DE3418982A1 - Duennschichtverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtverdampfer bestehend aus einem einen Brüdenraum bildenden Behälter, einer in diesen von dessen einer Stirnseite hineinragenden Antriebswelle und einem daran befestigten Rotor, der eine oder mehrere sich konisch nach außen erweiternde Verdampferflächen aufweist und dessen Verdampferraum mit dem Brüdenraum in Verbindung steht, und einem vom Brüdenraum getrennten Heizraum, wobei das Ausgangsprodukt am inneren Umfang der Verdampferflächen aufgegeben wird, sich von dort filmartig nach außen ausbreitet und das Konzentrat am äußeren Umfang mittels eines Schöpfrohrs abgenommen wird.

Dünnschichtverdampfer des vorgenannten Aufbaus sind bekannt (GB-PS 1 132 640, SW-PS 184 175) bzw. Gegenstand einer älteren deutschen Patentanmeldung (P 34 01 121). Bei diesen Verdampfern sind die Verdampferflächen in der Regel konisch geneigt, und zwar entweder jeweils in gleicher Richtung, so daß sie etwa parallel zueinander liegen, oder einander entgegengerichtet, so daß ein einem Wellrohr ähnlicher Aufbau entsteht. Diese Verdampfer können ein- oder mehrstufig betrieben werden,

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indem das Ausgangsprodukt entweder gleichzeitig auf alle Verdampferflächen (einstufig) oder aber nur auf einen Teil der Verdampferflächen (mehrstufig) aufgegeben wird, das Konzentrat mittels Schöpf rohr abgenommen und auf die anderen Verdampferflächen übergeführt wird.

Bei diesen Dünnschichtverdampfern sitzt der Rotor mit seiner einen Stirnseite auf der Antriebswelle, die sämtliche Kräfte aufzunehmen hat. Die Tragkonstruktion des Rotors muß entsprechend stabil ausgebildet werden, um die dynamischen Kräfte aufnehmen zu können. Dies gilt insbesondere bei liegender Anordnung des Verdampfers, bei der die Schwerkraft des Rotors quer zur Antriebswelle wirksam ist. Da die Kräfte sämtlich über die Antriebswelle nach außen geführt werden müssen, ist außerhalb des Behälters eine entsprechend aufwendige Lagerung notwendig, die zu einer zusätzlichen Bauhöhe bzw. - bei liegender Anordnung - Baulänge führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschichtverdampfer des eingangs geschilderten Aufbaus so auszubilden, daß die dynamischen Kräfte in einfacher konstruktiver Weise aufgenommen werden und der Verdampfer möglichst vibrationsfrei betrieben werden kann.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verdampfer wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Antriebswelle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet und auf einer in den Behälter und den Rotor hineinragenden j ortsfesten Achse gelagert ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Dünnschichtverdampfers bildet die Achse eine zentrale Tragkonstruktion für den Rotor, die sämtliche Radial- bzw. Zentrifugalkräfte aufnimmt. Die feststehende Achse kann so dimensioniert werden, daß ihre Abstützung außerhalb des Behälters kurz baut, so daß Bauhöhe bzw. Baulänge eingespart werden. Die festigkeitsmäßigen Vorteile dieser Konstruktion kommen sowohl bei vertikaler, als

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auch horizontaler Anordnung des Verdampfers zur Wirkung, bieten aber gerade bei letzterer Anordnung die Möglichkeit, eine Vielzahl von Verdampferflächen axial hintereinander anzuordnen und so auch bei großer Verdampfer leistung und/oder großem Mengendurchsatz einen vibrationsfreien Betrieb zu ermöglichen.

Eine besonders gute dynamische Stabilität ergibt sich gemäß einer Ausführungsform dann, wenn sich die Achse etwa über die axiale Länge des Rotors in den Behälter erstreckt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Dünnschichtverdampfers gibt weiterhin die Möglichkeit, die Antriebswelle wenigstens zweiteilig auszubilden und die beiden Wellenteile über eine lösbare Kupplung miteinander zu verbinden, wobei der Rotor mit dem hohlen Wellenteil verbunden ist.

Während bei den bekannten Dünnschichtverdampfern der Rotor freitragend im Behälter angordnet ist und der Verdampfer deshalb von der Antriebsseite her nur sehr schwer zugänglich ist, wird er bei der erfindungsgemäßen Ausbildung über die Hohlwelle von der Achse getragen. Wird die Antriebswelle zweiteilig ausgebildet, so läßt sich der Verdampferbehälter auf der Antriebsseite öffnen, wobei das eine Wellenteil sich von dem anderen Wellenteil im Bereich der Kupplung löst. Der im Behälter verbleibende Rotor kann somit von der Antriebsseite her inspiziert und vor allem gereinigt werden. Dies ist vornehmlich bei solchen Dünnschichtverdampfern von Bedeutung, die eine aseptische Reinigung erfordern.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich eine durchlaufende Tragkonstruktion für den Rotor dadurch, daß die Achse von der einen Stirnseite und die Antriebswelle von der gegenüberliegenden Stirnseite in den Behälter hineingeführt sind. Dabei bleibt allerdings die Antriebswelle weitgehend querkraftfrei, da die Querkräfte von der Hohlwelle

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aufgenommen und an die Achse weitergeleitet werden.

Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das angetriebene Wellenteil als Vollwefle, das andere mit dem Rotor verbundene Wellenteil als Hohlwelle ausgebildet und die Kupplung am stirnsei ti gen Abschluß des hohlen Wellenteils angeordnet ist. Die Antriebswelle läßt sich also im Bereich des Endes der Achse mittels der dort angeordneten Kupplung trennen.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das angetriebene Wellenteil aus zwei VoIIwel!enteilen bestehen, von denen eines zusammen mit dem Antriebsmotor an der Stirnseite des Behälters festgelegt und über die Kupplung mit dem zweiten Vollwellenteil verbunden ist, das seinerseits in einem Lager an dieser Stirnseite abgestützt ist. Damit kann die lösbare Kupplung auch außerhalb des Behälters angeordnet werden.

Weist der Behälter, wie an sich bekannt, an seiner Stirnseite einen verschließbaren Deckel mit einem daran befestigten Antriebsmotor mit der Antriebswelle für den Rotor auf, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Deckel zusammen mit dem Antriebsmotor und dem angetriebenen Wellenteil unter Lösen der Kupplung mit dem anderen Wellenteil durch Schwenken oder axiales Verschieben zu öffnen ist_o Zu diesem Zweck ist die Kupplung in einfachster Weise als Steck- oder Zahnkupplung ausgebildet, so daß zum Öffnen des Behälters keine weiteren Handgriffe als bisher erforderlich sind und der Rotor bzw. die Verdampferflächen in einfacher Weise zum Zwecke des Reinigens zugänglich sind.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Achse als Hohlachse ausgebildet ist, durch die der eine Teil der Antriebswelle hindurchgeführt ist und auf deren Außenseite der als Hohlwelle ausgebildete Teil gelagert ist, wobei die beiden Wellenteile über einen die Stirnseite der Hohlachse übergreifenden Flansch verbunden sind.

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Diese Ausbildung ermöglicht es, die Hohlachse von der dem Deckel des Behälters gegenüberliegenden Stirnseite in den Behälter hineinzuführen, so daß die gesamte Stütz- und Antriebskonstruktion das Öffnen bzw. Schließen des Deckels und damit das Reinigen der Verdampferflächen in keiner Weise behindert.

Bei dieser Ausführungsform ist mit Vorteil der Antriebsmotor an der außerhalb des Behälters liegenden Stirnseite der Hohlachse angeordnet, die Antriebswelle zweiteilig ausgebildet und die Kupplung zwischen den beiden Teilen und zwischen dem Antriebsmotor und der außenIlegenden Stirnseite der Hohlachse angeordnet_o

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen horizontal ange

ordneten, mehrstufigen Verdampfer mit einer Ausführungsform des Antriebs;

Figur 2 den Verdampfer gemäß Figur 1 mit einer anderen

Ausführungsform des Antriebs und

Figur 3 einen Verdampfer mit nur einer Verdampferfläche

und einer weiteren Ausführungsform des Antriebs.

Der Dünnschichtverdampfer gemäß Fig. 1 und 2 ist horizontal liegend angeordnet und weist einen geschlossenen Behälter 1 auf, auf dessen einen stimseitigen Abschluß, einem Deckel 21 mit Randflansch 22, ein stufenlos regelbarer Hydroantrieb 2 aufgesetzt ist. Die von ihm in Drehung versetzte Antriebswelle 3 weist an ihrem Ende einen Tragflansch 4 auf, an dem der insgesamt

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mit 5 bezeichnete Rotor befestigt ist. Der Rotor besteht aus einer Mehrzahl von konischen Verdampferflächen 6, 7, 8, 9 und 10, die mit Abstand nebeneinander angeordnet sind, sowie einem diese außenseitig mit Abstand umgebenden zylindrischen Mantel 12, der zwischen sich und der Außenseite der Verdampferflächen 6 bis 10 einen Heizraum umschließt. Die Verdampferflächen sind an ihrem äußeren Umfang über Leisten 35 mit dem Mantel 12 verbunden. Der Wärmeträger, ζ. Β. Dampf, wird über einen Rohrstutzen 13 an der dem Hydroantrieb 2 gegenüberliegenden Stirnseite des Behälters 1 zugeführt und strömt in den Heizraum hinein, wobei er entsprechend den angedeuteten Pfeilen die Außenseite der Verdampferflächen 6 bis 10 umspült. Das dort anfallende Kondensat wird aufgrund der Zentrifugalwirkung nach außen getrieben und wird am inneren Umfang des Behälters 12 mit einem Schälrohr 14 abgenommen und über eine Leitung 15 mittels einer Kondensatpumpe nach außen geführt. Ferner sind Entlüftungsrohre 16 jeweils im Grund zwischen zwei benachbarten Verdampferflächen 7, 8 bzw. 8, 9 bzw. 9, 10 vorgesehen, um dort sich sammelndes Gas abziehen zu können. Diese Entlüftungsrohre 16 sind über eine Sammelleitung 17 an die Kondensatpumpe angeschlossen,die also Kondensat und ausgeschiedene Gase wegfördert.

Die Verdampferflächen 6 bis 10 sind an ihrem inneren Umfang jeweils an Überlaufprofile angeschlossen, wobei das Überlauf profil 18 an dem einen Ende des Verdampferraums als einfaches Stegblech ausgebildet ist, während die anderen Über I auf profile 19 jeweils aus einem ringförmigen T-Profil mit einem mittleren Wandsteg 20 bestehen.

Das Produkt wird über eine Pumpe 23 und eine Leitung 24 in den Rotor 5 aufgegeben. Die Leitung 24 ist zu diesem Zweck in den freien Innenraum des Rotors hineingeführt und endet beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel

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in zwei Abgabeöffnungen 25, 26, wobei die Abgabeöffnung 26 dem stegartigen Überlaufprofil 18, die Abgabeöffnung 25 dem ersten T-förmigen Überlaufprofil 19 zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform bilden demgemäß die Verdampferflächen 6 und 7 eine erste Verdampferstufe I, in der das Ausgangsprodukt aufkonzentriert wird.

Die außenseitig zusammengesetzten Verdampferflächen 6, 7 bzw. 8, 9 bilden jeweils eine Auffangrinne 27, 28, 29. In die Auffangrinne 27 der ersten Verdampferstufe, und zwar in den Bereich des oberen Scheitels ist ein Schöpfrohr 30 hineingeführt, das das aufkonzentrierte Produkte aufnimmt und über ein Verteilerrohr 31 mit zwei nicht gezeigten Abgabeöffnungen in die den Verdampferflächen 8 und 9 zugeordneten Überlaufprofil der zweiten Verdampferstufe Il überführt. Das einmal aufkonzentrierte Produkt breitet sich wiederum filmartig auf den Verdampferflächen 8, 9 aus und fällt schließlich in höherer Konzentration in der Auffangrinne 28 an. Dort ist wiederum ein Schöpfrohr 32 angeordnet, das das weiter aufkonzentrierte Produkt in den rechts des Wandstegs 20 liegenden Teil des Über lauf prof ils 19 der Verdampferfläche 10, die die dritte Verdampferstufe III bildet, überführt. Das dort zum dritten Mal aufkonzentrierte Produkt läuft in der Sammelrinne 29 zusammen, in der wiederum ein Schöpfrohr 34 angeordnet ist, das das Endkonzentrat abschält, das mittels einer Pumpe 36 aus dem Verdampfer herausgefördert wird. Die Verdampferstufe III wird zum Brüdenraum hin durch einen Spritzschirm 33 abgedeckt.

Der Innenraum des Rotors 5 steht mit dem Raum des Behälters 1 in Verbindung, so daß die beim Aufkonzentrieren anfallenden Brüden entsprechend den angedeuteten Pfeilen über einen Stutzen 37 abgeführt werden können.

Nur der Vollständigkeit wegen sei darauf hingewiesen, daß der Behälter 1 noch Schauglas-Öffnungen 38, 39 für die Inspektion des Verdampfers aufweist.

Die Antriebswelle 3 des Rotors ist zweiteilig ausgebildet. Beim wiedergebenen Ausführungsbeispiel besteht sie aus einem als Vollwelle 40 und einem als Hohlwelle 41 ausgebildeten Wellenteil. Das Wellenteil 40 wird vom Hydromotor 2 unmittelbar angetrieben und ist über eine axial lösbare Kupplung 42, z. B. eine Steckkupplung, mit dem hohlen Wellenteil 41 verbunden. Dieses weist im Bereich der Kupplung einen stirnseitigen Abschluß 43 auf, der zugleich eines der beiden Kupplungsteile der Steckkupplung bildet. Am gegenüberliegenden Ende weist das hohle Wellenteil 41 den Tragflansch 4 für den Rotor 5 auf.

Das hohle Wellenteil 41 ist auf einer feststehenden Achse 44 gelagert, die sich etwa über die Länge des Rotors 5 erstreckt und am Stutzen 13 des Behälters 1 befestigt ist.

Zum Reinigen insbesondere der Verdampferflächen des Rotors kann der Deckel 21 mit seinem Flansch 22 vom Mantel des Behälters 1 gelöst und axial weggeschoben werden. Dabei löst sich die Steckkupplung 42 selbsttätig, so daß die Baueinheit aus Deckel 21, Hydromotor 2 und Wellen teil 40 vollständig gelöst werden kann und der Rotor von der Deckelseite her zugänglich ist. Di© am Deckel 21 weiterhin festgelegte Installation, wie die Produkt leitung 24 und das Schöpfrohr 34 können so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie demontierbar sind oder der axialen Bewegung des Deckels folgen können.

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Die Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der gemäß Figur 1 nur dadurch, daß die Vollwelle 40 zweiteilig ausgebildet ist, nämlich ein innerhalb des Behälters 1 liegendes Teil 45 und ein die Abtriebswelle des Hydroantriebs 2 bildendes Wellenteil 46 aufweist, wobei die Steckkupplung 42 zwischen diesen beiden Wellenteilen innerhalb eines hohlzylindrisehen Aufsatzes 47 am Deckel 21 angeordnet ist„ Ferner ist am Deckel 21 ein Stützlager 48 für das im Behälter 1 liegende Wellenteil vorgesehen. Dieses Wellenteil 45 ist mit der Hohlwelle 41 über einen Flansch 49 verbunden.

In Figur 3 ist eine Ausführungsform eines Verdampfers gezeigt, die sich von der gemäß den Figuren 1 und 2 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß der Rotor 5 als konischer Doppelmantel ausgebildet ist und nur eine einzige Verdampferfläche 11 aufweist. Ferner ist die Achse 44 als Hohlachse ausgebildet und - wie bei den vorgenannten Ausführungsformen - an der dem Deckel 21 gegenüberliegenden Seite außerhalb des Behälters 1 abgestützt. Innerhalb der Hohlachse 44 ist die von der gleichen Stirnseite des Behälters 1 her hineingeführte Vollwelle 40 angeordnet, die die innerhalb des Behälters 1 liegende Stirnseite der Hohlachse 44 etwas überragt, dort mit einem Flansch 49 versehen ist, an dem wiederum die Hohlwelle 41 befestigt ist, die ihrerseits auf der Außenseite der Hohlachse 44 gelagert ist. Die Hohlwelle 41 bildet an ihrer dem Flansch 49 gegenüberliegenden Stirnseite den Tragflansch4 für den Rotor 5. Die Steckkupplung 42 ist, wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2, außerhalb des Behälters 1 - hier jedoch an der dem Deckel 21 gegenüberliegenden Stirnseite - angeordnet. Sie sitzt wiederum in einem hohlzylindrischen Aufsatz 50, der die außenliegende Stirnseite der Hohlachse 44 überragt. Die Steckkupplung 42 verbindet die Abtriebswelle des Hydroantriebs 2 mit der Vollwelle 40. Bei dieser Ausführungsform ist die Verdampferfläche nach Lösen des Deckels 21 zugänglich, ohne daß an der Antriebs- und Tragkonstruktion irgend welche Änderungen erforderlich sind.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   .y Dünnschichtverdampfer, bestehend aus einem einen Brüdenraum bildenden Behälter, einer in diesen von dessen einer Stirnseite hineinragenden Antriebswelle,und einem daran befestigten Rotor, der eine oder mehrere sich konisch nach außen erweiternde Verdampferflächen aufweist und dessen Verdampferraum mit dem Brüdenraum in Verbindung steht, und einem vom Brüdenraum getrennten Heizraum, wobei das Ausgangsprodukt am inneren Umfang der Verdampferflächen aufgegeben wird, sich von dort filmartig nach außen ausbreitet und das Konzentrat am äußeren Umfang mittels eines Schöpfrohrs abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Antriebswelle (3) zumindest teilweise als Hohlwelle (41) ausgebildet und auf einer in den Behälter (1) und den Rotor (5) hineinragenden, ortsfesten Achse (44) gelagert ist.
2. 2. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Achse (44) etwa über die axiale Länge des Rotors (5) in den Behälter (1) erstreckt.
3. 3. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, die beiden Wellenteile (40, 41) über eine lösbare Kupplung (42) verbunden sind und der Rotor (5) mit dem hohlen Wellenteil (41) verbunden ist.
4. 4. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (44) von der einen Stirnseite und die Antriebswelle (3) von der gegenüberliegenden Stirnseite in den Behälter (1) hineingeführt sind.
5. 5. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Wellenteil (40) aus VoII-welle, das andere mit dem Rotor verbundene Wellenteil (41) als Hohlwelle ausgebildet und die Kupplung (42) am stirnseitigen Abschluß (43) des hohlen Wellenteils angeordnet ist.
6. 6. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Wellenteil (40) aus zwei VoII-wel!enteilen (45, 46) besteht, von denen eines (46) zusammen mit dem Antriebsmotor (2) an der Stirnseite des Behälters (1) festgelegt und über die Kupplung (42) mit dem zweiten VoIIwelIenteil (45) verbunden ist, das seinerseits in einem Lager (48) an dieser Stirnseite abgestützt ist,
7. 7. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Behälter an einer Stirnseite einen verschließbaren Deckel mit einem daran befestigten Antriebsmotor mit der Antriebswelle für den Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (21) zusammen mit dem Antriebsmotor (2) und dem angetriebenen Wellenteil (40) unter Lösen der Kupplung (42) mit dem anderen Wellenteil (41) durch Schwenken oder axiales Verschieben zu öffnen ist.
8. 8. Dünnschichtverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (44) als Hohlachse ausgebildet ist, durch die der eine Teil (40) der Antriebswelle (3) hindurchgeführt ist und auf deren Außenseite der als Hohlwelle (41) ausgebildete Teil gelagert ist, wobei die beiden Wellen teile (40, 41) über einen die Stirnseite der Hohlachse übergreifenden Flansch (49) verbunden sind.
9. 9. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 8 mit einem an einer Stirnseite des Behälters angeordneten Deckel, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlachse (44) von der gegenüberliegenden Stirnseite in den Behälter (1) hineingeführt ist„
10. 10. Dünnschichtverdampfer nach Anspruch 8 oder 9 ^ dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (2) an der außerhalb des Behälters (1) liegenden Stirnseite der Hohlachse (44) angeordnet, die Antriebswelle (3) zweiteilig ausgebildet und die Kupplung (42) zwischen den beiden Teilen und zwischen demAntriebsmotor (2) und der außenIlegenden Stirnseite der Hohlachse (44) angeordnet ist.