DE1004590B - Filmverdampfer - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Filmverdampfer für Flüssigkeiten, mit einer innerhalb eimes Verdampferraumes drehbar angeordneten, von der Flüssigkeit benetzten Walze als Verdampfungsfläche.

Die Erfindung hat den Zweck, bei. derartigen Verdampfern, eine gleichmäßige Benetzung der Walzenoberfläche zu gewährleisten und für sämtliche Teilchen der durch den Verdampferraum geführten Flüssigkeit eine intensive Bewegung und eine gleiche Verweilzeit zu erwirken. Die Einhaltung dieser Bedingungen ist insbesondere bei der Behandlung vieler viskoser Flüssigkeiten, z. B. Spinnschmelzen, unerläßlich, da Teile dieser Flüssigkeiten, die sich an toten Stellen, innerhalb der Vorrichtung absetzen, sich infolge ihrer Empfindlichkeit gegen Sauerstoff und gegen Temperatureinwirkung zersetzen, so daß sie eine Gefahr für die Reinheit des Endproduktes bilden.

Die Verwendung von. mechanischen Rührern od. dgl. schaltet diese Gefahr nicht aus, da sich auf ihnen Flüssigkeitsteifchen absetzen und nicht mehr am zügigen Durchlauf durch die Apparatur teilnehmen können.

Es wurde nun gefunden, daß die genannten Schwierigkeiten behoben sind, wenn erfindungsgemäß die Walze mit mindestens einem im Verdampfungsrauni angeordneten Körper einen Keilspaltraum bildet, in den die Flüssigkeit unter Druck zugeführt und aus dem sie durch den Spaltdruck wieder abgeführt wird. In den Keilspaitraum mündet mindestens eine im Körper in Achsrichtung der Walze angeordnete offene Rinne, die an Zufuhr- und Abfuforleitungen für die Flüssigkeit angeschlossen ist.

Hierdurch wird erreicht, daß die Walze der Länge nach mit der Flüssigkeit gleichmäßig benetzt wird und: daß alle Flächen, die benetzt werden, auch gespült werden, so daß sich an der Vorrichtung keine ruhenden Flüssigkeitszonen einstellen können. Infolge der zwangläufigen Führunig der Flüssigkeit durch die Vorrichtung haben'alle Flüssigkeitsteilchen eine gleiche Verweilzeit. Außerdem findet eine gute Durchmischung der Flüssigkeit statt ohne Zuhilfenahme von mechanischen Rührarmen od. dgl.

In der .Zeichnung, sind Aueführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. An Hand der Abb. 1 und 2 sei das Prinzip des Erfindungsgegenstandes erläutert.

Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt und

Abb. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung.

Es bedeutet 1 das zylindrische Gehäuse des Verdampfers, 2 eine Walze, die innerhalb des vom Gehäuse 1 gebildeten Verdampferraumes 3 mittels der Weite 4 und des Vierkants 5 in Richtung des Pfeiles 6 um ihre senkrechte Achse in Drehung versetzt wird.

Filmverdampfer

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen-Bayerwerk

Dr. Wolf Rodenacker, Dormagen,
ist als Erfinder genannt worden

Das Gehäuse ist mit einem Mantel 7 ausgestattet. In den zwischen Gehäuse 1 und Mantel 7 gebildeten Raum 8 kann ein Heiz- oder Kühlmittel durch den

ao Stutzen 9 ein- und durch den Stutzen 10 abgeführt werden. 11 und 12 sind Vakuumanschlüsse. Innerhalb dies Gehäuses 1 ist ein Körper 13 angeordnet, der mit der Walze 2 einen Keilspaltraum 14 bildet. Die Leitung 15 dient zur Einführung der Flüssigkeit in die im Körper 13 angeordnete Rinne 16 und die Leitung 17 dient zur Abführung der Flüssigkeit aus der Rinne 16. Wird durch die Leitung 15 Flüssigkeit der Rinne 16 zugeführt, so läuft die Flüssigkeit in den Keilspaltraum 14 und füllt diesen Keilspaltraum bis zur Füllungsgrenze 18, wenn die Walze 2 mit einer bestimmten Drehzahl umläuft. Wie von den, Lagern des allgemeinen -Maschinenbaues her bekannt, stellen sich im Keilspaltraum Drücke längs des Walzenumfanges ein, deren Größe von der FüHungsgrenze 18 an erst langsam, dann schnell bis zu einem Maximum ansteigt und am anderen Ende, des Spaltes wieder auf den Anfangswert abfällt. Die Rinne 16 ist im Körper 13 an der Stelle des Keilspaitraumes angeordnet, an welcher der höchste Druck herrscht; sie kann natürlieh auch an jeder anderen Stelle des Keilspaltraumes angebracht sein. Die Zufuhr der Flüssigkeit durch die Leitung 15 muß also mittels einer Druckpumpe (nicht dargestellt) erfolgen., die so ausgebildet ist, daß »ie nur bis zu dem bestimmten maximalen Druck arbeitet und darüber hinaus keinerlei Flüssigkeit mehr fördert.

Das kann man dadurch erreichen, daß man die

Pumpe mit einer Umgebungsleitung mit einer Drosselstelle versieht.

, Entspricht also der Druck in der Rinne 16 dem maximalen Förderdruck der Pumpe, so dringt keinerlei· Flüssigkeit mehr in den Keilspal.t 14 ein. Wird jedoch durch die Leitung %7 Flüssigkeit aus dem Raum 14 etwa mittels einer Zahnradpumpe (nicht dargestellt) abgezogen, so geht die FüMungsgrenze 18

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des Keilspaltes 14 auf die Füllungsgrenze 19 zurück, und die Drücke im Keilspaltraum 14 sinken gleichzeitig. Die Einspeisungspumpe ist dann, wieder in der Lage, Flüssigkeit durch die Leitung 15 in den. Raum 14 nachzufordern.

Die Druckverteilung im KeMspaltraium 14 ist abhängigvon der Bogenlänge und der Spaltbreite, der Winkelgeschwindigkeit der Walze und der Zähigkeit der Flüssigkeit. Diese Größen kann man zu einer dimensionslosen Kenngröße zusammenfassen·:

P Druck

η ■ ω Zähigkeit · Winkelgeschwindigkeit

wie auch schon aus Versuchen bekannt ist. Die Kennzahl wurde mit 15 000 festgestellt bei einer Spaltbreite von 0,2 mm und einem Walzendurohmesser von 100 mm.

Die sich drehende Walze 2 nimmt Flüssigkeit aus dem Keilspaltraum 14 in dünner Schicht mit und führt sie durch den Verdampferraum 3. Gegenüber dem Körper 13 kann noch ein zweiter Körper an der Wand des Gefäßes angeordnet werden, der mit der Walze 2 ebenfalls; einen Keilspaltraum bildet. Durch die Vakuumleitungen 11 und 12 treten die Dämpfe beispielsweise in einen Kühler (nicht dargestellt). Die senkrecht angeordnete Walze 2 trägt an ihrem unteren Ende eine Tasse 45, in der sich eventuell·herablaufende Flüssigkeit beim Stillsetzen der Walze ansammeln kann. Aus dieser Tasse wird die Flüssigkeit beim Wiederingangsetzen der Walze durch die Pumpwirkung des Keilspaltes 14 über die Leitung 17 entfernt. Das Gewicht der Walze wird z. B. durch ein Radiaxkugellager 23 aufgenommen. Die Mantelheizung des Gefäßes 1 kann auch durch eine direkte elektrische Heizung ersetzt werden. Im allgemeinen genügt die Wärmeübertragung über die in den Spaltraum 14 befindliche Flüssigkeit auf die Walze 2. Um eine absolute Vakuumdichtigkeit der Stopfbüchse 20 zu gewährleisten, ist die Stopfbüchse über die Leitung 21 an die Zuführleitung 15 anzuschließen.

In den Abb·. 3 und 4 ist ein den Abb. 1 und 2 entsprechender Filmverdampfer in Längs- und Querschnitt dargestellt, bei dem jedoch die Zuführleitungen 15 an der Rinne 16 des Körpers 13 und die Abführleitungen 17 an eine andere Rinne 22 desselben Körpers 13 angeschlossen sind. Die Lagerung der Walze erfolgt in den Kugellagern 23 (Ab-b. 3). Durch die Zuleitung 15 eintretende Flüssigkeit wird im Keilspaltraum 14 verteilt und von der sich drehenden Walze 2 in dünnen Schichten mitgenommen und wieder in den Raum 14 gebracht, den sie durch die Rinne 22 über die Leitung 17 verläßt.

Durch diese Anordnung wird verhindert, daß Flüssigkeit aus der Zuleitung 15 sofort in die Ableitung 17 eintreten kann, ohne den Verdampfungsraum 3 passiert zu haben.

Eine abgewandelte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeigen die Abb. 5 und 6. Um eine Verdampfung in verschiedenen Stufen, d. h. bei versehiedenetn Vakuum oder verschiedenen Temperaturen vornehmen zu können, ist eine Längsunterteilung der Apparatur in mindestens zwei Verdampfungszonen 24 und 25 erforderlich. Die Abtrennung der einen Verdampfungszone 24 von der anderen Verdampfungszone 25 erfolgt, wie in der Abb. 5 dargestellt ist, durch einen Zwischenflansch 26, der mit der Walze 2 einen Spalt 27 bildet, der der engsten Stelle des Keilspaltraumes 14 entspricht. Durch den Druckunterschied zwischen den zwei Stufen wird etwas Flüssigkeit durch den Spalt 27 entweder von oben nach unten oder von unten nach oben hindurchtreten. Diese Flüssigkeit wird sofort wieder in die Rinne 16 zurückgefördert, so· daß auf diese Weise eine Abdichtung der einzelnen Zonen mit der zu destillierenden Flüssigkeit ohne besondere Mittel vorgenommen werden kann. Die Flüssigkeit wird in den Zonen 24 und 25 jeweils durch die Leitungen 28 und 29 zugeführt und durch die Leitungen 30 und 31 abgeführt. 32 und 33 sind die den Zonen 24 und 25 entsprechenden Vakuumanschlüsse.

In der Abb. 7 ist eine Ausführung der Apparatur im Querschnitt dargestellt, bei der die Walze 2 hohl ausgebildet ist und durch den feststehenden Strahlungsheizkörper 28 geheizt wird. Die Keilkörper 13 sind hier mit Aussparungen 82 versehen, in denen z. B. elektrische Heizkörper oder ähnliche Körper für eine Dampfheizung untergebracht werden können, deren Anschlüsse in den Böden untergebracht sind.

Durch die Isolierung 83 sind die warmen Teile der Apparatur von dem kalten Gehäuse 34 und dem Kühlmantel 35 getrennt. Die Zuführung der zu destillierenden Flüssigkeit erfolgt durch die Rinne 46. Die Abflußrinne 47 ist bei dieser Ausführung in dem gegenüberliegenden Keilstück 48 untergebracht.

In den Abb. 8 und 9 ist ein Verdampfer im Quer- und Längsschnitt dargestellt, bei dem sich Kühlflächen 36 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Walze 2 befinden. Die Kühlflächen 36, die von einem Kühlmedium durchströmt werden, das durch die Leitungen 37 zu und durch die Leitungen 38 abgeführt wird, können dem in den Räumen 39 und 40 aufrechterhaltenen Vakuum entsprechend innerhalb der freien Weglänge der Moleküle angebracht werden. Ist das Kondensat flüssig, so kann es am Boden des Gefäßes, wie in Abb. 8 dargestellt, in einer Auffangrinne 41 gesammelt werden und in ein Vakuumgefäß 42 ablaufen. Feste Produkte lassen sich durch einen Schaber 43, der an der Walze 2 befestigt wird, abschaben und im Sammelraum 14 des Apparates auffangen.

Die in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Apparaturen können auch für das Eindampfen (Trocknen), Destillieren, Rektifizieren und Evakuieren von Flüssigkeiten verwendet werden.

Für die Zähigkeit der zur Verarbeitung gelangenden Flüssigkeit steht ein ziemlicher Spielraum zur Verfugung, da mit einer hohen Umdrehungszahl der Walze von beispielsweise 2800 U/min und einer kleinsten Spaltweite von etwa 0,05 mm auch Flüssigkeiten von sehr geringer Zähigkeit verarbeitet werden können. Je höher die Zähigkeit der Flüssigkeit ist, die zur Verarbeitung gelangt, desto einfacher wird die ganze Apparatur bezüglich Ausführung und Betriebsweise.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Filmverdampfer für Flüssigkeiten mit einer innerhalb eines Verdampferraumes drehbar angeordneten, von der Flüssigkeit benetzten Walze als Verdampfungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (2) mit mindestens einem im Verdampfungsraum angeordneten Körper (13) einen Keilspaltraum (14) bildet, in den die Flüssigkeit unter Druck zugeführt und aus dem sie durch den Druck im Spalt wieder abgeführt wird.

2. Filmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Keilspaltraum (14) mindestens eine im Körper (13) in Achsrichtung der Walze (2) angeordnete offene Rinne (16)

mündet, die an Zufuhr- und Abfuhrleitungen (15, 17) für die Flüssigkeit angeschlossen ist.

3. Filmverdampfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr- und Abfuhrleitungen an verschiedenen Rinnen (16, 22) des gleichen Körpers angeschlossen sind.

4. Filmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfungsraum quer zur Walze eine feststehende Trennwand (26) angeordnet ist, die eine öffnung für den Durchtritt der Walze aufweist, derart, daß die Breite des zwischen Walze und Trennwandöffnung gebildeten Ringspaltes (27) der Breite des Keilspaltraumes (14) an seiner engsten Stelle entspricht.

5. Filmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Walze (2) Kühl- oder Heizflächen (36) angeordnet sind.

6. Filmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß die Körper (13) als Hohlkörper ausgebildet und mit Ein- und Austrittsöffnungen (82) für Heiz- oder Kühlmittel ausgestattet sind.

7. Filmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem Mantelraum (8) zur Heizung oder Kühlung versehen ist.

8. Filmverdampfer natfh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (2) heizbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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