DE2114710A1 - Verfahren und Einrichtung fur Eindampfungszwecke - Google Patents
Verfahren und Einrichtung fur EindampfungszweckeInfo
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Description
21U710
Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Meissner
Dipl.-Ing. I-!. Tischer
Dipl.-Ing. W. Meissner
Dipl.-Ing. I-!. Tischer
Berlin 33 (Grunewald)
22T,885e03
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 (7)
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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1098Λ2/1663
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