WO2010034043A1

WO2010034043A1 - Plattenfallfilm-kurzweg verdampfer

Info

Publication number: WO2010034043A1
Application number: PCT/AT2009/000359
Authority: WO
Inventors: Andreas Karasek; Daniel Bethge
Original assignee: Gig Karasek Gmbh
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-04-01
Also published as: AT506691A4; AT506691B1; DE112009002216A5

Abstract

Ein Platten-Fallfilmverdampfer zur Fallstromverdampfung einer flüssigen Substanz, mit zumindest einer, in einem Gehäuse (1) im Wesentlichen vertikal angeordneten, beheizbaren Verdampferplatte (5), mit einer oberhalb der zumindest einen Verdampferplatte angeordneten Verteilerwanne (8), aus der die darin befindliche Substanz der Verdampferplatte unter Bildung eines an der Außenfläche der Verdampferplatte herabrinnenden Films zuführbar ist, mit einem der unteren Plattenkante zugeordneten Auffangmittel (9) für das Konzentrat, mit zumindest einem Anschluss (15, 15o, u) für ein Pumpmittel (16) zum Evakuieren des Gehäuseinnenraumes, sowie mit einer Kondensationseinrichtung zur anschließenden Kondensation des entstehenden Brüdens, wobei die Kondensationseinrichtung als zumindest eine, innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen vertikal und parallel zu der zumindest einen Verdampferplatte (5) angeordnete Kondensationsplatte (6) ausgebildet ist, die mittels eines, ihren inneren Hohlraum durchströmenden Kühlfluidums kühlbar ist und der ein Auffangmittel (4) für von der Kondensationsplatte herabrinnendes Destillat zugeordnet ist.

Description

PLATTENFALLFILM-KURZWEG VERDAMPFER

Die Erfindung bezieht sich auf einen Platten-Fallfilmverdampfer zur Fallstromverdampfung einer flüssigen Substanz , mit zumindest einer, in einem Gehäuse im Wesentlichen vertikal angeordneten, beheizbaren Verdampferplatte, mit einer oberhalb der zumindest einen Verdampferplatte angeordneten Verteilerwanne, aus der die darin befindliche Substanz der Verdampferplatte unter Bildung eines an der Außenfläche der Verdampferplatte herabrinnenden Films zuführbar ist, mit einem der unteren Plattenkante zugeordneten Auffangmittel für das Konzentrat, mit zumindest einem Anschluss für ein Pumpmittel zum Evakuieren des Gehäuseinnenraumes, sowie mit einer Kondensationseinrichtung zur anschließenden Kondensation des entstehenden Brüdens.

Verdampfer dieser Art sind bekannt und werden seit Jahren von der Anmelderin erzeugt und geliefert.

Die Stofftrennung durch Verdampfen mit anschließender Kondensation der Dämpfe zählt zu den thermischen Trennverfahren. Sie wird angewendet, um flüssige Stoffgemische in leichter und schwerer siedende Fraktionen zu trennen. Beispielsweise kann Wasser von organischen Substanzen separiert werden. Im industriellen Maßstab werden häufig sogenannte Fallfilmverdampfer eingesetzt. Das sind senkrecht stehende Rohrbündelwärmetauscher, in denen, das Stoffgemisch oben aufgegeben, mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung gleichmäßig verteilt und auf der Innenseite der Rohre als Film, nach unten strömt. Beheizt wird mantelsei- tig mit Heizdampf oder Wärmeträgermedium. Durch die Zuführung der Wärme verdampfen die leicht siedenden Bestandteile (im Beispiel Wasser), zurück bleibt ein Konzentrat. Die erzeugten Dämpfe strömen mit der Flüssigkeit im Gleichstrom in den Rohren abwärts. In einem Abscheider werden evtl. mitgerissene Flüssigkeitströpfen abgeschieden. Anschließend können die Dämpfe z. B. in einem Kondensator gegen Kühlwasser niedergeschlagen werden.

Turbulenz im Film und damit ein guter Wärmeübergang wird sichergestellt durch ausreichende Benetzung der Rohre. Deshalb wird teilweise rezirkuliert, d. h. ein Teil des Konzentrats wird zur Aufgabe gemischt; oder der Apparat wird mehrmals Durchfahren, d. h. der Verdampfer wird in Sektionen unterteilt, die das Stoffgemisch nacheinander durchfließt.

Eine kostengünstige Variante des Fallfilmverdampfers stellt der Platten-Fallfilmverdampfer dar. Bei einem solchen Verdampfer wird der Flüssigkeitsfilm nicht auf der Innenfläche von Rohren erzeugt, sondern auf der Oberfläche von Platten mit einem inneren Hohlraum. Es sind immer zwei Platten miteinander verbunden und verschweißt, so dass in dem abge- schlossenen Bereich Heizdampf oder ein anderes Wärmeträgerfluidum zirkulieren kann. Auf den Außenflächen, die aufgrund der Verschweißtechnik die Form eines Kissens haben kann, strömt der Produktfilm. Ein Verdampfer enthält eine Vielzahl von parallel angeordneten Plattenpaaren. Die Aufgabe erfolgt über Rinnen, die an der Oberkante der Plattenpaare angeordnet sind. Das Konzentrat, das an der Unterkante von den Platten tropft, wird gesammelt und ausgeschleust. Die erzeugten Brüden verlassen den Wärmetauscher und werden z. B. in einem Kondensator niedergeschlagen.

Unter der Einwirkung von Hitze neigen viele Stoffgemische bzw. enthaltene Komponenten dazu, sich zu zersetzen oder zu polymerisieren. Auch kann es zu Belagsbildungen auf den Heizflächen kommen. Das wird vermieden indem der Druck im Verdampfer erniedrigt wird, da dadurch die Siedetemperatur ebenfalls sinkt. Wässrige, hitzeempfindliche Lösungen werden daher im Grobvakuum eingedampft. Hierzu zählt z. B. die Eindampfung von Milch zur Herstellung von Milchpulver. Der Vakuumdruck lässt sich aber nicht beliebig erniedrigen. Grund ist der Druckverlust, der durch die Strömung der Dämpfe von der Verdampferfläche zum Kondensator entsteht. In den üblichen Apparaten beträgt dieser mindestens einige mbar. Damit ist das erreichbare Vakuum in den herkömmlichen Verdampfern limitiert.

Es gibt eine Vielzahl an Produkten, die sich ausschließlich im Druckbereich unter 1 mbar destillieren lassen. Hierzu gehört die Gewinnung von Omega-3 Fettsäuren aus Fischöl, Carotin aus Palmöl, verschiedener Fraktionen aus Wachs, das Aufkonzentrieren von Emul- gatoren (Monoglyceride), die Monomerabtrennung aus Polymergemischen, um nur einige Beispiele zu nennen.

Diese Stoffe werden in sog. Kurzwegverdampfern oder Molekulardestillationsapparaten destilliert. Hier befindet sich die Kondensationsfläche in unmittelbarer Nähe zur Verdampferfläche. Die Dämpfe strömen quasi ohne Druck verlust vom Verdampfer zum Kondensator. Damit ist ein Betrieb bei Drucken weit unter 1 mbar möglich.

Im industriellen Maßstab haben sich sogenannte „gewischte" Apparate durchgesetzt. Das sind Dünnschichtverdampfer in denen der Film mit Hilfe eines mechanischen Systems („Wischer") auf der Innenseite einer von außen beheizten zylindrischen Fläche verteilt und umgewälzt wird. Die erzeugten Dämpfe werden am konzentrisch angeordneten Innenkondensator kondensiert. Der Kondensator besteht aus ringförmig angeordneten Rohren. Inerte und nicht kondensierbare Gase werden über die Mitte abgesaugt. Das Konzentrat wird in einer ringförmigen ggf. beheizbaren Tasse am unteren Ende der zylindrischen Verdampfer- fläche gesammelt und ausgeschleust. Der Destillataustrag befindet sich unterhalb des Kondensators. Die Gase werden über einen Vakuumstutzen abgesaugt.

Ein Nachteil dieser Apparate ist das Vorhandensein von mechanisch bewegten Teilen, der Verschleiß, die erforderliche Wartung, der Preis und die Begrenzung der Baugröße. Die größten Verdampfer weisen heute eine Verdampferfläche von ca. 50 m² auf für Mengen von ca. 5 t/h. Es wurden daher immer wieder Anstrengungen unternommen, diese Nachteile zu überwinden.

In der EP 1 429 856 Bl ist ein Fallstromverdampfer mit integrierter Kondensation geoffenbart, der mehrere aufrecht stehende, gemeinsam in einem Gehäuse untergebrachte Verdampferrohre mit einem beheizbaren Hohlraum sowie gleichfalls in dem Gehäuse untergebrachte, aufrecht stehende Kondensationsrohre, die je koaxial zu den Verdampferrohren innerhalb derselben angeordnet sind. Die Kondensationsrohre werden von innen her mittels eines Kühlmittels gekühlt. Die flüssige Substanz wird mittels einer Verteilerwanne den Verdampferrohren oben zugeführt und läuft dann als Film an deren Innenfläche herab; an den Außenmänteln der Kondensationsrohre herabfließendes Destillat wird unten aufgefangen.

Dieser bekannte Fallstromverdampfer kann zwar flüssige Substanzen bei einem höherem Vakuum verarbeiten, da keine, einen Druckabfall bewirkende Rohrleitungen zu einer externen Kondensationseinrichtung vorliegen, doch ist der gesamte Aufbau durch die Vielzahl koaxialer Rohrpaare mit zugehörigen Beschickungs- und Auffangmitteln ziemlich komplex, was auch für die Führung der Heiz- und Kühliluida zutrifft. Der komplizierte Aufbau erschwert und verteuert die Herstellung ebenso, wie später erforderliche Wartungsarbeiten, insbesondere auch Reinigungsarbeiten.

Aus der DE 690 10 214 T2 ist ein Lamellenverdampfer bekannt geworden, der sich durch eine besondere Führung des eintretenden Heizdampfes in Kondensationsräume sowie der erzeugten Brüden auszeichnet. Die Platten des Lamellenverdampfers, die als „Wärmeübertragungsplatten" bezeichnet werden, besitzen einerseits Löcher und andererseits ein System von zwischen den Platten liegende Dichtungen, wodurch eine Vielzahl von Kammern geschaffen wird, nämlich Verteilungskammern, Verdampfungsräume und Kondensationsräume. Des Weiteren ist das Innere des Behälters in einen oberen Raum und einen unteren Raum geteilt.

Die Brüden entstehen durch zumindest teilweise Verdampfung der aus den Verteilungskammern in die Verdampfungsräume strömenden Flüssigkeit und werden über den unte- ren Raum zu einem Auslass geführt. Vermutlich aufgrund der geringen Druckverluste eignet sich dieser Apparatetyp besonders für den Einsatz der mechanischen Brüdenverdichtung, wobei die Brüden mit Hilfe eines Kompressors 37 auf einen höheren Druck komprimiert werden. Damit steigt auch die Kondensationstemperatur. Die Brüden können auf diese Weise als Heizdampf genutzt werden. Sind die Druckverluste gering, fällt die Verdichterarbeit entsprechend kleiner aus.

Es für den Fachmann klar, dass sich ein Lamellenverdampfer nach der DE 690 10 214 T2 für eine Destillation im Feinvakuum nicht eignet. Lammellen- und Plattenfallfilm-Kurzweg Verdampfer sind für verschiedene Einsatzfälle konzipiert. Die DE 690 10 214 T2 nennt als Beispiel die Meerwasserentsalzung und gibt als charakteristischen Druck 0,15 bar an. Bei der Erfindung ist ein Beispiele die Gewinnung von Carotin aus Palmöl und die angewendeten Drücke liegen üblicherweise bei weniger als 5 mbar bis unter 0,001 mbar.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Fallstromerdampfer mit integrierter Kondensation zu schaffen, der bei sehr niedrigem Druck in industriellem Maßstab einsetzbar ist, wobei die Herstellung einfach und kostengünstig erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird mit einem Platten-Fallfilmverdampfer der eingangs erwähnten Art gelöst, bei welchem die Kondensationseinrichtung als zumindest eine, innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen vertikal und parallel zu der zumindest einen Verdampferplatte angeordnete Kondensationsplatte ausgebildet ist, die mittels eines, ihren inneren Hohlraum durchströmenden Kühlfluidums kühlbar ist und der ein Auffangmittel für von der Kondensationsplatte herabrinnendes Destillat zugeordnet ist.

Dank der Erfindung ergibt sich ein einfacher Aufbau, welcher einerseits zu geringeren Strömungsverlusten, verglichen mit den bisherigen Verdampfer/ Kondensator-Apparaten, führt und der andererseits eine weitaus einfachere und kostengünstiger Herstellung der Einzelteile und deren Montage ermöglicht, sodass auch flüssige Stoffgemische verarbeitet werden können, die einen Betrieb bei niedrigen Drücken, z. B. unter 1 mbar erfordern, wobei eine industrielle Verarbeitung bei hohen Durchsatzleistungen und großen Verdampferflächen möglich ist. Letztlich können dadurch viele Produkte kostengünstiger hergestellt werden, als es bis jetzt möglich war.

Bei einer zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb des Gehäuses abwechselnd Verdampferplatten und Kondensationsplatten angeordnet sind, wodurch sich eine hohe Effizienz im Betrieb bei vernünftigen Gesamtabmessungen ergibt. Die Herstellung des Verdampfers wird weiter verbilligt, wenn gemäß einer Variante die zumindest eine Verdampferplatte und die zumindest eine Kondensationsplatte gleichartig ausgebildet sind.

In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, wenn die zumindest eine Verdampferplatte und/ oder die zumindest eine Kondensationsplatte um eine im Wesentlichen vertikale Achse zylindrisch gekrümmt sind, da hierdurch auf die meist zylindrische Krümmung des Gehäuses Rücksicht genommen werden kann.

Eine bei vielen Stoffgemischen zweckmäßige zwei- oder mehrstufige Destillation kann kosten- und raumsparend bei hohen Durchsatzleistungen erfolgen, wenn innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses zumindest zwei Kombinationsstufen von Verdampferplatten und Kondensationsplatten angeordnet sind, sowie Mittel vorgesehen sind, um das von der zumindest einen Kondensationsplatte einer ersten Stufe herabgeronnene und aufgefangene Destillat einer Verteilerwanne für eine Verdampferplatte einer weiteren Stufe zuzuführen.

In Hinblick auf die Verarbeitung entsprechend kritischer Stoffgemische ist es vorteilhaft, wenn das Pumpmittel zum Evakuieren des Gehäuseinnenraumes auf einen Innendruck von weniger als 1 mbar ausgebildet ist.

Bei praxiserprobten Varianten kann der Abstand zwischen den Oberflächen einander zugeordneter Platten zwischen 5 und 150 mm betragen.

Im Sinne eines sauberen Auffangens des Destillats ist es vorteilhaft, wenn das Auffangmittel für von der zumindest einen Kondensationsplatte herabrinnendes Destillat der Bodenteil des Gehäuses ist.

Zur Berücksichtigung bestimmter Eigenschaften der zu verarbeitenden Stoffe, insbesondere deren temperaturabhängigen Viskosität kann es empfehlenswert sein, wenn Heizmittel für die Auffangrinne und/ oder der Bodenteil des Gehäuses vorgesehen sind.

Will man zur weiteren Erhöhung der Effizienz auch die Gehäusewandung als Kondensationsfläche heranziehen, so ist es zweckmäßig, wenn Kühlmittel für zumindest benachbart zu Verdampferplatten gelegene Bereiche der Gehäusewandung vorgesehen sind.

Um solche flüssige Stoffgemische, die beim Verdampfen stark zum Spritzen neigen, d. h. Gemische mit hohem Leichtsiederanteil, gut verarbeiten zu können, ist bei einer Variante vorgesehen, dass zwischen Verdampferplatten und Kondensationsplatte Tröpfchenabscheider vorgesehen sind.

Für solche Fälle kann aber auch zusätzlich oder als Alternative mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die Verdampferplatten im Sinne einer von oben nach unten geringer werdenden Temperatur beheizbar sind.

Im Sinne einer überaus gleichmäßigen Wärmeverteilung vor allem in horizontaler Richtung ist es vorzuziehen, wenn die Verdampferplatte mittels eines ihren inneren Hohlraum durchströmenden Heizfluidums beheizbar ist.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 einen Fallstromverdampfer nach der Erfindung in einer schaubildlichen Prinzipdarstellung,

Fig. 2 eine Anordnung von vier Verdampfer- und drei Kondensationsplatten,

Fig. 3 einen Fallstromverdampfer nach der Erfindung in schematischer Seitenansicht in Richtung des Pfeils III der Fig. 5,

Fig. 4 den Fallstromverdampfer nach Fig. 3 in einer weiteren Seitenansicht in Richtung des Pfeils IV der Fig. 5,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Fallstromverdampfer längs der Linie V-V der Fig. 3,

Fig. 6a und 6b zwei mögliche Varianten der Verteileröffnungen im Bereich des Details VI der Fig. 1,

Fig. 7 die beispielsweise Anordnung eines Tröpfchenabscheiders zwischen einer Verdampferplatte und einer Kondensationsplatte, und

Fig. 8 diagrammartig die Anordnung von drei Verdampfer/ Kondensationsstufen innerhalb ein es einzigen Gehäuses.

Zunächst sei der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Platten-Fallfilmverdampfers unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. Innerhalb eines BR zumindest Vakuum- druckfesten Gehäuses 1 mit einer zylindrischen Seitenwand 2, einem pombierten Dachteil 3 und einem ebensolchen Bodenteil 4 sind zwei Verdampferplatten 5 und zwischen diesen eine Kondensationsplatte 6 angeordnet. Alle drei Platten stehen senkrecht und liegen parallel zueinander. Tatsächlich werden meist mehr als drei Platten innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, vier Verdampferplatten 5 und drei Kondensationsplatten 6. Dachteil 3 und oder Bodenteil 4 können an den zylinderischen Teil auch angeflanscht sein, wobei der zylindrische Teil, die Seitenwand 2, nicht notwendigerweise kreiszylindrisch sein muss.

Sowohl die Verdampferplatten 5 als auch die Kondensationsplatten 6 besitzen einen inneren Hohlraum und können zum Heizen bzw. Kühlen von einem Fluidum durchströmt werden, wobei im normalen Betrieb die Verdampferplatten 5 beheizt und die Kondensationsplatten 6 gekühlt werden. Daher hat jeder der Platten 5, 6 zumindest zwei Anschlüsse 7, die als Zulauf- Anschluss bzw. als Abfluss-Anschluss dienen können. Die Platten 5, 6 sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet und können beispielsweise aus zwei miteinander am Rand sowie unter Bildung einer leicht polsterartigen Struktur über ihre Fläche an vielen Stellen miteinander punktverschweißt sein. Als Heizfluidum stehen dem Fachmann in Abhängigkeit der erforderlichen Temperaturen unterschiedliche Fluida zur Verfügung, um nur zwei Beispiele zu nennen etwa Heißdampf oder Thermalöle. Gleiches gilt für das Kühlfluidum, das beispielsweise Wasser sein kann.

An jeder Verdampferplatte 5 ist an ihrem oberen Ende eine Verteilerwanne 8 und an ihrem unteren Ende als Auffangmittel eine Auffangrinne 9 vorgesehen. Weiters ist bei diesem Beispiel den Verteilerwannen 8 ein Vorverteiler 10 und den Auffangrinnen 9 eine Austragrinne 11 zugeordnet. Ein Einlassstutzen 12 am oberen Ende des Dachteils 3 dient zur Zuführung einer flüssigen Substanz, ein Abflussstutzen 13 zum Abführen des Destillats, das hier von dem Bodenteil 4 aufgefangen wird.. Über einen der Austragrinne 11 zugeordneten Auslassstutzen 14 kann ein Konzentrat abgeführt werden und ein seitlicher Vakuumstutzen 15 kann mit einem geeigneten Pumpmittel, wie z. B. einer zweistufigen Vakuumpumpe 16 in Verbindung mit einer nicht gezeigten Kältefalle verbunden werden.

Die Verteilerwannen 8 besitzen eine Vielzahl von Austragsöffnungen, durch welche die Substanz auf die Platten 5 strömt, um zu verhindern, dass Tröpfchen der Substanz auf eine benachbarte Kondensationsplatte 6 gelangt. Ein Detailbereich mit solchen Öffnungen 17 ist in zwei Varianten in Fig. 6 gezeigt, wobei Fig. 6 zeigt, dass die untere Kante der Verteilerwannen 8 eine gewellte, hier trapezförmig gewellte Struktur besitzt, bzw. gezackt ist, wie Fig. 6b zeigt, sodass in beiden Fällen die erwähnten Öffnungen 17 entstehen. Um das natürlich nicht gewünschte Spritzen von Substanz auf die Kondensationsplatten 6 zu vermeiden, kann zwischen benachbarten Platte 5, 6 ein Tröpfchenabscheider 18 angeordnet sein, der dem Fachmann bekannt ist und beispielsweise, wie in Fig. 7 gezeigt, aus schräg gestellten Blechlammellen bestehen kann.

Der Platten-Fallfilmverdampfer nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Die flüssige Substanz, im allgemeinen ein Stoffgemisch, wie bereits weiter oben erwähnt, wird über den Einlassstutzen 12 zunächst an den Vorverteiler 10 geführt und gelangt von diesem zu den Verteilerwannen 8 am oberen Ende der Verdampferplatten 5, die entsprechend der gewünschten Betriebsbedingungen bereit sind und eine Temperatur üblicherweise bis zu 350 ° C und mehr aufweisen können. In bestimmten Fällen mit leicht verdampfenden Fraktionen sind aber auch Temperaturen unter 100 ° C möglich. Die flüssige Substanz rinnt nun als Film über die äußeren Flächen der Verdampferplatten 5 herab, verdampft zumindest teilweise und schlägt sich als Kondensat auf den gekühlten Kondensationsplatten 6 nieder. Der Begriff "gekühlt", ist in Abhängigkeit der zu kondensierenden Substanz zu verstehen, d. h. es kann beispielsweise mit Temperaturen zwischen 20 und 200 ° C gekühlt werden. Das Verdampfen wird durch das mittels der Pumpe 16 aufrecht erhaltene Vakuum begünstigt, welches in den meisten Fällen kleiner als 5 mbar ist und sogar weniger 0,001 mbar betragen kann. Da der Abstand zwischen den Oberflächen der Verdampferplatten 5 und den Kondensationsplatten 6 im Allgemeinen im Zentimeter-Bereich liegt und ein relativ hohes Vakuum aufrecht erhalten wird, gelangen Moleküle des gewünschten Konzentrats ohne wesentliche Zusammenstöße an die Kondensationsplatten.

Um auf den Tröpfchenabscheider 18 zurückzukommen, soll erwähnt werden, dass dieser nicht notwendigerweise über die gesamte Höhe der oft einige Meter langen Platten 5, 6 sich erstrecken muss, sondern auch nur Teilbereiche, z. B. den einen oberen Teilbereich, abdecken kann. Weiters ist es möglich, ein unerwünschtes Spritzen von Substanz durch eine geeignete Temperaturführung zu vermeiden, insbesondere dadurch, dass die Verdampferplatten 5 im Sinne einer von oben nach unten geringer werdenden Temperatur beheizt werden. Im einfachsten Fall gelingt dies dadurch, dass das Heizfluidum im Sinne der in Fig. 7 gezeigten Pfeile über die Anschlüsse 7 bei den Verdampferplatten 5 von oben nach unten geführt wird. Das Kühlfluidum kann dem gegenüber, gleichfalls im Sinne der in Fig. 7 gezeigten Pfeile von unten nach oben geführt werden.

In den Auffangrinnen 9 wird eine Fraktion der Substanz, insbesondere das Konzentrat aufgefangen und über die Austragrinne 11 und den Auslassstutzen 14 ausgetragen. Die Austragrinnen 11 können, falls es beispielsweise die Produktviskosität erfordert, beheizbar ausgeführt sein. Zu diesem Zweck sind diese entweder doppelwandig ausgebildet, oder es sind an die Rinnen entsprechende Heizrohre (nicht gezeigt) aufgeschweißt, die von einem Heizfluidum durchströmbar sind. Selbstverständlich ist auch eine elektrische Beheizung sämtlicher zu beheizenden Elemente denkbar, was auch für die Verdampferplatten gilt. Allerdings ist in der Praxis, jedenfalls für die Verdampferplatten, eine Beheizung mit einem Heizfluidum in Hinblick auf die breitflächige Erwärmung vorzuziehen.

Eine zweite Fraktion, vorzugsweise das Destillat, rinnt von den Kondensationsplatten 6 auf den Boden 4 des Gehäuses 1 und wird über den Abflussstutzen 13 ausgetragen. Ebenso wie die Auffangrinnen 9 und die Austragrinne 11 könnte auch der Bodenteil 4 beheizbar ausgeführt werden, wiederum entweder durch eine doppelwandige Ausführung oder durch Heizrohre oder andere Heizelemente.

Andererseits ist es möglich, zur Verbesserung der Effizienz zumindest Abschnitte der Seitenwand 2 des Gehäuses 1 zu kühlen, um eine zusätzlich Kondensationsfläche zu schaffen. In einem solchen Fall können insbesondere die benachbart zu der zylindrischen Seitenwand 2 liegenden Verdampferplatten 5 eine entsprechende koaxiale zylindrische Krümmung aufweisen.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung ist in den Fig. 3 bis 5 eine andere, einfache Variante der Erfindung mit lediglich drei Platten dargestellt. Es soll betont werden, dass auch diese Ausführung zur Vereinfachung mit lediglich drei Platten dargestellt ist, die in dieser Form als Pilotapparatur verwendet werden könnte, dass in der Praxis jedoch erheblich mehr Platten vorgesehen sind. Soweit nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie bei der vorangehend beschriebenen prinzipiellen Ausführung. Es ist eine einzige, mittige Verdampferplatte 5 vorgesehen, der beidseitig zwei Kondensationsplatten 6 zugeordnet sind. Die Zuführung des Heizmediums erfolgt über zwei Heizstutzen 19o und 19u, wogegen für Zufluss und/ oder Abfluss des Kühlfluidums Kühlstutzen vorgesehen sind, von welchen in Fig. 5 lediglich zwei untere Kühlstutzen 2Ou ersichtlich sind.

Wie bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 kann das Destillat über einen Abflussstutzen 13 und der von der Austragrinne 11 aufgenomme, an der Verdampferplatte 5 herabgeronnene Rückstand an einem Auslassstutzen 14 entnommen werden. Am Dachteil 3 ist noch ein Schauglasstutzen 21 vorgesehen, um die Vorgänge bei der Verteilung der Substanz im oberen Bereich gegebenenfalls verfolgen bzw. um allfällige Verunreinigungen rechtzeitig feststellen zu können. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Absaug- bzw. Vakuumstutzen 15o, 15u vorgesehen, nämlich einer im oberen und einer im unteren Bereich. Alternativ könnte ein Vakuumanschluss auch mittig am Zylinder angeordnet sein. Für eine möglichst schonende thermische Stofftrennung sollte die Temperatur niedrig gehalten und die Verweilzeit beachtet werden. Tatsächlich führt für viele Substanzen eine um 10 ⁰ C höhere Verdampfungstemperatur auf dieselbe Zersetzungsrate wie eine Verdoppelung der Verweilzeit. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Bedeckung der Platten, was bei Stoffgemischen mit schlechten Benetzungsverhalten besonders zu beachten ist, kann daher nicht immer die Maßnahme der Rezirkulation angewendet werden, da deren Nachteile eine langgestreckte Produktverweilzeitverteilung ist. Vielmehr wird in diesem Fall das Stoffgemisch mehrmals über die Verdampferapparatur gepumpt und durchläuft dabei unterschiedliche Abschnitte. Das zulaufende Stoff gemisch (Substanz) wird nur auf einige Verdampferplatten, minimal eine, aufgegeben und das Konzentrat wird unter diesen Platten gesammelt und mit Hilfe einer Pumpe auf andere Verdampferplatten geleitet, wobei dieser Vorgang mehrmals wiederholt werden kann. Bei entsprechender Unterteilung der Destillatauffangwanne können auch verschiedene Destillatfraktionen gewonnen werden.

Eine entsprechende Variante der Erfindung ist lediglich schematisch in dem Diagramm der Fig. 8 gezeigt, wonach innerhalb eines einzigen Gehäuses 1 eine Vielzahl von Verdampferund Kondensationsplatten angeordnet ist. Über eine Leitung, die mit dem Pfeil A bezeichnet ist, wird die Substanz, das Stoffgemisch zugeführt und gelangt zunächst entsprechend verteilt von oben zu fünf Verdampferplatten, wird an deren unteren Ende wieder aufgefangen und erneut, weiteren, jedoch anderen Verdampferplatten zugeführt, dort wieder am unteren Ende aufgenommen und letztlich einer einzigen Verdampferplatte von oben zugeführt und als Konzentrat an einer mit dem Pfeil K bezeichneten Leitung entnommen. Die Rückführleitungen sind mit 22 bezeichnet, wobei es dem Fachmann klar ist, dass in der Praxis hier nicht gezeigte Ventile und Pumpen verwendet werden. Eine nicht dargestellte Destillatauffangwanne ist so unterteilt, dass drei Fraktionen von Destillat bezeichnet mit Dl, D2 und D3 an entsprechenden Leitungen herausgeführt werden können.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Platten-Fallfilmverdampfer zur Fallstromverdampfung einer flüssigen Substanz ,

mit zumindest einer, in einem Gehäuse (1) im Wesentlichen vertikal angeordneten, beheizbaren Verdampferplatte (5),

mit einer oberhalb der zumindest einen Verdampferplatte angeordneten Verteilerwanne (8), aus der die darin befindliche Substanz der Verdampferplatte unter Bildung eines an der Außenfläche der Verdampferplatte herabrinnenden Films zuführbar ist,

mit einem der unteren Plattenkante zugeordneten Auffangmittel (9) für das Konzentrat,

mit zumindest einem Anschluss (15, 15o, u) für ein Pumpmittel (16) zum Evakuieren des Gehäuseinnenraumes, sowie

mit einer Kondensationseinrichtung zur anschließenden Kondensation des entstehenden Brüdens,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kondensationseinrichtung als zumindest eine, innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen vertikal und parallel zu der zumindest einen Verdampferplatte (5) angeordnete Kondensationsplatte (6) ausgebildet ist, die mittels eines, ihren inneren Hohlraum durchströmenden Kühlfluidums kühlbar ist und der ein Auffangmittel (4) für von der Kondensationsplatte herabrinnendes Destillat zugeordnet ist.

2. Platten-Fallfilmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (1) abwechselnd Verdampferplatten (5) und Kondensationsplatten (6) angeordnet sind.

3. Platten-Fallfilmverdampfer nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verdampferplatte (5) und die zumindest eine Kondensationsplatte (6) gleichartig ausgebildet sind.

4. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verdampferplatte (5) und/ oder die zumindest eine Kondensationsplatte (6) um eine im Wesentlichen vertikale Achse zylindrisch gekrümmt sind.

5. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem, der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses (1) zumindest zwei Kombinationsstufen von Verdampferplatten (5) und Kondensationsplatten (6) angeordnet sind, sowie Mittel (22) vorgesehen sind, um das von der zumindest einen Kondensationsplatte einer ersten Stufe herabgeronnene und aufgefangene Destillat einer Verdampferplatte (5) einer weiteren Stufe zuzuführen.

6. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpmittel (16) zum Evakuieren des Gehäuseinnenraumes auf einen Innendruck von weniger als 1 mbar ausgebildet ist.

7. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Oberflächen einander zugeordneter Platten (5, 6) zwischen 5 und 150 mm beträgt.

8. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangmittel für von der zumindest einen Kondensationsplatte (6) herabrinnendes Destillat der Bodenteil (4) des Gehäuses (1) ist.

9. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Heizmittel für die Auffangrinne (9) und/ oder der Bodenteil (4) des Gehäuses (1) vorgesehen sind.

10. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel für zumindest benachbart zu Verdampferplatten (5) gelegene Bereiche der Gehäusewandung (2) vorgesehen sind.

11. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verdampferplatten (5) und Kondensationsplatte (6) Tröpfchenabscheider (18) vorgesehen sind.

12. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (5) im Sinne einer von oben nach unten geringer werdenden Temperatur beheizbar sind.

13. Platten-Fallfilmverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatte (5) mittels eines ihren inneren Hohlraum durchströmenden Heizfluidums beheizbar ist.