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Dünnschichtverdampfer Gegenstand der Erfindung ist ein Dünnschichtverdampfer,
der es ermöglichen soll, den Teilchen der zu verdampfenden Flüssigkeit eine genau
definierte Verweilzeit weitgehend unabhängig von den physikalischen Daten der betreffenden
Flüssigkeit zu gewähren. Dies soll mit Hilfe abstreifender Mittel erreicht werden,
die den Flüssigkeitsfilm zwangläufig über die beheizte Oberfläche fördern.
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Es sind Verdampferb au arten bekannt, die nach dem Prinzip des fallenden
Filmes arbeiten und die es ermöglichen, Flüssigkeiten bis zu sehr hohen Konzentrationen
einzudampfen. Es sind außerdem Vorrichtungen bekannt, bei denen Rührer in dem Verdampferrohr
zu dem Zweck angeordnet sind, mechanisch einen dünnen Flüssigkeitsfilm auf der Heizfläche
zu erzeugen, wobei durch die Turbulenz der Grenzschicht sehr große Wärmeübergangszahlen
erreicht werden. Bei einer bekannten Bauart dieses Verdampfers wird eine Rührwerkswelle
mit Rührflügeln verwendet, die schraubenartig schräg zur Rührwerkswelle gestellt
sein können und deren Außenkante in geringem Abstand von dem Mantel des Rohres verläuft.
Unter anderem sind dabei vier Rührflügel vorgesehen, die einen Schaufelstern bilden
und auf einem Teil ihrer Länge parallel zur Längsachse des Apparates stehen.
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Während bei reiner Verdampfung nach dem Prinzip des fallenden Filmes
nur solche Stoffe mit Erfolg eingedampft werden können, die keinen festen Rückstand
bilden, ist es mit Hilfe der Rührvorrichtung möglich, Flüssigkeiten einzudampfen,
deren Verdampfungsprodukte Pasten darstellen, da durch die Rührwirkung das Absetzen
von Krusten auf der Heizfläche vermieden wird.
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Eine Bauart eines Verdampfers, die nach dem Prinzip des fallenden
Filmes arbeitet, sieht hingegen konzentrisch zu dem Verdampferrohr ein Innenrohr
und im Ringspalt zwischen Innenrohr und Verdampferrohr eine fest angeordnete Schnecke
vor.
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Dadurch wird die Flüssigkeit gezwungen, entlang einer schraubenlinienförmigen
Bahn abzulaufen. In der Tat wird hierdurch zwar eine höhere Verweilzeit der Flüssigkeit
erzielt. Andererseits läuft bei dieser Bauart ein beträchtlicher Anteil der Flüssigkeit
nicht als Film an dem beheizten Verdampferrohr, sondern entlang der eingebauten
Schnecke ab.
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Den erwähnten Bauarten haftet der Nachteil an, daß die Verweilzeit
der Flüssigkeitsteilchen in dem Verdampfer bzw. an der Heizfläche nicht vorausbestimmt
werden kann. Die Verweilzeit hängt vielmehr außer von der Beschaffenheit der benetzten
Oberfläche und den physikalischen Daten der einzu-
dampfenden ursprünglichen Flüssigkeit
auch von deren stetiger Änderung während des Eindampfvorganges infolge der stetig
steigenden Konzentration ab. Es ist hierbei unerheblich, ob die Flüssigkeitsteilchen
in einer geraden Bahn eine senkrechte Wand herunterffießen, wie es in der Regel
bei Verdampfern nach dem Prinzip des fallenden Filmes der Fall ist, oder ob durch
schraubenlinienförmige Einbauten bzw. durch Anwendung eines Rührers den Flüssigkeitsteilchen
eine schraubenlinienförmige Bahn aufgezwungen wird. Da die Verweilzeit der Flüssigkeitsteilchen
an der Heizfläche nicht festgelegt werden kann, erfordern derartige Verdampferbauarten
eine sorgsame Temperaturführung und insbesondere die Einhaltung geringer Temperaturdifferenzen
zwischen Heizmedium und einzudampfender Flüssigkeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten
Dünnschichtverdampfer dadurch zu beseitigen, daß den Teilchen der zu verdampfenden
Flüssigkeit eine definierte Verweilzeit weitgehend unabhängig von den physikalischen
Daten der betreffenden Flüssigkeit zugestanden wird, indem der Flüssigkeitsfilm
durch geeignete abstreifende Mittel zwangläufig über die beheizte Oberfläche ge
fördert wird.
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Erfindungsgemäß ist die Transportschnecke teilweise unterbrochen
ausgeführt, wobei an den unterbrochenen Stellen Windungsteile mit gegenläufiger
Steigung vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme wird ermöglicht, an vorgegebenen
Stellen den Flüssigkeitsteilchen eine Verzögerung bzw. sogar eine gegenläufige Bewegung
zu erteilen und dadurch die Verweilzeit zu erhöhen.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus
der Beschreibung der Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung
dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt
einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verdampfervorrichtung, Fig.
2 einen Teilschnitt einer anderen Ausführungsform, Fig. 3 einen Vertikalschnitt
einer dritten Ausführungsform eines Verdampfers.
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Der in F i g. 1 dargestellte Verdampfer besteht aus einem senkrecht
stehenden, von außen mit einem beliebigen Wärmeträger beheizten Rohr 1, dessen innere
Oberfläche genau kreisrund ausgebildet ist.
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Zur Führung des Wärmeträgers dient der Heizmantel 2, der entweder,
wie in der Zeichnung gezeigt, in einem Stück ausgeführt oder aber auch in beliebig
viele und lange Heizmantelstücke aufgeteilt werden kann; diese Maßnahme dient dem
Zweck, in den einzelnen Eindampfabschnitten in Anpassung an die Eigenschaften des
zu verarbeitenden Gutes mit verschiedenen Heizmitteltemperaturen zu arbeiten. Die
Beheizung des Rohres 1 kann natürlich auch elektrisch erfolgen, wobei die elektrische
Heizung wiederum in beliebig viele Stufen unterteilt werden kann.
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Das Rohr 1 enthält eine Schnecke 3, die die bei 4 eingeführte und
mit Hilfe des Verteilers 5 an die innere Wand des Rohres 1 aufgegebene Flüssigkeit
nach dem unteren Ende des Rohres transportiert, wo durch Stutzen 6 der Austritt
des Konzentrates erfolgt.
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Die Brüden werden entlang den Windungen der Schnecke nach oben geführt
und durch den Stutzen 7 zum Kondensator geleitet.
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Die Transportgeschwindigkeit des einzudampfenden Stoffes wird durch
die Drehzahl und durch die Steigung der Schnecke bestimmt. Mit Hilfe dieser beiden
frei wählbaren Größen gelingt es, den Verdampfer jedem Bedarfsfall individuell anzupassen
und auf die optimalen Bedingungen des zu verarbeitenden Gutes einzustellen. Dabei
kann der wechselnden Beschaffenheit des einzudampfenden Stoffes während des Arbeitsprozesses
dadurch entsprochen werden, daß die Geschwindigkeit, mit der er über die Heizfläche
bewegt wird, durch Änderung der Steigung der Schnecke variiert wird. Die Schnecke
ist zu diesem Zweck stellenweise unterbrochen ausgeführt, und an den Unterbrechungen
sind Windungsteile 3' mit gegenläufiger Steigung angeordnet, so daß die Flüssigkeit
im Paßschritt über die Heizfläche bewegt wird, wodurch auf einem bestimmten ausgewählten
Heizflächenabschnitt eine längere Verweilzeit erreicht werden kann.
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Der Effekt des zwangläufigen Transportes über die Heizfläche kann
sowohl bei feststehendem Rohr durch Drehung der Schnecke als auch dadurch erreicht
werden, daß an Stelle der Schnecke 3 das Rohr 1 in drehende Bewegung versetzt wird
oder daß sich beide in entgegengesetztem Drehsinn bewegen, oder schließlich dadurch,
daß sich beide gleichsinnig, aber mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen.
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Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform sieht vor, daß die Schnecke
8 mit teilweise gegensinnigen Windungen 8' auf einem Rohr aufgebracht ist. Dieses
sich mit der Schnecke 8 drehende Rohr 9 kann von innen beheizt werden, wobei die
Wärme durch Strahlung auf den an der innenwand des Rohres befindlichen Flüssigkeitsfilm
übertragen wird. Statt dessen kann jedoch in das Rohr 9 ein Kondensator eingebaut
werden, um die Brüden auf dem kürzesten Wege niederzuschlagen. Zum Durchtritt der
Brüden muß
dann das Rohr 9 mit Löchern bzw. Durchbrüchen 10 versehen sein.
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Um den Dünnschichtverdampfer allen Erfordernissen anpassen zu können
und um eine größtmögliche Wirtschaftlichkeit zu erreichen, ist es möglich, den Apparat
in mehrere Stufen beliebig aufzuteilen, wobei jeder Stufe ein anderer Arbeitsdruck
zugeordnet werden kann. In Fig. 3 ist ein solcher Verdampfer mit drei Arbeitsstufen
gezeigt.
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Bei der gezeigten Ausführung tritt die Flüssigkeit bei 11 in die
erste Stufe ein, wird durch den Verteiler 12 auf die Heizfläche 13 aufgebracht und
mittels Schnecke 14 nach unten bewegt. Die vorkonzentrierte Flüssigkeit sammelt
sich in dem Ring 15. Die erste Stufe ist von der folgenden zweiten Stufe durch den
Boden 16 getrennt, in den eine Stopfbüchse 17 zur Abdichtung der Welle eingesetzt
ist. Die vorkonzentrierte Flüssigkeit tritt über die Leitung 18 mit einstellbarer
Drosselstelle 19 in die zweite Stufe ein, in der ein geringerer Druck als in der
erste Stufe herrscht. Hier wird sie durch Verteiler 20 auf das Rohr 21 aufgebracht
und mittels der Schnecke 22 in den Ring 23 gefördert. Die Trennung der zweiten von
der dritten Stufe erfolgt durch den Boden 24 und die Stopfbüchse 25. Die Überleitung
des Konzentrates zur letzten Stufe erfolgt über die Leitung 26 mit der Drosselstelle
27, den Verteiler 28 in das Rohr 29, wobei die Schnecke 30 das Produkt zum Konzentrataustritt
31 bewegt.
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Die Beheizung der ersten Stufe erfolgt durch einen beliebigen Wärmeträger,
der zwischen dem Rohr 13 und dem Heizmantel 32 hindurchströmt. Die Brüden aus der
ersten Stufe verlassen diese bei 33 und ge langen durch die Leitung 34 in den Raum
zwischen dem Rohr 21 und dem Heizmantel 35, wo sie kondensieren und die zweite Stufe
beheizen. Die Brüden der zweiten Stufe verlassen diese bei 36 und gelangen durch
die Leitung 37 in den Raum zwischen dem Rohr 29 und dem Heizmantel 38, wo sie kondensieren.
Die Brüden aus der dritten Stufe werden entweder am Kopf der Stufe abgezogen und
einem Kondensator zugeführt oder, bei Verwendung einer Hohlwelle, in einem innenliegenden
Kondensator niedergeschlagen.
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Die Beheizung des Verdampfers kann auch so erfolgen, daß der Dampf
im Gegenstrom zur Flüssigkeit strömt.
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Die drei Schnecken 14, 22 und 30 werden durch eine gemeinsame Welle
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als Hohlwelle ausgeführt werden kann. Die auf der Welle angeordneten gegenläufigen
Windungsteile 14', 22', 30' sorgen für eine etwa erwünschte Erhöhung der Verweilzeit
durch Abstreifen der Flüssigkeit im entgegengesetzten Sinn. Außerdem können zur
Erzielung verschiedener Drehzahlen zwischen den einzelnen Stufen Getriebe angeordnet
werden.