Heizoberfläche ebenfalls eine doppelte Schicht zu vermeiden.
Die Fördergeschwindigkeit an der Oberfläche der Heizoberfläche nimmt proportional mit dem Abstand von der Drehachse des Wärmeübertragungskörpers zu, und während einer einzigen Pendelbewegung, werden sich Flächen in der Nähe des Umfangs etwa zweimal so weit bewegt haben wie die Fläche um den Mittelabschnitt, was teilweise dazu führt, daß die Düsen am Umfang zweimal so weit bewegt werden müssen wie bei dem Mittelabschnitt und teilweise dazu, daß die Pumpen, die das Produkt zuführen, eine Produktmenge liefern müssen, die proportional mit dem Abstand der Düse von der Drehachse zunimmt.
Wenn die Düse z. B. eine Breite von 40 mm hat, wird sie pro Pendelbewegung am Mittelabschnitt 80 mm abdecken, und bei einem Durchmesser von 1200 mm werden 1200 · π : 80 = 47 Auftreffer pro Umdrehung des Heizkörpers, mit anderen Worten 47 · 10 : 60 = etwa 8 Auftreffer pro Minute, benötigt. Am Umfang mit einem Durchmesser von etwa 2400 mm dreht sich die Oberfläche 2400 · π 47 = 160 mm vorwärts, und wenn die Schicht, die zweimal so dick ist, sich nicht von selbst über die Zwischenräume ausdehnt, müssen die Düsen das Produkt mit einer Breite von 80 mm liefern, was mit dem in Fig. 18 gezeigten Aufbau möglich ist. Die Düse 64 hat eine Breite, die der vollständigen Abdeckung der Heizoberfläche auf dem Umfang entspricht. Sie ist mit einem drehbaren Steuerschieber 65 versehen, der die Breite der Auslaßöffnung mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 66 derart anpassen kann, daß etwa nur die Hälfte der Düsenöffnung abgedeckt wird, wenn die Düse an ihrer innersten Position ist, und daß sie an ihrer äußersten Position vollständig offen ist. Der Hydraulik zylinder 66 kann z. B. mit einem Zylinder betätigt werden, dessen Kolben sich hinaus und hinein bewegt und von dem externen Hebel 67 der Pendelbewegung gesteuert wird.
Die Abschab- und Auftrag-Aggregate, die zusammen das ganze Wärmeübertragungssystem bedienen, werden jeweils durch ihr eigenes gewöhnliches Bewegungssystem in Gang gesetzt, und es ist daher notwendig, daß der Abstand zwischen den Oberflächen 68 der Heizoberflächen ungeachtet dessen konstant ist, ob die Heizoberflächen innerhalb eines der Ringkanalabschnitte oder benachbart zu der Verbindung zwischen zwei Abschnitten sind.
Die Wärmeübertragung an den Heizoberflächen, die gemeinsame Abschab- und Auftrag-Aggregate haben, stellt das ganze Intervall von der besten Wärmeübertragung bei neu aufgetragenem Produkt bis zur geringsten Wärmeübertragung, wenn das Produkt bereits getrocknet ist, dar, und es ist daher wichtig, daß nur so viele Ringkanäle in einem einzelnen Ringkanalabschnitt, Fig. 4, parallel miteinander verbunden werden, um die optimale Dampfzufuhr in allen Ringkanälen zu erreichen. Wenn es ein Problem ist, die optimale Dampfzufuhr an die Heizoberflächen, die am nächsten zum Kondensatauslaß sind, zu erreichen, hat das System den Vorteil, daß die Produkteinlaßpumpe, die diesen Teil versorgt, auf eine verringerte Kapazität eingestellt werden kann.
Wie erwähnt, ist es mit dem entwickelten Aufbau des Wärmeübertragungskörpers und des Systems zum Auftragen des feuchten Produkts und Entfernen des getrockneten Produkts möglich, das Verfahren mit derartig kleinen Temperatur- und Druckdifferenzen zum Abschluß zu bringen, daß Wärmepumpen vorteilhaft für die erneute Kompression des erzeugten Dampfes verwendet werden können, und dadurch kann in dem Trocknungsverfahren eine besonders gute Betriebswirtschaftlichkeit erzielt werden. Es ist hierbei notwendig, daß das Gehäuse 69 luftdicht ist, und selbst wenn der Aufbau des Wärmeübertragungskörpers eine wirksame Konzentration und einen Ausstoß von Luft zusammen mit dem Kondensat an die hohle Achse 16 liefert, verringert zusammen mit Dampf angesaugte Luft die Wärmeübertragung und beendet im schlimmsten Fall den Betrieb. Die Wärmepumpe ist mit dem Dampfauslaß 42, Fig. 15, verbunden, und nach der Kompression wird der komprimierte Dampf durch den Dampfeinlaß 10 zu dem Wärmeübertragungskörper geleitet. Das feuchte Produkt wird durch die biegsamen Schläuche 63 gepumpt, und das getrocknete Produkt wird durch den Pulverauslaß 73 ausgeleitet.

Claims

1. Rotierbarer hohler Wärmeübertragungskörper (3) zur Verwendung mit einer hauptsächlich horizontalen Drehachse in einer Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigkeitsmischungen oder von Lösungen mit einer Neigung, Ablagerungen zu bilden, oder zur Verwendung mit einer hauptsächlich vertikalen Drehachse in einer Vorrichtung zur Trocknung von pumpfähigen Produkten, wobei die Flüssigkeiten oder Lösungen oder pumpfähigen Produkte auf eine äußere Wärmeübertragungsoberfläche (7) des Wärmeübertragungskörpers (3) aufgebracht werden können, von der Ablagerungen oder getrocknetes Produkt während der Drehung des Wärmeübertragungskörpers (3) abgeschabt werden können, wobei der rotierende Wärmeübertragungskörper (3) aufweist:

- eine hohle Antriebsachse (16) zum rotierbaren Anordnen in einem Gehäuse (1) der Vorrichtung,

- eine Einrichtung (10, 13) zum Liefern des Wärmemediums in Dampfform an die innere Wärmeübertragungsoberfläche des Wärmeübertragungskörpers (3),

- eine Einrichtung zum Leiten von Kondensat und Falschluft vom Inneren des Wärmeübertragungskörpers (3) durch die hohle Antriebsachse (16),

- Längsabschnitte, in die der hohle Verdampfungskörper (3) unterteilt ist und deren axiale Längen relativ zueinander derart dimensioniert sind, daß für einen gegebenen Fluß aus kondensiertem Dampf durch den Körper die vorteilhafteste Fließgeschwindigkeit für die Wärmeübertragung von der Wärmeübertragungsoberfläche des Wärmeübertragungskörpers (3) erzielt wird,

wobei jeder Längsabschnitt aufweist:

- einen rohrförmigen tragenden Mittelabschnitt, der mittels einer diametral verlaufenden Trennplatte (5) unterteilt ist in einen halbrohrförmigen Einlaßkanal (33a) zum Ein lassen des Wärmemediums in Dampfform und einen halbrohrförmigen Auslaßkanal (34a) zum Abfließen und kontinuierlichen Fließen von Dampf und Kondensat in nachfolgende Längsabschnitte,

- Ringkanäle mit Durchgängen (30) zum Durchfluß des kondensierten Dampfes, wobei die Ringkanäle koaxial zum und um den rohrförmigen Mittelabschnitt angeordnet sind, wobei die Ringkanäle Seitenplatten (7; 21; 68) haben, die auf den in Abschnitte unterteilten rohrförmigen Mittelabschnitt mit einem Abstand zwischen benachbarten Seitenplatten von zwei benachbarten Ringkanälen angeordnet sind, so daß zwischen zwei benachbarten Ringkanälen Raum für eine Schabe- oder Bürstanordnung zur Verfügung gestellt wird, um Ablagerungen von der Wärmeübertragungsoberfläche des Wärmeübertragungskörpers zu entfernen,

- radiale Trennwände (6), die in den Durchgängen (30) der Ringkanäle angeordnet sind und mit der diametralen Trennplatte (5) verbunden sind,

- Einlaßöffnungen (33) in dem rohrförmigen Mittelabschnitt in der Nähe einer ersten Seite der Trennplatte (5), wobei die Einlaßöffnungen (33) den Einlaßkanal (33a) mit den Durchgängen (30) verbinden,

- Auslaßöffnungen (34) in dem rohrförmigen Mittelabschnitt in der Nähe der anderen Seite der Trennwand (5), wobei die Auslaßöffnungen (34) den Auslaßkanal (34a) mit den Durchgängen (30) verbinden, und

- eine halbkreisförmige Radialplatte (14), die ein Ende des Einlaßkanals (33a) abschließt, wobei die Abschnitte derart zusammengeschweißt sind, daß jeder einzelne Abschnitt relativ zu dem vorangehenden Abschnitt um 180º gedreht ist, wobei der Auslaßkanal (34a) eines Abschnitts mit dem Einlaßkanal (33a) des nachfolgenden Abschnitts verbunden wird.

2. Rotierbarer Wärmeübertragungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanäle des Wärmeübertragungskörpers Seitenplatten (7; 21; 68) haben, die auf den in Abschnitte unterteilten rohrförmigen Mittelabschnitt mit einem Abstand zwischen den Seitenplatten angeordnet sind, der während der Benutzung für Verdampfungsverfahren Raum für eine an einem Pendel aufgehängte Bürst- oder Schabanordnung (25-28) liefert oder während der Benutzung Raum für Trocknungsverfahren Raum für Produktauftrag-Aggregate (58) und Abschab-Aggregate (46) liefert.

3. Rotierbarer Wärmeübertragungskörper nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung in einer Vorrichtung für Verdampfungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanäle aus Plattenringen mit konstanten Abständen zwischen Oberflächen der Ringkanäle in den Zwischenräumen zwischen ihnen aufgebaut sind, wobei zwei einander zugewandte Oberflächen mit Hilfe einer gewöhnlichen zweiseitigen Bürst- oder Schabanordnung (25-28) sauber gehalten werden können, welche auf einen Arm (26) angeordnet ist, der relativ zu dem Wärmeübertragungskörper beweglich angeordnet ist, so daß er während der Rotation des Wärmeübertragungskörpers für eine pendelähnliche Bewegung der Bürst- oder Schabanordnung von der Peripherie des Ringkanals zum Mittelabschnitt und zurück sorgen kann.

4. Verdampfungsvorrichtung, die einen rotierenden Wärmeübertragungskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist: einen Sprührotor (36) zum Befeuchten der Wärmeübertragungsoberfläche des Wärmeübertragungskörpers (3), einen offenen Flüssigkeitskanal (38) zum Beliefern des Sprührotors, so daß es der zu verdampfenden Lösung gleichzeitig mit dem schrittweise Abgegebenwerden erlaubt wird, von einem Flüssigkeitseinlaß der Vorrichtung zu einem Konzentratauslaß der Vorrichtung zu fließen, so daß die Verweildauer der Lösung in der Vorrichtung verringert wird.

5. Verdampfungsvorrichtung, die einen rotierenden Wärmeübertragungskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist: ein zylindrisches Gehäuse mit einer hauptsächlich horizontalen Achse, ein auf dem Boden des Gehäuses angeordnetes Zerstäubersystem (39, 40 und 41) und einen Dampfauslaß (42), wobei der Durchmesser des Gehäuses und die Plazierung des Wärmeübertragungskörpers über dem Boden des Gehäuses derart gewählt werden, daß zwischen dem Wärmeübertragungskörper und dem Zerstäubersystem (39, 40, 41) ein beträchtlicher freier Raum zur Verfügung gestellt wird, durch den sich die zu verdampfende Flüssigkeit während dem Durchgang von dem Zerstäubersystem bis zum Auftreffen auf den Wärmeübertragungskörper und die Gehäusewand bewegt und durch den der durch Verdampfung erzeugte Dampf zur gleichen Zeit auf den Dampfauslaß (42) zu fließt, so daß zusammen mit der Verdampfung eine Zersetzungswirkung erzielt wird, wenn Flüssigkeitsmischungen mit unterschiedlichen Siedepunkten behandelt werden.

6. Trocknungsvorrichtung, die einen rotierenden Wärmeübertragungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungskörper (3) in dem Gehäuse der Vorrichtung mit einer vertikalen Achse derart angeordnet ist, daß das feuchte pumpfähige Produkt, das getrocknet werden soll, auf den horizontal nach oben gewandten Oberflächen (68) der Ringkanäle verteilt werden kann, wobei die Vorrichtung ferner jeweils Auftrag-Aggregate (58) und Abschab-Aggregate (46) für den Auftrag und das Abschaben von Produkt von den Oberflächen (68) aufweist, wobei der Wärmeübertragungskörper mit dem gleichen konstanten Abstand zwischen der Oberfläche (68) eines Ringkanals und der ihm zugewandten Oberfläche des darüber liegenden Ringkanals aufgebaut ist, gleichgültig, ob der Zwischenraum zwischen diesen Oberflächen innerhalb eines Abschnitts ist oder an einer Stelle, wo es zwischen den beiden Oberflächen eine Verbindung zwischen zwei Abschnitten gibt.

7. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:

- ein Bewegungssystem für die Abschab-Aggregate (46), wobei das Bewegungssystem aufweist: eine Pendelachse (47), einen Hebel (48), der die Pendelachse (47) betätigt, um eine hin- und hergehende Drehbewegung zu machen, ein axial verschiebbares Rohr (50) auf der Pendelachse (47) mit einer Erweiterung (52), einen Arm (54), der an einem Ende des Arms (54) an der Pendelachse befestigt ist und an seinem anderen Ende in der Erweiterung (52) des verschiebbaren Rohrs (50) angeordnet ist, so daß er ein Drehmoment an das verschiebbare Rohr (50) übertragen kann, einen Pendelarm (49) für jeden Satz zusammenwirkender Heizoberflächen der Ringkanäle, der an einem Ende des Pendelarms (54) an dem verschiebbaren Rohr (50) und an seinem anderen Ende an einem Abschab-Aggregat (46) und einem Schabmesser (44) befestigt ist, ein mit dem verschiebbaren Rohr (50) verbundenes Hebe- und Senksystem, so daß dieses angehoben und abgesenkt werden kann, ebenso wie ein Hebeaggregat (45) zum Heben und Absenken der Pendelachse (47) und somit des gesamten Bewegungssystems und

- ein Bewegungssystem für die Auftrag-Aggregate (58), das hauptsächlich als das Bewegungssystem für die Abschab-Aggregate (46), aber ohne ein dem Hebeaggregat (45) entsprechendes Aggregat ausgebildet ist.

8. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschab-Aggregat (46) ein Schabmesser (44) mit einer Rückwand hat, deren Länge in der Längsrichtung des Pendelarms (49) es der gesamten kreisförmigen Heizoberfläche (68) eines Ringkanals erlaubt, abgeschabt zu werden, während sie sich um eine Umdrehung dreht und das Schabmesser eine Anzahl von Malen, z. B. 40 bis 50 mal, mit einer Pendelbewegung hin- und herbewegt werden kann, und daß das Schabmesser mit seiner Rückwand (44) mit den Seitenplatten (56, 57) verbunden ist, um zu verhindern, daß das gelöste getrocknete Produkt in Pulverform als eine Folge der Bewegung der Heizoberfläche weiterbefördert wird, wobei die Platten mit der Mitte in der Mitte der Pendelachse (47) zylindrisch sind und die Unterseite der äußersten Platte (56) in der Ebene der Kante des Schabmessers liegt, während die andere Platte (57) sich nur nach unten zu der Oberseite des getrockneten Produkts erstreckt.

9. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabmesser (44) mittels eines Sy stems aus parallelen Dreharmen, Federn und daran angepaßten Anschlägen elastisch mit den Pendelarmen (49) verbunden sind.

10. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: biegsame Schläuche (63), mit den Schläuchen verbundene flache Düsen (59) zum Liefern eines pumpfähigen Produkts von den Schläuchen an die Düsen zur Verteilung auf den Heizoberflächen (68) des Wärmeübertragungskörpers (3), ein Bewegungssystem zum Ein- und Ausführen der Düsen relativ zum Mittelabschnitt des Wärmeübertragungskörpers und Hin- und Herbewegen relativ zur Längsrichtung eines Pendelarms (61) des Bewegungssystems in einer pendelartigen Weise, wobei die Düse eine Auslaßöffnung hat, deren Breite die Hälfte der Bewegung ist, die der Umfang der Heizoberflächen während einer vollen Bewegung der Düsen macht, einen rotierbar angeordneten Steuerschieber (65) zum allmählichen Sperren eines Teils der Auslaßöffnung der Düse, wobei die Aufhängung des Steuerschiebers an der Düse befestigt ist, einen ersten Hydraulikzylinder (66) zum Betätigen des Steuerschiebers, wobei die Aufhängung des ersten Hydraulikzylinders an der Düse befestigt ist und die Düse mittels paralleler Dreharme (51) mit dem Pendelarm (61) verbunden ist, einen mit der Düse verbundenen zweiten Hydraulikzylinder (62), um sie in einer Längsrichtung des Pendelarms zu verschieben, und eine Einrichtung zum Regulieren der Kapazität der Produktzuführungspumpen, so daß sie proportional zu dem Abstand der Düsenmündung von der Drehachse des Wärmeübertragungskörpers ist und dadurch dem freien Auslaßbereich der Düse, der von dem Steuerschieber freigegebenen ist, entspricht.