DE1928901A1

DE1928901A1 - Waermeaustauscher mit rotierenden Messern

Info

Publication number: DE1928901A1
Application number: DE19691928901
Authority: DE
Inventors: Steinbach Dipl-Ing Gerhard
Original assignee: Schroeder Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Schroeder Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1969-06-06
Publication date: 1970-12-10
Also published as: FR2049732A5; GB1272913A

Description

Steinbach, Gerhard

Wärmeaustauscher mit rotierenden Messern

Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung, Abkühlung oder Kristallisation von Flüssigkeiten und Pasten, die mit fortschreitender Phasenoder chemischer Umwandlung in einen festen oder breiigen Zustand übergehen, oder die zur Beschleunigung des Wärmeaustauschprozesses zweckmäßigerweise einer Rühr- und Schabewirkung durch rotierende Messer ausgesetzt werden sollen. Diese Apparate, deren Zylinder im allgemeinen eine Länge von o,4...1,5 m_a selten darüber, und einen inneren Durchmesser zwischen 6o...2oo mm besitzen, werden in großem Maße in der Verfahrenstechnik, insbesondere verschiedenen Sparten der Lebensmittelverfahrenstechnik, zur Herstellung von Pasten, Margarine, Speiseeis, zum Vorfrieren von Konzentraten und bei der Gefrierkonzentrierung eingesetzt.

Solche Wärmeaustauscher mit rotierenden Messern sind an sich bekannt und in der Patentliteratur mehrfach beschrieben worden (1, 2, 3> ²O. Sie bestehen aus einem meistens waagerecht angeordneten doppelwandigen Zylindern₉ dessen Maitelraum von einem Kühl- oder Heizmedium durchströmt oder damit beaufschlagt wird. Das Produkt wird axial durch den Innenzylinder gepumpt und dabei erwärmt oder gekühlt und durch den Wärmeaustausch und das Rühren eine Veränderung der physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Stoffs, wie Kristallisation, Polymerisation, Emulgation, Abkühlen o.dgl. herbeigeführt.

Als Rührer und Schaber_s die das Produkt in Bewegung halten und dabei vor allem die an dar Zylinderwand gebildete Schicht aus besonders warmen oder kalten oder verfestigten Anteilen zwangsläufig in dan Produktstrom zurückführen, befinden sich im Zylinder rotierend© Messer odei⁰ Schaber. Sie sind auf

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einer in der Zylinderachse befindlichen Welle beweglich angebracht und werden durch Fliehkraft, Federdruck oder durch den Auftrieb, der durch ihren schrägen Anstellwinkel in radialer Richtung entsteht, mit ihrer Schneide gegen die innere Zylinderwand gedrückt. Die Schneide ist im Umdrehungssinne nach vorne gerichtet und schabt das Produkt von der inneren Zylinderwand ab.

Die Rühr- und Schabewirkung ist erwünscht, um bei Umwandlungen, die mit Verfestigung des Produkts verbunden sind, ein Zuwachsen der wärmeaustauschenden Flächen zu vermeiden. Zugleich wird erstarrtes und flüssiges Produkt miteinander vermischt und verknetet. Eine der Voraussetzung für die Herstellung von pastenartigen Erzeugnissen ist, daß das erstarrte Produkt entweder nur eine geringe Festigkeit erzielt oder daß ein Gemisch oder eine Lösung von einem höher- und einem niedrigerschmelzenden oder ein Gemenge eines früher und eines später erstarrenden Stoffes vorliegt. Je größer der Temperaturbereich oder die Zeitspanne ist, in dem das Erstarren stattfindet, umso unproblematischer ist der Betrieb der Apparate. Im ungünstigen Falle bei Vorliegen einer sehr niedrigen Konzentration gelösten Stoffes im Lösungsmittel erstarrt das Produkt in einem sehr engen Intervall und bildet mechanisch sehr widerstandfähige Kristalle aus. Dieser Fall tritt ein beim Gefrieren stark verdünnter wässriger Lösungen, da eine Schicht von fast reinem Wassereis entsteht. Ein Apparat ist denkbar, der so. stabil gebaut ist, daß er eine reine Wassereisschicht zu zerkleinern in der Lage wäre und auf diese Weise ein Eismatsch hergestellt werden könnte. Unter dieser Bedingung würden sich Eiskrusten an den Messern oder Schaber bilden₉ die ständig weiterwachsen und schließlich einen Eiszylinder bilden, der um die ganze Messerwelle reicht. Solche Hohlzylinder wurden beobachtet, sie verhindern eine ordnungsmäßige Arbeitsweise des Wärmeaustauschers, da das frisch zulaufende Produkt nicht mehr an dia. Zylinderwand gelangt,

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sondern sich einen Weg durch den Eiszylinder an der Messerwelle entlang bahnt. Es fließt nahezu unverändert am Austritt des Apparates ins Freie.

Man bekämpft diese Eisbildung, oder allgemein, das Ansetzen verfestigten Produkts durch Steigerung der Drehzahl der Messerwelle, durch besondere Ausbidlung der Messer mit verstärkter Mischwirkung, durch Behd^ezen der Messer und der Messerwelle, durch Verdickung der Messerwelle, die zusätzlich mit Abflachungen versehen wird und durch Verlagerung der Messerwelle aus der Mitte des Zylinders. Der Erfolg der Maßnahmen wird teilweise durch Nachteile, wie ungünstige Konstruktion und unerwünschte Wärmezufuhr erkauft. In vielen Fällen reichen sie nicht aus, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Die Erfindung besteht darin, den Kühlzylinder (1) des Apparats nicht, wie bisher, mit rundem,sondern ovalem Querschnitt auszuführen (Bild 1). Seine Eigenschaft, im mathematischen Sinne ein Prisma zu sein, bleibt dem Zylinder dabei erhalten. Geradkantige, parallel zur Welle verschiebliche Messer (2) liegen in jeder Drehstellung der Welle (3) in ganzer Länge an der Zylinderwand (1) an, umgekehrt wird ein gerades derartiges Messer nach wie vor die ganze Fläche des Innenzylinders bestreichen können. Um dem ovalen Querschnittsprofil des Zylinders mit den Durchmessern d₁ und dp folgen zu können, muß jedoch das Messer ständig seinen Anstellwinkel (of) (Bild 2) relativ zur Zylinderwand und zur Messerwelle verändern. Bei üblichen Drehzahlen bis zu 1000 Umdrehungen je Minute wirkt sich das, von der Messerwelle aus gesehen, als ein intensives Vibrieren des Messers aus, das eine Knetwirkung auf das Produkt, insbesondere bei beginnender Kristallisation und Anwachsen an das oder die Messer, ausübt. Grobe Eisstrukturen werden zerstört, kleine, schwimmende Kristalle hingegen nicht oder kaum beeinflußt, da Kräfte auf schwimmende Teilchen nicht .durch die FlÜssig-

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keit vermittelt werden können. Es treten hauptsächlich vier erwünschte Wirkungen auf:

1. Die Messer bleiben relativ zur Welle beweglich, da das ständige Vibrieren kein Anfrieren erlaubt.

2. Ein eventuell noch vorhandener Eis- oder Kristallansatz an den Messern bleibt gering, ganz bestimmt bildet sich kein zusammenhängender Eiszylinder im Innern des Kühlzylinders aus.

3. Die Mischwirkung der Messer wird erheblich verstärkt. Nester schlecht vermischten Produkts zwischen Messer und Welle werden ausgeräumt, und Zusammenballungen von Kristallen durch das Plattern der Messer zerschlagen.

4. Bei symmetrischer Ausführung des Zylinders und der Messerwelle werden Schwingungen der Messer kompensiert und nicht nach außen übertragen.

Die Anfertigung des ovalen Zylinders oder der Büchse ist kaum schwieriger als die eines kreisrunden Zylinders. Ein Beispiel soll darlegen, wie ein derartiger ovaler Zylinder hergestellt werden kann. Ein Rohzylinder wird zunächst durch Drehen und Schleifen innen fertigbearbeitet, und zwar wird der Innendurchmesser des noch runden Zylinders etwa 2 - 4 mm größer als der einer zylindrischen Büchse für den gleichen Apparat gemacht. Nach der Fertigbearbeitung der Innenseite des Zylinders, der meistens aus besonders hartem und verschleißfestem Stahl gefertigt ist, der zusätzlich gegen Korrosion und Verschleiß innen verchromt werden kann, wird die Büchse unter einer Presse zwischen zwei planparallelen Druckplatten oval verformt. Die kleinere Achse des Ovals, gleichbedeutend mit dem kleinsten Durchmesser d₂ der verformten Büchse, soll nach der Verformung den Durchmesser einer zylindrischen Büchse für denselben Apparat erreichen. Wird der Innendurchmesser

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der noch runden Büchse, wie angegeben, um 2 - 4 mm größer als der Durchmesser einer üblichen runden Büchse gewählt, ist der größte Durchmesser d^^ der ovalen Büchse nach der Verformung in Richtung der längeren Achse des Ovals etwa 4 - 8 mm größer als einer zylindrischen Ausführung. Die
innen ovale Büchse wird nun auf einer Drehbank außen genau wie eine zylindrische Büchse bearbeitet und kann daher ohne weiteres eine zylindrische Büchse ersetzen oder gegen eine solche ausgetauscht werden.

Auf völlig gleiche Weiee läßt sich eine unrunde Büchse,
die nicht 2, sondern 3 oder mehr Abflachungen besitzt,
durch mehrfaches Pressen oder entsprechende Druckrichtungen beim Pressen herstellen.

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Claims

¹ 19ZB901

Patentansprüche

/ 1. Eu schützen sind an sich bekannte Wärmeaustauscher mit ly'rotierenden Messern , dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Produkt in Berührung stehende und von den Messern bestrichene zur Messerwelle konzentrische Innenzylinder mit unrundem prismatischen Querschnitt ausgeführt wird.

2. Zu schützen sind Wärmeaustauscher nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet j daß der Innenzylinder geometrisch ein annähernd elliptisches Prisma bildet.

3. Zu schützen sind Wärmeaustauscher nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder einen unrunden Hohlzylinder mit mehr als zwei Abllachungen darstellt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

DAS 1.269.145

US Pat. 1.376.016

DAS 1.119.885

Brit.Pat. 889.657

Karlsruhe, den 4.6.1969

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