DE68922308T2

DE68922308T2 - Kondensiervorrichtung mit fallendem vorhang.

Info

Publication number: DE68922308T2
Application number: DE68922308T
Authority: DE
Inventors: Kenzo Masutani; Yoshiharu Sakai
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2009-02-14
Also published as: US5098518A; EP0411123A1; WO1990009220A1; BR8907347A; EP0411123A4; DE68922308D1; EP0411123B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Dünnschichteindickapparat mit abwärtsgerichtetem Strom, der für das Eindicken von sehr wärmeempfindlichen Flüssigkeiten geeignet ist, beispielsweise verschiedenen Fruchtsäften, Extrakten von Pflanzen, Kräutern und anderen landwirtschaftlichen Produkten, Extrakten von Haustierknochen, Extrakten von Krabben, Garnelen, Schalentieren, Fischen, Algen und anderen Meeresprodukten, Milchprodukten und Gärungsprodukten.
Um eine sehr wärmeempfindliche Flüssigkeit einzudicken, ist es erforderlich, das Eindicken in einem thermischen Kontaktzustand bei niedriger Temperatur und innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu bewirken, Dazu ist es erforderlich, daß eine Ausgangsflüssigkeit, die einem Eindickapparat zugeführt wird, in einem Durchgang als Konzentrat abgezogen wird. Im Fall des Abziehens in einem Durchgang nimmt die Menge der Flüssigkeit mit dem Eindicken ab; daher ist ein wichtiger Punkt die Art und Weise, wie diese geringer werdende Flüssigkeit über einer Wärmeübergangsfläche gleichmäßig verteilt wird. Bis jetzt wurde ein Eindickapparat eingesetzt, der eine Version der Wärmeübergangsrohranlage mit langem Rohr ist. Bei dieser Anlage kann jedoch eine gleichmäßige Verteilung der Ausgangsflüssigkeit über eine Wärmeübergangsfläche kaum erreicht werden; beispielsweise war dort der Nachteil zu verzeichnen, daß der Fluß der Ausgangsflüssigkeit nach einer Seite des Wärmeübergangsrohres abgelenkt wurde, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmeüberganges beträchtlich verringert wurde. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Reinigung nicht einfach ist.
Ein Eindickapparat auf der Grundlage einer Wärmeübergangsplatte ist ebenfalls bekannt. Bei dieser Anlage ist die Verteilung der Ausgangsflüssigkeit ebenfalls unzureichend, und zugunsten ihrer Breite zeigt die Platte eine kurze Länge; daher trocknet die Oberfläche der Platte in dem Fall, wenn die Menge an Flüssigkeit gering ist, und das führt zu einem Verbrennen der Ausgangsflüssigkeit und dadurch zu einer Verschlechterung der Qualität.
Um die vorangehend aufgeführten Nachteile abzustellen, haben wir Folgendes vorgeschlagen.
Wir haben einen Apparat vorgeschlagen, der nach dem Prinzip der Bildung eines Vorwärmkanals längs der Mittellinie einer Wärmeübergangsplatte in Längsrichtung, in dem eine Ausgangsflüssigkeit aufsteigt, arbeitet, während auf beiden Seiten des Vorwärmkanals Heizkanäle gebildet werden, in denen die Ausgangsflüssigkeit in der Form einer dünnen Schicht nach unten fließt, wodurch die Ausgangsflüssigkeit vorerwärmt wird, während letztere aufsteigt, die Ausgangsflüssigkeit nach beiden Seiten vom oberen Ende des Vorwärmkanals aus verteilt und die Ausgangsflüssigkeit während dieses Flusses so erwärmt wird, daß sie verdampft und die Feuchtigkeit abgeschieden wird, wodurch eine eingedickte Flüssigkeit geliefert wird (siehe JP-A-6222990).
Der vorangehend aufgeführte Vorschlag ist in der Lage, zur Abstellung der Nachteile beizutragen, die bei der Verwendung des konventionellen Eindickapparates auf der Grundlage der Wärmeübergangsplattenanlage auftreten, muß aber in starkem Maße in Verbindung mit der Verbesserung der Leistung in solchen Bereichen in der Wärmeübergangsplatte wie dem Vorwärmkanal, dem Verteilungsbereich und den Heizkanälen verbessert werden.
Das JP-A-58-133801 offenbart einen Dünnschichtverdampfer mit abwärtsgerichtetem Strom mit Platten für die Ausgangsflüssigkeit, die Längsnuten, um zu bewirken, daß die Ausgangsflüssigkeit nach unten fließt, und Bauelemente für die Verteilung aufweist.
Diese Erfindung wurde angesichts der vorangehend aufgeführten Probleme bei der früheren Ausführung vorgelegt, und es ist ein Ziel dieser, die Leistung in derartigen Bereichen in der Wärmeübergangsplatte wie dem Vorwärmkanal, dem Verteilungsbereich und den Heizkanälen zu verbessern.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Dünnschichteindickapparat mit abwärtsgerichtetem Strom zur Verfügung gestellt, der Platten für die Ausgangsflüssigkeit und Dampfplatten abwechselnd aufweist, die für das Eindicken einer Ausgangsflüssigkeit mittels Heizdampf beschichtet sind, wobei jede Platte für die Ausgangsflüssigkeit einen Vorwärmkanal, der auf der Mittellinie der Platte in der Längsrichtung für das Eindicken einer Ausgangsflüssigkeit durch Verwendung von Heizdampf gebildet wird, und Heizkanäle auf beiden Seiten des Vorwärmkanals aufweist, die bewirken, daß die Ausgangsflüssigkeit in der Form einer dünnen Schicht nach unten fließt, und die die Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit lenken und steuern; gekennzeichnet durch: Verteilungsabschnitte, die sich vom oberen Ende des Vorwärmkanals zu beiden Seiten des Vorwärmkanals erstrecken, um die Ausgangsflüssigkeit in der Form einer gleichmäßigen dünnen Schicht zu verteilen; Beckenabschnitte auf beiden Seiten des Vorwärmkanals, die unmittelbar unterhalb der Verteilungsabschnitte dafür gebildet werden, um zu bewirken, daß die Stärke der Flüssigkeitsschicht über die gesamte Breite der Wärmeübergangsfläche der Platte für die Ausgangsflüssigkeit gleichmäßig wird; und dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkanäle eine Anzahl von Längsnuten aufweisen, die im unteren Abschnitt der Beckenabschnitte in Form von Vertiefungen auf beiden Seiten des Vorwärmkanals gebildet werden, wo die Stärke der Flüssigkeitsschicht vergrößert wird, und die unmittelbar unterhalb der Verteilungsabschnitte gebildet werden, um zu bewirken, daß die Stärke der Flüssigkeitsschicht über die gesamte Breite der Wärmeübergangsfläche der Platte für die Ausgangsflüssigkeit gleichmäßig wird; daß sich ein jeder Beckenabschnitt unter rechtem Winkel zur Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit erstreckt; daß die Heizkanäle eine Anzahl von Längsnuten aufweisen, die im unteren Abschnitt der Beckenabschnitte auf beiden Seiten des Vorwärmkanals gebildet werden, um zu bewirken, daß die Ausgangsflüssigkeit in Form einer dünnen Schicht nach unten fließt, und um die Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit zu lenken und zu steuern; daß der Abstand P zwischen den Längsnuten 4,0 bis 9,0 mm beträgt und die Kantenwölbung R der Nut nicht größer ist als 3,0 mm; daß der Vorwärmkanal einen Querschnitt aufweist, der in der Form einer Wiederholung von breiten und schmalen Bereichen vorliegt; und daß jeder Verteilungsabschnitt eine Vielzahl von stufenweise ausgebildeten, einen schmalen Abschnitt bildenden Wülsten, die sich unter rechtem Winkel zum Fluß der Flüssigkeitsschicht erstrecken und in der Richtung des Flusses der Ausgangsflüssigkeit einen Abstand aufweisen, und eine Anzahl von Verteilungsvorsprüngen aufweist, die regelmäßig zwischen den Wülsten und in den Austrittsöffnungen aus den Verteilungsbereichen angeordnet sind.
Der Querschnitt des Vorwärmkanals weist eine Wiederholung von breiten und schmalen Abschnitten auf, wodurch die Turbulenz der Ausgangsflüssigkeit begünstigt und die Leistung des Wärmeüberganges beim Vorwärmvorgang verbessert wird.
Außerdem wird im Verteilungsbereich die Ausgangsflüssigkeit, die U-förmig vom oberen Ende des Vorwärmkanals zu den Heizkanälen auf beiden Seiten umlenkt, den Heizkanälen so zugeführt, daß die Stärke der Flüssigkeitsschicht gleichförmig gemacht wird. Das wird erreicht, indem eine Vielzahl von einen schmalen Abschnitt bildenden Wülsten, die sich unter rechtem Winkel zum Fluß der Flüssigkeitsschicht erstrecken und in der Richtung des Flusses der Ausgangsflüssigkeit einen Abstand aufweisen, gebildet wird, wobei systematisch Verteilungsvorsprünge zwischen den einen schmalen Abschnitt bildenden Wülsten und im Austrittsbereich aus einem Verteilungsabschnitt angeordnet werden, und wobei die Vorsprünge der gleichmäßigen Verteilung einer Ausgangsflüssigkeit dienen, indem ein vertiefter Beckenabschnitt am Ende des Verteilungsabschnittes gebildet wird, der sich unter rechtem Winkel zur Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit erstreckt und dazu dient, die Stärke der Flüssigkeitsschicht zu erhöhen, wobei der Beckenabschnitt sichert, daß die Schichtstärke der Ausgangsflüssigkeit, die den Heizkanälen zugeführt wird, zu allen Zeiten über der Breite der Kanäle gleichmäßig gehalten wird.
Außerdem erstrecken sich in den Heizkanälen eine Anzahl von Längsnuten in Wellenform in der Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit in einem regelmäßigen Abstand in der Richtung der Breite der Heizkanäle, wobei die Längsnuten dazu dienen, die Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit zu lenken und zu steuern, um einen regelmäßigen Fluß zu sichern, wodurch eine Ablenkung des Flusses der Ausgangsflüssigkeit und das Trocknen der Plattenoberfläche verhindert werden, so daß eine gleichmäßige Verdampfung und eine allmähliche Abnahme der Stärke der Flüssigkeitsschicht gesichert werden. Außerdem weisen der Abstand der Anordnung der Längsnuten und die Kantenwölbung der Nuten vorgegebene Werte auf. Auf einer Oberfläche der Wärmeübergangsplatte, die mit dem Heizdampf in Verbindung steht, wird der Kondensatabfluß im Nutboden durch die Oberflächenspannung gesammelt, während die erhabenen Abschnitte freigelegt sind, um eine Verschlechterung der Leistung des Wärmeüberganges der Schicht zu verhindern, die durch das Haften des Kondensatabflusses in Form einer Schicht hervorgerufen wird. Auf der anderen Fläche der Wärmeübergangsplatte, die mit der Ausgangsflüssigkeit in Verbindung steht, wird die Ausgangsflüssigkeit gleichfalls im Nutboden durch die Oberflächenspannung gesammelt, um die Stärke der Flüssigkeitsschicht auf den erhabenen Abschnitten zu verringern, wodurch die Leistung des Wärmeüberganges der Schicht verbessert wird.
Eine Ausführung der Erfindung wird jetzt mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Fig. 1A eine obere Draufsicht einer Wärmeübergangsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 1B eine untere Draufsicht, wobei die rechte Hälfte der Wärmeübergangsplatte bei beiden Ansichten weggelassen wird, da sie mit der linken Hälfte symmetrisch ist;
Fig. 2A eine Draufsicht einer Profildichtung für den Heizdampfkanal und Fig. 2B eine Draufsicht einer Profildichtung für den Kanal für die Ausgangsflüssigkeit, wobei der Maßstab, der bei beiden Ansichten benutzt wird, kleiner ist als bei Fig. 1A und 18;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III in Fig. 1A;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung längs der Linie IV-IV in Fig. 1A;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung längs der Linie V-V in Fig. 1A;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung längs der Linie VI-VI in Fig. 1A;
Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die schematisch die Anordnung eines Eindickapparates zeigt, der Wärmeübergangsplatten entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet und
Fig. 8 und 9 eine Vorderansicht und bzw. Seitenansicht, die dessen montierten Zustand zeigen;
Fig. 10 ein Flußdiagramm, das ein Beispiel für einen Eindickapparat zeigt, bei dem Wärmeübergangsplatten entsprechend der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden;
Fig. 11 eine Tabelle, die die Gesamtwärmedurchgangszahlen zwischen dem vorliegenden Eindickapparat der Erfindung und verschiedenen existierenden Eindickapparaten vergleicht.
In Fig. 1A und 1B bezeichnet die Zahl 10 im ganzen eine Wärmeübergangsplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung, die eine Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf im oberen Abschnitt und im unteren Abschnitt eine Eintrittsöffnung 12 für die Ausgangsflüssigkeit, eine Austrittsöffnung 13 für das Konzentrat und den abgeschiedenen Dampf und eine Austrittsöffnung 14 für den Abfluß aufweist, wobei das Verhältnis zwischen der Länge und der Breite etwa 9:1 beträgt.
In der Wärmeübergangsplatte 10 wird eine Dampfplatte 10a, die in Fig. 7 gezeigt wird, durch Anbringen einer Profildichtung 15 für den Heizdampfkanal, wie sie in Fig. 2A gezeigt wird, aufgebaut. Außerdem wird durch Anbringen einer Profildichtung 16 für den Kanal für die Ausgangsflüssigkeit, wie sie in Fig. 2B gezeigt wird, eine Platte 10b für die Ausgangsflüssigkeit, wie sie in Fig. 7 gezeigt wird, aufgebaut.
Die Profildichtung 15 für den Heizdampfkanal weist auf: einen Außenrahmen 15a, der den Plattenumfang umgibt, wobei er sich vom oberen Abschnitt der Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf zur Austrittsöffnung 14 für den Abfluß im oberen Abschnitt so erstreckt, daß ein Heizdampfkanal 17 gebildet wird; und einen Innenrahmen 15b, der die Eintrittsöffnung 12 für die Ausgangsflüssigkeit und die Austrittsöffnung 13 für das Konzentrat und den abgeschiedenen Dampf umgibt. Daher wird in der Wärmeübergangsplatte 10a, die in Fig. 7 gezeigt wird, der Heizdampf, der durch die Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf einströmt, kondensiert, während er durch den Heizdampfkanal 17 strömt, wodurch der Abfluß entsteht, der durch die Austrittsöffnung 14 für den Abfluß entleert wird, so daß sich die Ausgangsflüssigkeit und das Konzentrat sowie der abgeschiedene Dampf nur längs der Platte bewegen.
Die Profildichtung 16 für den Kanal für die Ausgangsflüssigkeit weist auf: einen Außenrahmen 16a, der die Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf und die Austrittsöffnung 14 für den Abfluß umgibt, und der den Plattenumfang umgibt, wobei er sich vom unteren Abschnitt der Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf zum unteren Abschnitt der Austrittsöffnung 13 für das Konzentrat und den abgeschiedenen Dampf so erstreckt, daß ein Heizkanal 18 für die Ausgangsflüssigkeit gebildet wird; und einen Innenrahmen 16b, der im wesentlichen U-förmig ist und einen Vorwärmkanal 19 für die Ausgangsflüssigkeit bildet, durch den die Ausgangsflüssigkeit, die durch die Eintrittsöffnung 12 für die Ausgangsflüssigkeit einströmt, bis dicht an die Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf ansteigt und U-förmig zu den Heizkanälen 18 auf beiden Seiten umlenkt. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, steigt daher in der Platte 10b die Ausgangsflüssigkeit, die durch die Eintrittsöffnung 12 für die Ausgangsflüssigkeit einströmt, durch den Vorwärmkanal 19 für die Ausgangsflüssigkeit nach oben, während sie in dieser Zeit vorgewärmt wird, und sie fließt nach unten, wobei sie U-förmig vom oberen Ende des Vorwärmkanals 19 für die Ausgangsflüssigkeit zu den Heizkanälen 18 auf beiden Seiten umlenkt und in den Heizkanälen 18 nach unten fließt, wobei sie in dieser Zeit so erwärmt wird, daß die Feuchtigkeit in der Ausgangsflüssigkeit abgeschieden wird, während sie verdampft, wobei der abgeschiedene Dampf und das Konzentrat durch die Austrittsöffnung 13 entleert werden, und der Heizdampf und der Abfluß bewegen sich nur längs der Platte.
Die Dampfplatten 10a und die Platten 10b für die Ausgangsflüssigkeit werden paarweise angeordnet, wie in Fig. 7 gezeigt wird, um eine Vielzahl von Paaren zu bilden, die zwischen zwei Abschlußplatten 20 und 21 angeordnet und in der Beschichtungsrichtung durch Schrauben oder dergleichen festgezogen werden, so daß ein Eindickapparat 22 montiert wird, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt wird.
Die Anordnung der verschiedenen Abschnitte der Platte 10b für die Ausgangsflüssigkeit wird jetzt mit Bezugnahme auf Fig. 1A und 1B sowie Fig. 3 bis 6 beschrieben.
In dem Bereich, der sich vom oberen Ende der Platte 10b für die Ausgangsflüssigkeit zu den Heizkanälen 18 auf beiden Seiten erstreckt, werden Verteilungsabschnitte 23 gebildet, und die Beckenabschnitte 24 werden zwischen den Verteilungsabschnitten 23 und den Heizkanälen 18 gebildet.
Die Eintrittsöffnung 12 für die Ausgangsflüssigkeit, wie sie in Fig. 1B gezeigt wird, wird unmittelbar über der Austrittsöffnung 13 für das Konzentrat und den abgeschiedenen Dampf und auf der Mittellinie der Wärmeübergangsplatte 10 in Längsrichtung angeordnet, und sie wird in der Nähe des unteren Endes der Wärmeübergangsplatte 10 gebildet. Außerdem werden die Austrittsöffnungen 14 für den Abfluß im unteren Abschnitt der Austrittsöffnung 13 für das Konzentrat und den abgeschiedenen Dampf und in beiden Ecken des unteren Abschnittes der Wärmeübergangsplatte 10 gebildet.
Der Vorwärmkanal 19 für die Ausgangsflüssigkeit, wie er in Fig. 1A 1B und 3 gezeigt wird, wird hergestellt, indem die Platte 10b für die Ausgangsflüssigkeit mit den Vorsprüngen 19a mit gleichen oder geeigneten Abständen ausgebildet wird, um eine Wiederholung der breiten und schmalen Bereiche im Kanalquerschnitt zu bewirken, Außerdem bewegt sich die Ausgangsflüssigkeit in der Position des Vorsprunges 19a, indem beide Seiten umgangen werden; zu diesem Zeitpunkt bewegt sich die Ausgangsflüssigkeit längs des schmalen Abschnittes, und sie gelangt in den breiten Abschnitt, wenn sie sich über den Vorsprung bewegt; auf diese Weise bewegt sie sich abwechselnd über die breiten und schmalen Abschnitte, wodurch eine turbulente Strömung hervorgerufen wird, die die Leistung des Wärmeüberganges beim Vorwärmvorgang verbessert.
Die Verteilungsabschnitte 23, die in Fig. 1A und 4 gezeigt werden, weisen auf: eine Vielzahl von einen schmalen Abschnitt bildenden Wülsten 23a, die auf der Wärmeübergangsplatte 10 gebildet werden und sich unter rechtem Winkel zur Strömung der Flüssigkeitsschicht erstrecken, und die in Richtung der Strömung der Ausgangsflüssigkeit im Abstand angeordnet sind, so daß die Ausgangsflüssigkeit, die U-förmig vom oberen Ende des Vorwärmkanals für die Ausgangsflüssigkeit zu den Heizkanälen 18 auf beiden Seiten umlenkt, den Heizkanälen zugeführt wird, während die Stärke der Flüssigkeitsschicht gleichförmig gemacht wird; und eine Anzahl von regelmäßig angeordneten Verteilungsabschnitten 23b für das gleichmäßige Verteilen der Ausgangsflüssigkeit zwischen den einen schmalen Abschnitt bildenden Wülsten 23a und der Wärmeübergangsplatte 10 an der Ausgangsöffnung des Verteilungsabschnittes.
Der Beckenabschnitt 24, der in Fig. 1A und 5 gezeigt wird, ist ein vertiefter Flüssigkeitsbehälterabschnitt, der in den hintersten Bereichen der Verteilungsabschnitte 23 gebildet wird und sich unter rechtem Winkel zur Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit erstreckt, wodurch die Stärke der Schicht der Ausgangsflüssigkeit, die den Heizkanälen 18 über die Verteilungsabschnitte 23 zugeführt wird, über die Breite der Heizkanäle 18 zu allen Zeiten gleichmäßig beibehalten wird,
Außerdem werden in den Heizkanälen 18, wie in Fig. 1A, 1B und 6 gezeigt wird, eine Anzahl von Längsnuten 18a, die sich in Wellenform in Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit erstrecken, in regelmäßigem Abstand in Richtung der Breite der Heizkanäle 18 in der Wärmeübergangsplatte 10 gebildet, wodurch die Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit, die nach unten fließt, gelenkt und gesteuert wird, um eine Ablenkung der nach unten fließenden Ausgangsflüssigkeit und das Trocknen der Oberfläche der Platte zu verhindern, so daß eine gleichmäßige Verdampfung und ein allmähliches Verringern der Stärke der Flüssigkeitsschicht gesichert werden. Außerdem zeigen der Abstand P der Anordnung und die Kantenwölbung R der Nut vorgegebene Werte; beispielsweise P = 4,5-9,0 mm und R = nicht größer als 3,0 mm, vorzugsweise P = 6,5 mm und R = 1,6 mm. Dadurch wird im Heizdampfkanal 17 der Kondensatabfluß auf dem Boden einer jeden Längsnut 18a durch die Oberflächenspannung gesammelt, um den erhabenen Abschnitt freizulegen, und um eine Verschlechterung der Leistung des Wärmeüberganges der Schicht zu verhindern. Gleichermaßen wird die Ausgangsflüssigkeit in den Heizkanälen 18 für die Ausgangsflüssigkeit auf dem Boden einer jeden Längsnut 18a gesammelt, um die Stärke der Flüssigkeitsschicht im erhabenen Abschnitt zu verringern, wodurch die Leistung des Wärmeüberganges der Schicht verbessert wird.
Außerdem kennzeichnet in Fig. 1A und 1B die Bezugszahl 18b die verstärkenden Vorsprünge, die in geeigneter Weise in den Heizkanälen 18 angeordnet sind; 25 kennzeichnet eine Dichtungsnut für die Aufnahme des Außenrahmens 16a; 26 kennzeichnet eine Dichtungsnut für die Aufnahme des Innenrahmens 16b; 27 kennzeichnet die Verteilungs- und Verstärkungsvorsprünge, die in der Eintrittsöffnung 11 für den Heizdampf angeordnet sind; 28 kennzeichnet die Verstärkungsvorsprünge, die in der Austrittsöffnung 13 für das Konzentrat und den abgeschiedenen Dampf angeordnet sind; 29 kennzeichnet die Verstärkungsabschnitte, die im Vorwärmkanal 19 für die Ausgangsflüssigkeit angeordnet sind; und 30 kennzeichnet den verstärkenden, ungleichmäßigen Oberflächenbereich, der um den gesamten peripheren Rand der Wärmeübergangsplatte 10 herum gebildet wird.
Bei der vorangegangenen Ausführung zeigen der Abstand P und die Kantenwölbung R der Nut in den Längsnuten 18a in den Heizkanälen 18 für die Ausgangsflüssigkeit die folgenden Werte: P = 4,0-9,0 mm und R = nicht größer als 3,0 mm. Wenn der Abstand P kleiner ist als 4,0 mm, wird die Wahrscheinlichkeit des Reißens der Platte während des Pressens beim Pressen der Längsnuten 18a auf eine vorgegebene Tiefe größer, während, wenn er 9 mm übersteigt, die Wahrscheinlichkeit größer wird, daß eine trockene Oberfläche auf der Seite zu verzeichnen ist, die mit der Ausgangsflüssigkeit in Verbindung steht, und auf der Seite, die mit dem Heizdampf in Verbindung steht, die Wahrscheinlichkeit geringer wird, daß der Kondensatabfluß im erhabenen Abschnitt in die Nutböden gezogen wird. Außerdem können, wenn die Kantenwölbung R der Nut nicht größer ist als 3,0 mm, der Kondensatabfluß und dergleichen innerhalb der Breite der Längsnuten 18a durch die Oberflächenspannung gehalten werden; wenn sie jedoch 3,0 mm übersteigt, verringert sich die Wahrscheinlichkeit des Zurückhaltens, da der wirksame Bereich der Oberflächenspannung überschritten wird.
Betreffs des Abstandes P und der Kantenwölbung R der Längsnut 18a werden die optimalen Konstruktionswerte innerhalb des Bereiches mit Bezugnahme auf ihre Wechselbeziehung mit den entsprechenden Oberflächenspannungen der Ausgangsflüssigkeit und des Kondensatabflusses des Heizdampfes festgelegt.
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm für einen Eindickapparat, der bei Verwendung der Wärmeübergangsplatten entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde. Die Zahl 31 kennzeichnet einen ersten Eindickapparat; 32 kennzeichnet einen zweiten Eindickapparat; 33 kennzeichnet einen dritten Eindickapparat; 34 kennzeichnet einen ersten Abscheider; 35 kennzeichnet einen zweiten Abscheider; 36 kennzeichnet einen dritten Abscheider; 37 kennzeichnet einen Plattenkühler; 38 und 39 kennzeichnen Plattenvorerhitzer; 40 kennzeichnet einen Wasserbehälter; 41 kennzeichnet einen Ausgleichsbehälter; 42 kennzeichnet eine Dampfstrahlpumpe; 43 kennzeichnet einen Abflußtopf; 44 kennzeichnet eine Wassereinspritzvorrichtung; 45 kennzeichnet eine erste Speisepumpe für die Flüssigkeit; 46 kennzeichnet eine zweite Speisepumpe für die Flüssigkeit; 47 kennzeichnet eine dritte Speisepumpe für die Flüssigkeit; 48 kennzeichnet eine Absaugpumpe; 49 kennzeichnet eine erste Entwässerungspumpe; 50 kennzeichnet eine zweite Entwässerungspumpe; 51 kennzeichnet eine dritte Entwässerungspumpe; 52 kennzeichnet eine vierte Entwässerungspumpe; und 53 kennzeichnet eine Vakuumpumpe.
Die Ausgangsflüssigkeit wird von einem Flüssigkeitszuführrohr 54 am linken Ende in Fig. 10 dem Ausgleichsbehälter 41 zugeführt, von wo sie mittels der ersten Speisepumpe 45 für die Flüssigkeit nacheinander durch den Vorerhitzer 38, das Flüssigkeitszuführrohr 55, den Vorerhitzer 39 und das Flüssigkeitszuführrohr 56 einer jeden Platte für die Ausgangsflüssigkeit im ersten Eindickapparat 31 geführt wird, wo sie gleichmäßig in Form einer dünnen Schicht über die Wärmeübergangsfläche verteilt wird und von oben nach unten fließt. Die Dampfplatten des ersten Eindickapparates 31 werden mit Heizdampf von der Dampfstrahlpumpe 42 versorgt, während der Kondensatabfluß aus dem Abflußtopf 43 mittels der ersten Entwässerungspumpe 49 abgezogen und als Mittel für die Vorerwärmung dem ersten Vorerhitzer zugeführt wird. Ein Teil des Heizdampfes, der aus dem stromaufwärts gelegenen Bereich der Dampfstrahlpumpe 42 herausgezogen wird, wird als Mittel für die Vorerwärmung für den zweiten Vorerhitzer 39 genutzt.
Die Ausgangsflüssigkeit, die dem ersten Eindickapparat 31 zugeführt wird, wird eingedickt, während sie in Form einer dünnen Schicht über die Wärmeübergangsfläche einer jeden Platte für die Ausgangsflüssigkeit hinweg nach unten fließt, wobei das Konzentrat und der abgeschiedene Dampf voneinander im ersten Abscheider 34 getrennt werden. Der Dampf, der im ersten Abscheider 34 abgetrennt wird, wird dem zweiten Eindickapparat 32 als Heizmittel zugeführt, während das Konzentrat einer jeden Platte für die Ausgangsflüssigkeit im zweiten Eindickapparat 32 zugeführt und weiter eingedickt wird. Das Konzentrat vom zweiten Eindickapparat 32 und der abgeschiedene Dampf werden voneinander durch den zweiten Abscheider 35 getrennt. Und der Dampf, der im zweiten Abscheider 35 abgeschieden wird, wird als Heizmittel dem dritten Eindickapparat 33 zugeführt; somit handelt es sich um eine Anlage mit mehrfacher Ausnutzung. Andererseits wird das Konzentrat, das im zweiten Abscheider 35 abgeschieden wird, mittels der dritten Speisepumpe 47 für die Flüssigkeit dem dritten Eindickapparat 33 zugeführt, wo es einer jeden Platte für die Ausgangsflüssigkeit zugeführt und weiter eingedickt wird, und das Produkt mit der vorgegebenen Konzentration wird aus dem dritten Abscheider zur Außenseite des Apparates mittels der Absaugpumpe 48 gebracht. Auf diese Weise wird die Ausgangsflüssigkeit auf der Grundlage eines Durchganges durch die Eindickapparate 31, 32 und 33 eingedickt, ohne daß sie in Umlauf gebracht wird.
Der Dampf, der im dritten Abscheider 36 abgeschieden wird, wird im Kühler 37 kondensiert, wobei der Abfluß als Heizmittel dem ersten Vorerhitzer 38 mittels der vierten Entwässerungspumpe 52 zugeführt wird.
Die Kondensatabflüsse, die in den Eindickapparaten 31, 32 und 33 erzeugt werden, werden mittels der Entwässerungspumpen 49, 50 und bzw. 51 abgezogen und dem ersten Vorerhitzer 38 als Heizmittel zugeführt.
Außerdem wird die Reinigung des Apparates bewirkt, indem die Zufuhr der Ausgangsflüssigkeit zum Ausgleichsbehälter 41 unterbrochen wird, und indem anstelle der Zuführung von reinigendem Wasser oder einer chemischen Reinigungsflüssigkeit zum Ausgleichsbehälter 41 die Speisepumpen 45, 46, 47 und 48 für die Flüssigkeit betrieben werden, damit das Reinigungsmittel nacheinander durch den ersten Eindickapparat 31, den ersten Abscheider 34, den zweiten Eindickapparat 32, den zweiten Abscheider 35, den dritten Eindickapparat 33, den dritten Abscheider 36 und den Ausgleichsbehälter 41 in der gleichen Weise fließen kann wie im Fall der Ausgangsflüssigkeit, wodurch eine umlaufende Reinigung bei Verwendung von reinigendem Wasser oder einer chemischen Reinigungsflüssigkeit durchgeführt wird. Darauf bezieht man sich als CIP (Reinigung an Ort und Stelle).
Entsprechend der vorangegangenen Ausführung des Apparates werden die folgenden Vorteile erreicht: Da die Eindickung in einem Durchgang von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung des Apparates bewirkt wird, ist die Wärmekontaktzeit für die Ausgangsflüssigkeit kurz. Als Ergebnis ist dabei keine Verschlechterung der Qualität zu verzeichnen; auf diese Weise kann ein Konzentrat von hoher Qualität erhalten werden. Und wegen der kurzen Wärmekontaktzeit und der Möglichkeit einer Eindickung bei niedriger Temperatur bleiben grobe Mengen an flüchtigen Substanzen der süß riechenden Komponenten, die in der Ausgangsflüssigkeit enthalten sind, zurück, so daß, wenn das Konzentrat verdünnt wird, der addierte Wert des Produktes verbessert werden kann.
Da das Aufnahmevolumen des gesamten Apparates klein ist, können außerdem die folgenden Vorteile erhalten werden.
(a) Die Eindickung ist möglich, selbst wenn die Menge der Ausgangsflüssigkeit klein ist.
(b) Ein Wechsel der Art der Ausgangsflüssigkeit ist einfach.
(c) Während der Reinigung an Ort und Stelle kann das Reinigungsmittel erhalten bleiben, und deren Austrittsmenge ist dabei gering.
(d) Die Ergiebigkeit der Flüssigkeit wird größer.
Wegen des charakteristischen Merkmals der Nichtzirkulation sind die Speisepumpen für die Flüssigkeit klein ausgelegt und somit auch die Menge des Verbrauchs an Elektroenergie. Außerdem bringt die Anwendung des Systems der mehrfachen Ausnutzung, von Dampfstrahlpumpen und Vorerhitzern eine Einsparung an Dampfverbrauch und erfordert eine geringere Menge an Kühlwasser. Außerdem kann sogar eine verschäumbare Flüssigkeit am Schäumen im schmalen Zwischenraum zwischen den Platten gehindert werden, wodurch ein geringer Verlust an Flüssigkeit infolge der Begleiterscheinung des Spritzens oder dergleichen und ein stabilisierter Vorgang gesichert werden. Was die Auswirkungen der Reinigung an Ort und Stelle betrifft, so kann selbst eine geringe Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsmittels eine hohe Geschwindigkeit in den Platten wegen der langen Ausführung der Platten bewirken, wodurch eine vollständige Reinigung und eine zufriedenstellende Sauberkeit gesichert werden. Außerdem besitzt der Apparat keine sich bewegenden Teile und ist von stationärer und kompakter Ausführung; daher sind die Anlagekosten niedrig.
Fig. 11 ist eine Tabelle, die die Gesamtwärmeübergangszahlen zwischen dem vorliegenden Eindickapparat A der Erfindung und anderen Eindickapparaten B bis F vergleicht. Man sieht, daß der vorliegende Eindickapparat A der Erfindung eine hohe Leistung zeigt, wenn man mit den anderen Eindickapparaten B bis E vergleicht. Obgleich die Ausführung B mit Zwangsumlauf eine hohe Leistung zeigt, kann sie nicht für den Eindickapparat mit einem Durchgang eingesetzt werden, der sehr wärmeempfindliche Flüssigkeiten verarbeitet.
Nachfolgend werden Beispiele von Daten über die Qualität der eingedickten Produkte beschrieben.
Erstens werden eingedickte Flüssigkeiten von Orangen, Ananas, die typische eingedickte Säfte sind, und ein Konzentrat aus Sojabohnenprotein betrachtet. Wie aus den Tabellen 1, 2 und 3 ersichtlich wird, zeigt ein Vergleich zwischen den Komponenten der Ausgangsflüssigkeit und dem Konzentrat fast keine Veränderung, und man kann sagen, daß keine Verschlechterung der Qualität zu verzeichnen ist.
Die Tabelle 4 zeigt die Versuchsergebnisse von verschiedenen Konzentraten, die mittels des Eindickapparates der Erfindung erhalten wurden. In dieser Tabelle ist Bx der prozentuale Gewichtsanteil an Saccharose. Tabelle 1 Ergebnisse der Analyse von eingedicktem Saft aus Unshu Orangen gemessener Posten Ausgangsflüssigkeit Konzentrat aus der ersten Stufe Konzentrat aus der zweiten Stufe Fertigkonzentrat Säure Fruchtmark Braun-Grad * Die Analysewerte der Säure und die folgenden zeigen Werte, wenn auf ein Bx-Wert von 11,6 einreguliert wurde. Tabelle 2 Ergebnisse der Analyse von eingedicktem Ananassaft gemessener Posten Ausgangsflüssigkeit Konzentrat Säure Fruchtmark * Die Analysewerte der Säure und die folgenden zeigen Werte, wenn auf ein Bx-Wert von 11,6 einreguliert wurde. Tabelle 3 Ergebnisse er Analyse des Konzentrates aus Sojabohnenprotein gemessener Posten Ausgangsflüssigkeit Konzentrat (Probe) Konz./Eindickung der Flüssigkeit (Trockenmasse) Trübungsgrad von 5%-iger Flüssigkeit Farbton von 20%-iger Flüssigkeit L-Wert (Klarheit) a-Wert (Rotstich) b-Wert (Gelbstich) ΔE-Wert (Durchlässigkeitsgrad) Tabelle 4 Beispiel von Versuchsergebnissen Konzentration Ausgangsflüssig keit Konzentration des Konzentrats Säfte Unshu Orange Ananas Apfel Sudati (Japanische, besonders sauere Orange) Pflaume Sojabohnenmilch Sojabohnenprotein Zuckerflüssigkeiten Honig Knochenextrakte Geflügelbohnensuppe Fischextrakte Bonito-Suppe Hefen Bierhefe Arznei Malzextrakt
Der Apparat der vorliegenden Erfindung zeigt eine perfekte Leistung bei einem Durchgang, wie vorangehend beschrieben wird, und man kann sagen, daß er ein Eindickapparat ist, der für das Eindicken von sehr wärmeempfindlichen Substanzen am besten geeignet ist. Angesichts seiner Energieeinsparung, Wartungsfähigkeit, Kompaktheit und niedrigen Kosten wird der vorliegende Apparat der Erfindung jedoch ebenfalls als effektiv für die Eindickung von gewöhnlichen Substanzen betrachtet, die nicht so wärmeempfindlich sind, verglichen mit anderen Ausführungen von Eindickapparaten.

Claims

1. Dünnschichteindickapparat mit abwärtsgerichtetem Strom, der Platten (10b) für die Ausgangsflüssigkeit und Dampfplatten (10a) abwechselnd aufweist, die für das Eindicken einer Ausgangsflüssigkeit mittels Heizdampf beschichtet sind, wobei jede Platte (lob) für die Ausgangsflüssigkeit einen Vorwärmkanal (19), der auf der Mittellinie der Platte (10b) in der Längsrichtung für das Eindicken einer Ausgangsflüssigkeit durch Verwendung von Heizdampf gebildet wird, und Heizkanäle (18) auf beiden Seiten des Vorwärmkanals (19) aufweist, die bewirken, daß die Ausgangsflüssigkeit in der Form einer dünnen Schicht nach unten fließt, und die die Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit lenken und steuern, gekennzeichnet durch:

Verteilungsabschnitte (23), die sich vom oberen Ende des Vorwärmkanals (19) zu beiden Seiten des Vorwärmkanals (19) erstrecken, um die Ausgangsflüssigkeit in der Form einer gleichmäßigen dünnen Schicht zu verteilen, wobei jeder Verteilungsabschnitt (23) eine Vielzahl von stufenweise ausgebildeten, einen schmalen Abschnitt bildenden Wülsten (23a). die sich unter rechtem Winkel zum Fluß der Flüssigkeitschicht erstrecken und in der Richtung des Flusses der Ausgangsflüssigkeit einen Abstand aufweisen, und eine Anzahl von Verteilungsvorsprüngen (23b) aufweist, die regelmäßig zwischen den Wülsten (23a) und in den Austrittsöffnungen aus den Verteilungsbereichen angeordnet si nd;

Beckenabschnitte (24) in der Form von Vertiefungen auf beiden Seiten des Vorwärmkanals (19), wo die Stärke der Flüssigkeitsschicht vergrößert wird, und die unmittelbar unterhalb der Verteilungsabschnitte (23) gebildet werden, um zu bewirken, daß die Stärke der Flüssigkeitsschicht über die gesamte Breite der Wärmeübergangsfläche der Platte (10b) für die Ausgangsflüssigkeit gleichmäßig wird; und dadurch,

daß sich ein jeder Beckenabschnitt (24) unter rechtem Winkel zur Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit erstreckt;

daß die Heizkanäle (18) eine Anzahl von Längsnuten (18a) aufweisen, die im unteren Abschnitt der Beckenabschnitte (24) auf beiden Seiten des Vorwärmkanals (19) gebildet werden, um zu bewirken, daß die Ausgangsflüssigkeit in Form einer dünnen Schicht nach unten fließt, und um die Richtung des Abwärtsflusses der Ausgangsflüssigkeit zu lenken und zu steuern;

daß der Abstand P zwischen den Längsnuten (18a) 4.0 bis 9.0 mm beträgt und die Kantenwölbung R der Nut nicht größer als 3,0 mm ist;

und daß der Vorwärmkanal (19) einen Querschnitt aufweist, der in der Form einer Wiederholung von breiten und schmalen Bereichen vorliegt.

2. Dünnschichteindickapparat mit abwärtsgerichtetem Strom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Längs- und Querabmessung der Platten (10b) etwa 9:1 beträgt.

3. Dünnschichteindickapparat mit abwärtsgerichtetem Strom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Ausgangsflüssigkeit zu den einzelnen Platten (10b) durch eine Verteilung von einem gemeinsamen Zuführkanal aus bewirkt wird, und daß das Abziehen des Konzentrates von den Platten (10b) für die Ausgangsflüssigkeit durch einen gemeinsamen Abzugskanal bewirkt wird.

4. Eindickapparat, der eine Vielzahl von Dünnschichteindickapparaten mit abwärtsgerichtetem Strom nach den Ansprüchen 1 bis 3 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindickapparate paarweise mit Abscheidern in einer mehrstufigen Ausführung angeordnet sind, wobei auf der Basis des Systems der mehrfachen Ausnutzung eine Ausgangsflüssigkeit in einem Durchgang nacheinander durch die Stufen geführt wird, und wobei eine Dampfstrahlpumpe für die Zuführung eines Heizmittels zum Eindickapparat der ersten Stufe eingesetzt wird, während die Ausgangsflüssigkeit, die dem Eindickapparat der ersten Stufe zuzuführen ist, durch das Kondensat des Heizmittels, das in jeder Stufe erzeugt wird, und durch das Kondensat des abgeschiedenen Dampfes im Abscheider der letzten Stufe erwärmt wird.