DE2114710A1

DE2114710A1 - Verfahren und Einrichtung fur Eindampfungszwecke

Info

Publication number: DE2114710A1
Application number: DE19712114710
Authority: DE
Inventors: Gabor Dipl Ing Budapest Racz
Original assignee: Lang, Gepgyar, Budapest
Priority date: 1970-04-02
Filing date: 1971-03-22
Publication date: 1971-10-14
Also published as: BG17280A3; GB1347354A; IT1030012B; YU34840B; YU78171A; RO63613A; FR2092549A5

Description

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Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Meissner
Dipl.-Ing. I-!. Tischer

Berlin 33 (Grunewald)

₂₂T,885_e03

152-156 MITfi. CTOPGYAP, Budap^t ΐΙΙΙ., Vaci-ut #g / 3_^_J*_AJL3.

VERPAHREN UND EINRICHTUNG FÜR EINDAMPFUNG3ZWECKE

Die Erfindung betrifft ein Eindampfverfahren und einen zur Durchführung dea Verfahrens dienenden, stehenden Hohrbündel-Verdampfer, welcher in der chemischen und Lebensmittelindustrie zur Konzentrierung von Säften und Lösungen, wie z.B. von Tomatensaft, Apfelsaft, Most, Dattelsaft, Zuckersaft, sowie von Rückflußlauge in der Tonerdeindustrie und von Ablauge in der Papierindustrie, usw. geeignet ist. Bekanntlich ist die meist verbreitete Methode des

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Eindampfens, daß der Stoff während des Eindampfenü in zwischen Rohrbünde!wände eingebauten, geheizten, stehenden d.h. vertikalen - Rohren thermisch oder mit Hilfe einer Pumpe - unter fortlaufender Zufuhr und Entnahme - im Kreialauf gehalten wird. Die mit Zirkulation arbeitenden Verfahren haben den Vorteil, daß aie auf Bedienungsfehler, auf die zeitweilige Unterbrechung der Zu- und Abfuhr der Lösung nicht empfindlich und auch zur Erzeugung stark viskoser Konzentrate geeignet sind. Die bekannten Zirkulationaverfahren haben den großen Nachteil, daß unter der Wirkung des Kreiaumlaufes die in der Eindampfvorrichtung befindliche, gesamte Saftmenge vermischt wird, wodurch die Konzentration der im Verdampfer befindlichen, gesamten Saftmenge mit der Konzentration der abgeführten Saftmenge nahezu identisch ist.

Bei jedem Stoff wächst die Viskosität mit der Zunahme der Konzentration, verringert aich die Geschwindigkeit der Zirkulation, verschlechtert sich der Wärmedurchgangsfak— tor und infolgedessen sinkt der Wirkungsgrad des Verdampfers in bedeutendem Maße. Unter der Wirkung der Vermischung ist die Eindampfdauer des Stoffes lang, was bei jedem organischen Stoff schädlich ist.

Bei den bekannten Verfahren wird das obige Problem bei der Erzeugung einea atark viakoaen Endproduktes derweise gelöst, daß für die Dampfstufe mehrere, meistens 2-4 kleinere Verdampfer angewandt werden. Diese auf der Saftseite in Reihe geachalteten Verdampfer haben den Nachteil, daß ihre Schaltung kompliziert, ihre Bedienung schwerfällig ist, ferner daß sie Umspeisepumpen und eine kostspielige Automatik: erfordern und von bedeutendem Raumbedarf sind.

Die Erfindung hat die Aufgabe, im Laufe der* Eindampfens die. Saftvermiachung mittels einfacher Mittel zu beschränken, den Wirkungsgrad zu erhöhen, um die Verweilzeit des Saftea zu verkürzen und eine höhere Endkonzentration zu erzielen.

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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird im Verdampfer eine 3ekundärströmung hervorgerufen. In Verdampfern mit stehendem Rohrbündel wird der Stoff - durch radiale Lotebenen geleitet - einerseits in konstanter Zirkulation, andererseits im Saftraum des Verdampfers, außerhalb den Rohrbündels, von der Zufuhr- bis zur Abfuhrstelle, unter einem Winkel von nahezu 360°, in Kreisströmung gehalten. Die ZirkulationBBtromlinien werden auf die Achse des Verdampfers kreissymmetrisch, in radialen Lotebenen, in-sich—selbstschließend, zur Achse des Verdampfers näher, in steigender Richtung geführt.

Die Sekundärströmung des Stoffes wird dadurch hervorgerufen, daß der Palistrang der ZirkulationsBtromlinien im Saftraum, unter dem Saftniveau, in der einen Richtung im Kreise herum verbunden wird. Dadurch wird der in den Verdampfer gespeiste Saft, zum Ersatz des verdampften Lösemittels und des abgeführten Dicksaftea, nach dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße, in freier Strömung im Verdampfer im Kreise herumströmen, wobei eine fortlaufende Konzentrierung stattfindet. Das Halten im Kreisumlauf wird - je nach der Viskosität des zirkulierenden Saftes - entweder thermisDh oder mittels Zwangszirkulation durchgeführt.

In Fällen, wo das Ziel des Eindampfens innerhalb des Verdampfers das Erreichen einer hohen Konzentrationsdifferenz ist und ein Produkt hoher Viskosität erzeugt wird, werden zweckmäßig beide Zirkulationsmethoden angewandt. Dem Anstieg der Viskosität entsprechend wird der Stoff, durch die Lotebenen geleitet, im einen Teil des Verdampfers thermisch, im anderen Teil mittels Zwangszirkulation im Kreislauf gehalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird derweise durchgeführt, daß in den Saftraum des stehenden Rohrbündel-Verdampfers - wobei zur fortlaufenden Zirkulation des Saftes die Fallrohre oder der Fallring außen, um den Rohrbündel herum angeordnet sind, - ein radiales Ab3chlußblech, sowie

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radiale Prallbleche e: ngebaut werden. Der einen Seite des Abschlußblechea wird cas Einlaufrohr des Dünnsaftea, seiner anderen Seite die Ableitung·des Konzentrats angeschlossen. An den Prallblechen, mittels welcher der Saftraum des Verdampfers in einzelne Saftstufen geteilt wird, sind außerhalb des Rohrbündel3 im Saftraum, unter dem Saftniveau, Öffnungen zur gesteuerten Strömung des Saftes vorgesehen. Zweckmäßig werden vom Abschlußblech 1 Stück,, und von den Prallblechen - je nach Bestimmung des Verdampfers - 2-9 Stücke angewandt. Das im Saftraum des Verdampfers angewandte, einfache Abschlußblech und die Prallbleche sichern die Sekundärströmung des Saftes, wodurch der Saft im Verdampfer im Kreise herum strömt und bei konstanter Zirkulation stufenweise konzentriert wird. Eine Vermischung gibt es nur innerhalb der mittels der Prallbleche ausgebildeten Saftsektoren.

Erfindungsgemäß werden innerhalb eines Verdampfers der thermische Umlauf und die Zwangszirkulation derweise gelöst) daß die Durchlaßöffnungen an den Prallblechen in dem oberhalb des zentralen Rohrbündels ausgebildeten, oberen Saftraum angebracht, die Prallbleche unter der unteren Rohrbündelwand vollkommen geschlossen ausgebildet und die Umlaufpumpen in die den unteren und oberen Saftraum verbindende Gefälleleitung eingebaut werden. Somit wird in jedem der mittels Prallbleche abgetrennten Saftsektoren eine zweckmäßig nach den zunehmenden Viskositäten gerichtete Zirkulation verschiedener Intensität hervorgerufen.

Die Erfindung soll nachstehend mittels einiger Ausführungsbeispiele, an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt den schematischen Schnitt der ersten Auaführungsform,

Die Fig. 2 zeigt den Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3 ist ein schematischer Längsschnitt der

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aweiten Auafuhrungsform.

Pig, 4 iat ein Schnitt entlang der Linie IV-IT der. Pig. 3.

Pig. 5 iat ein schematiacher Längsschnitt der ditten Aua führungsform.

Identische Referenznummern bezeichnen in der Zeichnun ähnliche Teile.

Der Verdampfer gemäß den Pig. 1 und 2 iat durch einen Mantel 1 und einen Boden 2 begrenzt. Der in die Einrichtung eingebaute Heizkörper mit atehendem Rohrbündel beateht aus der oberen Rohrbündelwand 3» der unteren Rohrbündelwand 4» den Heizrohron 5 und dem Heizkörpermantel 6. Der Verdampfer iat über einen Safteinlaßstutzen 9 bis zum Saftniveau 11 aufgefüllt. Unter der Wirkung dea über einen Dampfstutzen 7 eingeführten Dampfes zirkuliert der Saft thermisch über die Heizrohre 5 und den Pallring 12 auf dem mit einer gestrichelten Linie 13 bezeichneten Stromweg. Unter der Wirkung dea Siedens wird der Saft konzentriert und ea entateht Brüden. Die aufateigenden Brüden werden über einen Destillationsstutzen θ abgeleitet.

Im Saftraum des erfindungsgemäßen Verdampfers werden das Abachlußblech 14 und die Prallbleche 15 angeordnet. Das Prallblech 15 ist im Längsschnitt (Pig. l) in die Hauptebene gedreht dargestellt. Das Abschlußblech 14 iat neben der Rohrbündelwand 3, im Pallring 12 und in dem unter der Hohrbündelwand 4 liegenden Saftraum zusammenhängend ausgeführt. Das Abachlußblech 14 trennt also lückenlos den Saftraum des Verdampfers von der Symmetrieachse bis zum Mantel 1 in Radialrichtung. Die Anordnung und Ausführung der Prallbleche 15 sind ähnlich, wie beim Abechlußblech 14. Ein Unteraohied ist jedoch, daß die Prallbleche 15 in den Pallring 12 nicht eingebaut werden und im Bodenraum durch die Saftdurchlaßöffnungen 16 unterbrochen sind. Das Abachlußblech 14 und die Prallbleche 15 sichern gemeinsam, daß der über den Safteinlaß-Sttitzen 9 eingespeiste Dünneaft

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im 3afträum des Verdampfera, auf dem mit Stromlinien 17 bezeichneten Weg, in Horizontalebene im Kreis strömt und sich fortlaufend konzentriert. Über einen Saftstutzen 10 wird der eingedampfte Dicksaft abgeleitet.

Die beispielsweise erläuterte, erste Konstruktion, vor allem in Ausführung mit kurzen Rohren (0,5 - 1,5 m), eignet sich als Vakuumverdampfer im Safttemperaturbereich von 40 - 80 ⁰C vorteilhaft zum Eindampfen von Säften mittlerer Dichte.

Die prinzipielle Ausführung des Verdampfers gemäß Fig. 3 und 4 iat insofern abweichend von derjenigen des Verdampfers nach Pig. 1 und 2, daß der Fallring 12 mit einem dem Heizkörpermantel 6 angeschlossenen Kegel 18 abgeschlossen wurde, unter dem Kegel 18 im Kreise herum die Fallrohre 19 angeordnet wurden,die im Längsschnitt, in Fig. 3 in die Hauptebene eingedreht dargestellt sind. Oberhalb der oberen Rohrbündelwand 3 wurde auf dem Abschlußblech 14 und den Prallblechen 15 ein drehflächenfb'rmiger Saftverteiler 20 befestigt. Das Ab schließblech 14 und die Prallbleche 15 sind im oberen Saftraum dem Mantel 1, dem Kegel 18, dem Heizkörpermantel 6 und der oberen Rohrbündelwand 3 angeschlossen. An den Prallblechen 15 sind die Saftdurchlaßöffnungen 16 zweckmäßig im oberen Saftraum, beim Anschluß dea Kegels 18 und des Heizkörpermantels 6 angebracht. Das Abschlußblech 14 und die Prallbleche 15 setzen sich Im Bodenraum fort und schließen sich der unteren Rohrbündelwand 4, dem Boden 2 und dem Saftraummantel 21 lückenlos an.

Zur Verwirklichung der Zwangazirkulation wurden die ZwangsUmlaufpumpen 22 in den Fallrohren 19 untergebracht. Den Fig. 3 und 4 gemäß ist der Saftraum des Verdampfers in vier Saftsektoren geteilt. Beispielsweise ist die Zwangsumlaufpumpe 22 in den beiden letzten Sektoren dargestellt, undzwar sind im dritten Sektor 1 Stück und im vierten 2 Stück vorhanden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform iat die Innerhalb des Rohrbündel-Verdampfera verwirk-

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ilichlo, thermische Zwangszirkulation von steigender Intensität bei der Erzeugung von Produkten hoher Konzentration und großer Viskoaität besonders wirtschaftlich.

Die beispielsweise dargestellte, zweite Ausführungsform mit thermischer Zirkulation ist zum Eindampfen von Dünnsäften, und bei Anwendung von thermischer und Zwangszirkulation, zur Erzeugung von Kondensprodukten hoher Konzentration und großer Viskosität vorteilhaft geeignet.

Der Verdampfer gemäß Pig. 5 ist auu der ersten und zweiten beispielsweisen Ausführungsform zu einer aufeinandergebauten Gegenstrom-Konstruktion zusammengesetzt, und zwar derweise, daß der der ersten beispielsweisen Ausführungsforra ähnliche Verdampfer, welcher auf der Saftseite als erste Stufe, und auf der Dampfseite ale zweite Stufe geschaltet ist, oben angeordnet wird. Der unten angeordnete, der zweiten beispielsweiaen Ausführungsform entsprechende Verdampfer bildet auf der Saftseite die zweite, und auf der Dampfseite die erste Stufe. Nach Pig. 5 wird der Brüdenraum des unteren Verdampfers vom Saftraum des oberen Verdampfers durch einen konischen Boden 23 abgetrennt. Der konische Boden 23 schließt sich innen mittela eines Flansches 24 der unteren Hohrbündelwand 4 au, an welcher eine Heizöffnung 25 vorgesehen ist. Die beim unteren Verdampfer erzeugte Brüde wird über die Heizöffnung 25, ohne das Einfügen einer Brüdenleitung, von unten unmittelbar in den Heizraum des oberen Verdampfers geführt. Um den Rückfluß des Kondenswasser zu verhindern, ist über der unteren Rohrbünde !wand 4 ein Wassermantel 26 angeordnet. Oberhalb der oberen Rohrwand 3 ist ein Saftleitungadom 27 gebaut, welchem sich das bereits erwähnte Abachlußblech 14 und das Prallblech 15 anschließen.

Aua der Beschreibung und den Zeichnungen ist es ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die dementsprechende Vorrichtung auf dem weitreichenden Gebiet der Eindampfungsaufgaben äußerst vorteilhaft anwendbar ist. Bei

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jeder Ausführung wird Zirkulation angewandt, welche sichert, daß der Verdampfer auf Bedienungsfehler nicht empfindlich ist und ohne besondere Automatisierung auch durch weniger geschultes Personal bedient werden kann.

Durch die mittels dea im Saftraum des Verdampfers angebrachten Abschlußbleches und der Prallbleche hervorgerufene Sekundärströmung wird das Vermischen des Saftes beschränkt und je nach der Zahl der Prallbleche kommt die Funktion dieser Vorrichtung derjenigen des Verdampfers mit einfachem Durchlauf nahe. Somit wurde unter Beibehaltung der konstanten Zirkulation mittels einfacher Mittel die stufenweise Konzentrierung des Saftes gelöst» infolgedessen sind - je nach den Eindampfungsaufgaben - der Wärmedurchgangsfaktor und damit übereinstimmend der Wirkungsgrad um 10~10a# höher, die Saftverweilzeit um 20-100% kurzer und die erzielbare Saftkonzentration um 10—30% höher bei den erfindungsgemäßen Verdampfern, als bei den bisher bekannten» mit Zirkulation arbeitenden Rohrbündel-Verdampfern·

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren'für Eihdampfüngszwecke in stehenden Rohrbündel-Verdampfern, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfer der Stoff, durch radiale Ebenen gelenkt, einerseits in Vertikalrichtung in konstantem Kreislauf, und andererseits .horizontal, im Saftraum des Verdampfers, außerhalb des Rohrbündels, von der Zufuhr- bis zur Abfuhrstelle fortlaufend in Kreisströmung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zirkulation des Stoffes, durch die radialen Vertikalebenen gelenkt, im einen Teil des Verdampfers thermisch, und im anderen Teil mittels Zwangszirkulation durchgeführt wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem zentralen Rohrbündel, dadurch gekennzeichnet , daß im Saftraum des Verdampfers ein radiales Abschlußblech (14), sowie mit Saftdurchlaßöffnungen (16) versehene, radiale Prallbleche (15) angebracht sind, ferner daß die Einrichtung einen um das Rohrbündel (5) herum angeordneten Fallring (12) besitzt (Pig. 1-2).

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Saftraum des Verdampfers ein radiales Abschlußblech (14) und mit Saftdurchlaßöffnungen (16) versehene, radiale Prallbleche (15) angeordnet sind, ferner daß die Vorrichtung um das Rohrbündel (5) herum angebrachte Fallrohre (19) besitzt (Fig. 3-4)..

5. Einrichtung nach Anspruch 4 zur Durchführung dea Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den um daa Rohrbündel (5) herum angeordneten Fallrohren (19) - der steigenden Konzentration dea Stoffes entsprechend - ZwangsUmlaufpumpen (22) untergebracht sind und daß die Prallbleche (15) unter der unteren Rohrbündelwand vollständig geschlossen sind (Fig. 3-4).

6. Einrichtung zur Durchführung den Verfahren;)

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nach einem dör Ansprüc ie I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß iie nach Anspruch 3, Bowie nach einem der Ansprüche 4 odar 5 ausgeführten, beiden, miteinander verbundenen Verdampfer über einander gebaut sind, daß zur dampfaeitigen Verbindung an der unteren Rohrbündelwand (4) des oberen Verdampfers eine Heizöffnung (25) vorgesehen ist und derselben der die unter verschiedenem Druck stehenden Räume der beiden Verdampfer abscheidende, konische Boden (23) unmittelbar angeschlossen ist (Fig. ^).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der unteren Rohrbündelwand (4) ein Wassermantel (26) angebracht, und oberhalb der oberen Rohrbündelwand (3) ein Saftleitungsdom (27) eingebaut ist, welchem sich das Abschlußblech (14) und die Prallbleche (15) anschließen.

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