DE1161852B - Thin film evaporator - Google Patents

Description

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.Thin-film evaporator The invention relates to a thin-film evaporator, which should enable the particles of the liquid to be evaporated to be precisely defined dwell time largely independent of the physical data of the relevant Grant liquid. This is to be achieved with the help of stripping means, which inevitably convey the liquid film over the heated surface.

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. Evaporator types are known that work on the principle of falling Filmes work and that allow liquids up to very high concentrations to evaporate. There are also devices known in which stirrers in the evaporator tube are arranged for the purpose of mechanically placing a thin liquid film on the heating surface to generate, with very large heat transfer coefficients due to the turbulence of the boundary layer can be achieved. In a known type of this evaporator, an agitator shaft is used used with agitator blades, which are placed helically at an angle to the agitator shaft can be and the outer edge extends at a small distance from the jacket of the pipe. Among other things, four agitator blades are provided, which form a blade star and are parallel to the longitudinal axis of the apparatus for part of their length.

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. While with pure evaporation according to the principle of the falling film only those substances can be successfully evaporated that do not have a solid residue form, it is possible with the help of the stirring device to evaporate liquids, the evaporation products of which are pastes, as the stirring effect causes them to settle of crusts on the heating surface is avoided.

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. A design of an evaporator that works on the principle of falling Filmes works, but sees an inner tube concentric to the evaporator tube and a fixed screw in the annular gap between the inner tube and the evaporator tube before.

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.This forces the liquid to follow a helical shape Expire train. In fact, this results in a longer residence time for the liquid achieved. On the other hand, a considerable amount of the liquid runs in this type of construction not as a film on the heated evaporator tube, but along the built-in Snail off.

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. The mentioned types have the disadvantage that the dwell time of the liquid particles in the evaporator or on the heating surface is not predetermined can be. Rather, the dwell time depends on the nature of the wetted parts Surface and the physical data of the steaming original liquid also of their constant change during the evaporation process as a result of the steadily increasing concentration. It is irrelevant here whether the liquid particles flow down a vertical wall in a straight path, as is usually the case is the case with evaporators based on the principle of the falling film, or whether through helical internals or the liquid particles by using a stirrer a helical path is imposed. Because the residence time of the liquid particles cannot be fixed on the heating surface, require such types of evaporator careful temperature control and, in particular, compliance with low temperature differences between the heating medium and the liquid to be evaporated.

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. The invention is based on these disadvantages of the known Eliminate thin film evaporator that the particles to be evaporated Liquid has a defined residence time largely independent of the physical Data of the liquid in question is granted by the liquid film inevitably ge over the heated surface by suitable wiping means is promoted.

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. According to the invention, the screw conveyor is partially interrupted executed, with parts of the windings running in opposite directions at the interrupted points Incline are provided. This measure enables a given Provide the liquid particles with a delay or even a movement in the opposite direction to grant and thereby increase the residence time.

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. Further features of the device according to the invention emerge from the description of the drawings, in which three embodiments of the device are shown. In the drawings shows Fig. 1 is a vertical section a simple embodiment of the evaporator device according to the invention, Fig. 2 shows a partial section of another embodiment, FIG. 3 shows a vertical section a third embodiment of an evaporator.

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. The in F i g. 1 shown evaporator consists of a vertical standing, from the outside with any heat transfer medium heated pipe 1, the inner Surface is exactly circular.

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.The heating jacket 2 is used to guide the heat transfer medium, which is either as shown in the drawing, made in one piece or in any many and long pieces of heating jacket can be divided; this measure serves the Purpose, in the individual evaporation sections in adaptation to the properties of the the goods to be processed to work with different heating medium temperatures. the The tube 1 can of course also be heated electrically, with the electrical Heating, in turn, can be divided into any number of stages.

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. The tube 1 contains a screw 3, which is introduced at 4 and with the aid of the distributor 5 applied to the inner wall of the pipe 1 liquid transported to the lower end of the tube, where the outlet through nozzle 6 of the concentrate takes place.

Die Brüden werden entlang den Windungen der Schnecke nach oben geführt und durch den Stutzen 7 zum Kondensator geleitet.The vapors are carried upwards along the turns of the screw and passed through the nozzle 7 to the condenser.

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. The transport speed of the substance to be evaporated is determined by the speed and determined by the pitch of the screw. With the help of these two Freely selectable sizes make it possible to adapt the vaporizer individually to every need and adjust to the optimal conditions of the goods to be processed. Included can be due to the changing nature of the substance to be evaporated during the work process be met by the fact that the speed with which it passes over the heating surface is moved, is varied by changing the pitch of the screw. The snail is executed for this purpose with interruptions in places, and at the interruptions turn parts 3 'are arranged with an opposite slope, so that the liquid is moved in the fitting step over the heating surface, whereby on a certain selected Heating surface section a longer residence time can be achieved.

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. The effect of the inevitable transport over the heating surface can Achieved both with a stationary pipe by turning the screw and thereby be that instead of the screw 3, the tube 1 is set in rotating motion or that both move in opposite directions of rotation, or finally by that both rotate in the same direction, but at different speeds.

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. The in F i g. 2 embodiment provides that the screw 8 is applied with partially opposing turns 8 'on a tube. This with the screw 8 rotating tube 9 can be heated from the inside, the Heat by radiation on the liquid film on the inner wall of the pipe is transmitted. Instead, however, a condenser can be built into the tube 9 to put down the vapors in the shortest possible way. To the passage of the Must vapors then the tube 9 may be provided with holes or breakthroughs 10.

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. In order to be able to adapt the thin film evaporator to all requirements and in order to achieve the greatest possible economy, it is possible to use the apparatus can be divided into several stages as required, with each stage having a different working pressure can be assigned. In Fig. 3 is such an evaporator with three working stages shown.

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. In the embodiment shown, the liquid enters the at 11 first stage, is applied through the distributor 12 to the heating surface 13 and moved downwards by means of a screw 14. The pre-concentrated liquid collects itself in the ring 15. The first stage is followed by the second stage through the Separated bottom 16, in which a stuffing box 17 is used to seal the shaft is. The pre-concentrated liquid passes through line 18 with adjustable Throttle point 19 in the second stage, in which a lower pressure than in the first stage prevails. Here it is applied to the pipe 21 through the manifold 20 and conveyed into the ring 23 by means of the screw 22. The separation of the second from the third stage takes place through the bottom 24 and the stuffing box 25. The transition of the concentrate to the last stage takes place via line 26 with the throttle point 27, the distributor 28 into the pipe 29, whereby the screw 30 exits the product to the concentrate 31 moves.

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. The first stage is heated by any heat transfer medium, which flows through between the pipe 13 and the heating jacket 32. The vapors from the first stage leave this at 33 and ge long through line 34 into the room between the pipe 21 and the heating jacket 35 where they condense and the second stage heat. The vapors from the second stage leave this at 36 and pass through the line 37 into the space between the pipe 29 and the heating jacket 38, where they condense. The vapors from the third stage are either drawn off at the top of the stage and fed to a capacitor or, if a hollow shaft is used, in an internal one Condenser knocked down.

Die Beheizung des Verdampfers kann auch so erfolgen, daß der Dampf im Gegenstrom zur Flüssigkeit strömt. The evaporator can also be heated in such a way that the steam flows in countercurrent to the liquid.

Die drei Schnecken 14, 22 und 30 werden durch eine gemeinsame Welle 39 angetrieben, die erforderlichenfalls zur Durchleitung von Kühl- oder Heizmedien 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. The three augers 14, 22 and 30 are driven by a common shaft 39 driven, if necessary for the passage of cooling or heating media can be designed as a hollow shaft. The counter-rotating ones arranged on the shaft Winding parts 14 ', 22', 30 'ensure that the dwell time is increased, if desired by stripping the liquid in the opposite sense. You can also use the Achievement of different speeds between the individual stages gear arranged will.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Dünnschichtverdampfer mit einer sich drehenden Förderschnecke, d a du r c h g e -kennzeichnet, daß die Schnecke (3, 8) teilweise unterbrochen ausgeführt ist, wobei an den unterbrochenen Stellen Windungsteile (3', 8E) mit gegenläufiger Steigung vorgesehen sind. Claims: 1. Thin film evaporator with a rotating Conveyor screw, which indicates that the screw (3, 8) is partially is carried out interrupted, with parts of the windings (3 ', 8E) are provided with an opposite slope. 2. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (8) auf einem von einem Wärmeträger durchströmten Rohr (9) aufgebracht ist. 2. Thin film evaporator according to claim 1, characterized in that that the screw (8) on one flowed through by a heat transfer medium Tube (9) is applied. 3. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (8) auf einem mit Ausschnitten (10) versehenen Rohr (9) aufgebracht ist, in dem sich ein Kondensator zum Niederschlagen der Brüden befindet. 3. Thin film evaporator according to claim 2, characterized in that that the screw (8) is mounted on a tube (9) provided with cutouts (10) is, in which there is a condenser for precipitating the vapors. 4. Dünnschichtverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer durch Einbau von Trennböden (16,24) in Eindampfstufen mit verschiedenem Arbeitsdruck aufgeteilt ist und jede Stufe eine von einer gemeinsamen Welle (39) angetriebene Schnecke (14, 22, 30) enthält, wobei die Rohrschüsse (13, 21, 29) der einzelnen Stufen und die zugehörigen Schnecken gegebenenfalls verschie denen Querschnitt besitzen. 4. Thin film evaporator according to claims 1 to 3, characterized in that that the evaporator by installing partitions (16,24) in evaporation stages with different Working pressure is divided and each stage is one of a common shaft (39) powered Contains screw (14, 22, 30), the pipe sections (13, 21, 29) of the individual stages and the associated screws, if necessary, different cross-sections own. 5. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Rohrleitungen (34, 37), die den Brüdenraum einer Verdampferstufe jeweils mit dem Heizmantel (35,38) der der nachgeschalteten Verdampferstufe verbinden. 5. Thin film evaporator according to claim 4, characterized by pipelines (34, 37), which each have the vapor space of an evaporator stage with the heating jacket (35,38) that of the downstream evaporator stage. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 282725; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 721245. Publications considered: Swiss patent specification No. 282725; German utility model No. 1 721245.