DE2013462A1 - Dunnschichtapparat - Google Patents

Description

LUW-A AG, - Zürich

(Schweiz)

Dünnschichtapparat

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtapparat zum Behandeln von fliessfähigem Material mit einer im wesentlichen senkrecht angeordneten, rotatioiissymmetrischen Behandlungskammer, deren zylindrischer Wandteil einen Eintrittsstutzen zum Einführen des zu behandelnden Materials aufweist, und einem koaxial in der Behandlungskammer.angeordneten Rotor, wobei dem Eintrittsstutzen ein konzentrisch auf dem Rotor befestigter, im Durchmesser gegenüber der Behandlungskammerwand gegen die Rotorachse zurückgesetzter Verteilring zugeordnet ist, an dessem oberen und unterem Ende je eine ringförmige Scheibe

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angeordnet ist, welche den durch den Verteilring und die Behandlungskammerwand teilweise begrenzten Raum in achsialer Richtung begrenzen und mit diesen einen Raum zur Aufnahme und zum Verteilen des in die Behandlungskammer eingeführten Materials bilden.

Es ist schon ein Dünnschichtapparat bekannt geworden, in •dessen rotationssymmetrischer, annähernd senkrecht angeordneter Behandlungskammer koaxial ein Rotor vorgesehen ist, der zur Verstreichung des zu behandelnden Materials auf die Innenwand der Behandlungskammer eine Mehrzahl von achsial verlaufenden, sich radial bis gegen die Innenwand erstreckenden Wischerblättern aufweist. Gegenüber dem am oberen Ende der Behandlungskammer im zylindrischen Kammerwandteil vorgesehenen Eintrittsstutzen des Materials ist auf dem Rotor ein gegen die Rotorachse zurückgesetzter Verteilring angeordnet, an dessen axialen Enden je eine ringförmige Scheibe befestigt ist. Der Verteilring bildet zusammen mit den Scheiben und der Behandlungswand einen Ringraum zur Aufnahme des in die Behandlungskammer eingeführten Materials. Sobald das entlang der äusseren Wand des Verteilringes nach unten fliessende Material die das untere Ende des Verteilringes begrenzende, ringförmige Scheibe erreicht, wird dieses von der Scheibe erfasst und gegen die Behandlungswand geschleudert. Zwischen der durch die Innenwand der Behandlungskammer und die äussere Kante der ringförmigen ocheibe gebildeten Oeffnung fliesst das Material entlang der Behandlungskammerinnenwand gegen den Austrittsstutzen.

Dieser Verteilring hat den Nachteil, dass das Material, das beim Eintritt in die beheizte Behandlungskammer durch den

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plötzlichen Wärmeeinfluss rasch expandiert, d.h. einer Flash-Wirkung ausgesetzt ist, durch den von der Behandlungswand und den ringförmigen Scheiben gebildeten Spalt in den oberhalb des Verteilringes angeordneten Brüdenraum dringt. Die abziehenden Brüden werden dabei unnötigerweise mit Tropfen des in der Behandlungskammer eingeführten Materials beladen. Weiterhin wurde festgestellt, dass der Verteilring das Material nicht auf dem ganzen Umfang der Behandlungswand gleichmässig zu verstreichen vermag, wodurch die Behandlungswand erst nach einer bestimmten Distanz vom Verteilring auf dem ganzen Umfang vollständig benetzt wird. Durch die obgenannten Nachteile geht zusammen mit dem Brüdenstrom nicht nur wertvolles, zu behandelndes Material verloren, sondern es tritt durch die ungenügende Verteilung des Materials auch noch eine unvollständige Ausnutzung der nutzbaren Wärmebehandlungsfläche ein. Diese beiden Nachteile verteuern die Wärmebehandlung des Materials wesentlich,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, pbgenannte Nachteile zu beheben. Zrfinduiigsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass am Verteilring parallel und im Abstand zu dessen oberer Scheibe eine in den Durchmessern mit dieser annähernd übereinstimmende mittlere Scheibe befestigt ist, und dass am Verteilring eine Mehrzahl axial verlaufende, sich radial bis gegen die Behandlungskammerwarid erstreckende Flügelteile angeordnet sind, die, von der unteren Scheibe ausgehend, in achsialer .Richtung gesehen, im Abstand von- der mittleren Scheibe enden.

Es ist zwar schon bekannt, in Dünnschichtverdampfern mit " innenliegendem Rotor einen rotationssymme.trAschen Verteilring dazu zu benutzen, das in die Behandlunjiskammer eintretende

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§AD ORtGINAi.,

Material auf die Innenwand der Behandlungskammer zu verteilen. Auch werden Rotorflügel dazu benutzt, das Material gleichmässig auf der Innenwand der Behändlungskammer zu verstreichen. Beide obgenannten Verrichtimgaa konnten jedoch nicht befriedigen, da eier einem Bintritteetutzen zugeordnete Verteilring das in die Behandlungskaramer eintretende Material nicht im gewünschten Kasse auf der Behändlungswand zu verstreichen vermochte, während die Anwendung von Verteilflügeln direkt vor der Eintritteöffnung darum nicht befriedigen konnte, weil einerseits eine erhöhte Schaum- und Spritzerbildung in der Brüdenkammer und andererseits eine grosse erosive Abnutzung der Verteilflügel festgestellt wurde.

Eine gleichmässigere Verteilung des Materials durch die erfindungsgemässe Vorrichtung unmittelbar unterhalb des Verteilringes ist auf den ungehinderten Eintritt des Materials in den Verteilring und die unmittelbar darauffolgende Erfassung desselben durch die Flügelteile am Verteilring zurückzuführen. Die durch die drehenden Flügelteile in Urafangsrichtung auf das Material ausgeübte Stauwirkung erzeugt zwischen den Flügelteilen und dem Material grössere Reibungskräfte, wodurch bei gleichen Zentrifugalkräften beim erfindungsgemässen Verteilring ein grösserer Zeitaufwand notwendig ist als bei den bisher bekannten Konstruktionen, um das Material auf die " Behandlungswand zu schleudern. Diese Zeitverschiebung erlaubt es, das Material schon im Bereich des Verteilringes gleichmassig auf den ganzen Umfang der Behändlungswand aufzutragen.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schercatisch im Aufriss einen Dünnschichtverdampfer mit dem Verteilring,

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Fig. 2 zeigt im vergröaserten Masstab den Verteilring nach

In Fig» 1 ist mit 10 generell ein senkrecht angeordneter DünnsGhichtverdampfer bezeichnet. Der Dünnschichtverdampfer 10 weist eine rotationssymmetrische Behandlungskaramer 12 auf, die durch einen heiz- bzw. kühlbaren Mantel 14 umschlossen ist. Am oberen Ende der Behandlungskammer 12 ist ein. im Durchmesser annähernd mit der Behandlungskammer12übereinstimmender Brüdenraum 16 angeordnet, dessen fire'iats oberes Ende durch einen Deekel 18 abgedeckt wird. Das untere Ende der Behandlungskammer 12 ist Mt einem konisch ausgebildeten Austrittsatutzen 20 abgeschlossen. Unmittelbar unterhalb des Brüdenraumes 16 ist im Mantel der Behandlungskammer 12 ein Eintrittsstutzen 22 angeordnet. Ebenso ist im Mantel des Brüdenraumes 16 ein Brüdenaustrittsstutaen 24 vorgesehen.

In der Behandlungskammer 12 sowie im Brüdenraum 16 ist koaxial ein mit 30 bezeichneter Rotor angeordnet. Der Rotor 30 weist einen zentralen Rohrteil 32 auf, an dessen Enden die Wellenstummel 36 und 38 befestigt sind. Während der Wellenstummel 36 in einem im Deckel 18 angeordneten Lager 40 drehbar gelagert ist, stützt sich der untere Wellenstummel 38 in einem im Austrittsstutzen 20 durch eine Mehrzahl von Stegen 46 gehaltenen Lager 42 ab. Der obere Wellenstummel 36 ist mit einem Antriebsmotor 44 verbunden. Am Rohrteil 32 sind eine Mehrzahl axial verlaufender, radial bis in die Nähe der Behandlungswand reichender Flügel 34 befestigt.

Im Bereich des Eintrittsstutzens 22· ist am Rotor 30 ein generell mit 50 bezeichneter Verteilring vorgesehen (Fig. 2). Der Verteilring 50 weist ein koaxial zum Rotor angeordnetes ' Rohrstück 52 auf, dessen Durchmesser gegenüber dem RotordurchiBesseT' gegen das Zentrum zurückgesetzt ist. Die Enden des Rohretückes 52 sind mit Ringscheiben 54, 60 begrenzt,

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wobei die Innendurchmesser der Scheiben 54, 60 annähernd mit dem Durchmesser des Rohrstückes 52 übereinstimmen. Die den äusseren Umfang der Scheiben 54» 60 begrenzenden Kanten verlaufen ihrerseits in der Nähe der Innenwand der Behandlungskammer 12 und lassen zwischen der Behandlungswand und den Scheiben 54, 60 je einen Spalt 70, 72 frei. Parallel und im Abstand zum oberen Ring 54 ist am Rohrstück 52 koaxial eine mittlere Ringscheibe 56 angeordnet, deren Masse mit denjenigen der Ringscheiben 54, 60 annähernd übereinstimmen. Die Ringscheiben 54 und 56 begrenzen teilweise zusammen mit der Wand der Behandlungskammer 12 und dem Rohrstück 52 einen Expansion3raum 64. Am unteren Teil des Rohrstückes 52 sind eine Mehrzahl von axial verlaufenden, sich radial bis in die Nähe der Innenwand der Behandlungskammer erstreckenden Flügelteilen 62 befestigt. Von der unteren Scheibe 60 ausgehend, an welche sich die unteren, radial verlaufenden Kanten der Flügelteile 62 anlehnen, erstrecken sich die Flügelteile 62 axial gegen die mittlere Ringscheibe 56, wo sie im Abstand zu dieser enden. Die Flügelteile 62 bilden zusammen mit der unteren Scheibe 60 und dem Rohrstück 52 eine Verteilkammer 63. Der Raum zwischen den mittleren Ringscheibe und den Oberkanten der Flügelteile 62 wird als Ringraum 66 bezeichnet, dessen Bedeutung später erläutert wird. Vorteilhafterweise wird der Verteilring 50 so unterteilt, dass die achsiale Ausdehnung des Expansionsraumes 64, des diesem anschliessenden Ringraume3 66, sowie des Verteil- kammerabschnittes 63 unter sich annähernd gleich ist. Zudem ist es von Bedeutung, dass die achsiale Ausdehnung dea Ringraumes 66 annähernd mit der Weite des Eintrittsstutzens 22 übereinstimmt und dass die Oberkanten der Flügelteile 62 mit dem untersten Wendepunkt der Wandkrümmung. des Eintrittsstutzens 22 in einer horizontal Terlaufenden Fluchtlinie liegen.

Im Betrieb des Dünnschiohtverdampfers 10 wird der Rotor 30 durch den Antriebsmotor 44 in eine Drehbewegung versetzt.

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Gleichzeitig wird der Mantel 14 je nach Bedarf durch ein wärmetragendes Medium beheizt, oder aber zur !üifelung der Behandlungskammer 12 mit einem-kühlenden Meäiiam gespiesen. Beim Eintritt in.die Behaadlungskammer 12 gelaugt das zu behandelnden Material in den Riiagraum 66 des Verteilringes 50. Das Material staut sich in der. Eintritt sz one des Ringraumes 66 auf ,wobei es durch Me mittlere Ringscheibe 56 am Eindringen in den Expansionsraum 64 gehindert wird* Sollte durch eine allzu rascheErwärmung das Material in einem solchen Masse expandieren* dass es durch den Spalt 72 in die Expansionskammer 64 eindringt, wird das meistens als Schaum in diese eingedrungene Material auf die den Raum 64 begrenzenden Wände abgelagert, um hernach wieder auf die Behandlungswand zurückgeworfen zu. werden. Durch Einwirkung der Gravitation gelangt das Material wieder in den Ringraum 6.6.

Das im Ringraum. 66 angesammelte" Material fliesst gegen die untere Ringscheibe 60. Das Material dringt in die Verteilkammern 63 und wird dort von den Flügelteilen 62 in Unifangsrichtung des Rotors 30 mitgerissen. Bei der Rotation des Verteilringes 50 wird das Material durch die Zentrifugalkräfte aus den Verteilkammern 63 auf die Innenwand der Behandlungskammer 12 geschleudert, Die bei der Rotation des Rotors 30 zwischen den F-lügelteilsn ?0 und dem Material entstandenen Reibungskräfte haben auf den Zeitpunkt des Wegschleuderns des Materials eine verzögernde Wirkung, derart, dass die letzten Materialteile praktisch erst nach einer vollen Umdrehung des Rotors 30 von diesem weggeschleudert werden. Durch diese Verzögerung wird erreicht, dass das Material unmittelbar unter dem Verteilring 50 gleichmässig auf den ganzen Umfang der Innenwand der Behandlungskammer verteilt wird und dadurch eine bessere Benetzung der verfügbaren Behandlungsfläche gewährleistet wird. Das auf die Innenwand der Behandlungskammer 12 geschleuderte Material fliesst durch den Spalt 70 in die Behandlungskanmier 12. Die Flügel 34 verstreichen das Material in dünner Schicht auf die

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Innenwand der Behandlungskammer 12, von wo es durch die Einwirkung der Gravitation gegen den Austrittsstutzen 20 fliesst.

Die im Ringraum 66 entstandenen Dämpfe gelangen durch den Spalt 72 in den Bridenraum 16, wobei sie vorerst im Expansionsraum 64 expandieren und dabei etwelche mitgerissene Tropfen auf die Wand des Rohrstückes 52 abscheiden. Die Ringscheiben 54, 56 schleudern die Tropfen wieder auf die Innenwand der Behandlungskammer 12. Die in der Behandlungskammer 12 entstandenen Dämpfe strömen durch den durch das Rohrstück 52 frei gelassenen Raum (Pfeil 65) gegen den Brüdenraum 16, wo auf bekannte Art und Weise der Dampfstrom von mitgerissenen Flüssigkeitstropfen befreit wird. Der so gereinigte Dampfstrom gelangt über den Brüdenaustrittsstutzen 24 in z.B. einen nicht dargestellten Kondensator.

Das in der Behandlungskammer 12 behandelte Material wird über den Austrittsstutzen 20 je nach Bedarf z.B. in einen nicht dargestellten Behälter geführt.

Der erfinäungsgemässe Dünnschichtverdampfer 10 hat gegenüber den bisher bekannten, gleichartigen Apparaturen den Vorteil, dass der im Verdampfer 10 angeordnete Verteilring 50 eine bessere Verteilung des zu behandelnden Materials auf der Innenwand der Behandlungskammer 12 unmittelbar unter dem Eintrittsstutzen 22 des Verdampfers 10 gewährleistet. Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird eine erhöhte Ausnutzung der nutzbaren Behandlungsfläche erreicht, wodurch z.B. eine Verminderung der Herstellungskosten eines Produktes erreicht wird.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Dünnschichtapparat zum Behandeln von fliessfähigem Material mit einer im wesentlichen senkrecht angeordneten, rotationssymmetrischen Behandlungskammer, deren zylindrischer Wandteil einen Eintrittsstutzen zum Einführen des zu behandelnden Materials aufweist, und einem koaxial in der Behandlungskammer angeordneten Rotor, wobei dem Eintrittsstutzen ein konzentrisch auf dem Rotor befestigter, im Durchmesser gegenüber der Behandlungskammerwand gegen die Rotorachse zurückgesetzter Verteilring zugeordnet ist, an dessem oberem und unterem Ende je eine ringförmige Scheibe angeordnet ist, welche den durch den Verteilring und die Behandlungskammerwand teilweise begrenzten Raum in axialer Richtung begrenzen, und mit diesen einen Raum zur Aufnahme und zum Verteilen des in die Behandlungskammer eingeführten Materials bilden, dadurch gekennzeichnet, dass am Verteilring parallel und im Abstand zur oberen Scheibe eine in den Durchmessern mit dieser annähernd übereinstimmende mittlere Scheibe befestigt ist, und dass am Verteilring eine Mehrzahl axial verlaufende, sich radial bis gegen die Behandlungskammerwand erstreckende Flügelteile angeordnet sind, die von der unteren Scheibe ausgehend in axialer Richtung gesehen im Abstand von der mittleren Scheibe enden..
2. 2. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der oberen und der mittleren Scheibe, sowie die Länge der Flügelteile annähernd gleich dem Abstand zwischen der mittleren Scheibe und den dieser zugewandten Enden der Flügelteile ist.

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3. 3. Dünnschichtapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der mittleren Scheibe und den dieser zugewandten Enden der Flügelteile annähernd der lichten Weite des Eintrittsstutzens entspricht.
4. 4. Dünnschichtapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der mittleren Scheibe zugewandten Kanten der Flügelteile mit dem untersten Wendepunkt der Wandkrümraung des Eintrittsstutzens in der Horizontalen fluchten.

   Spf/Lh/FS/ll.toärz 1970

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