DE1248688B - Verdampfer zum Eindicken von viskosen Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Verdampfer zum Eindicken von viskosen Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einen Verdampfer zum Eindicken von viskosen Flüssigkeiten, mit einem im wesentlichen zylindrischen Kessel mit horizontaler Längsachse und einem im unteren Bereich des Kessels befindlichen Heizkörper mit parallel zueinander und zur Längsachse des Kessels angeordneten hohlen Heizelementen.
• Bei derartigen bekannten Verdampfern (USA.-Patentschrift 2 084 743) ist der Heizkörper als ein Rohrbündel ausgebildet, dessen Hüllfläche im wesentlichen einem Halbzylinder gleicht, der von dem unteren Abschnitt des Kessels einen konstanten Abstand aufweist und der mit seiner oberen Begrenzungsfläche mindestens bis zur horizontalen Mittelebene des Kessels reicht. Unmittelbar an den äußeren seitlichen und unteren Heizrohren anliegend sind Strömungsleitbleche angeordnet, die mit Ausnahme einer Zuströmöffnung im Bereich der vertikalen Längsmittelebene des Kessels den Heizkörper bis zur Höhe der obersten Rohrreihe umgeben. Der Kessel ist bei dem bekannten Verdampfer darüber hinaus noch durch eine Reihe von parallel zu den stirnseitigen Kesselböden verlaufenden Scheidewänden in mehreren Abteilungen unterteilt, die abwechselnd durch Überströmöffnungen im Bereich zwischen den Strömungsleitbiechen und der Kessel wand bzw. Durchlässen an der Kesselunterseite miteinander in Verbindung stehen.
• Bei diesen bekannten Verdampfern steigt in jeder Abteilung die einzudickende Flüssigkeit zwischen den Rohren des Heizkörpers hoch und strömt dann im Kreislauf zwischen der Kesselwand und den Strömungsleitblechen wieder nach unten. Der Durchlaßquerschnitt der dem aufsteigenden Flussigkeitsstrom zur Verfügung steht, ändert sich periodisch von Kleinstwerten in den Horizontalebenen, die die Heizrohrachsen enthalten, auf Größtwerte zwischen den Horizontalebenen, die von Heizrohren frei sind.
• Dadurch entsteht ein unregelmäßiger Strömungsverlauf mit Wirbelbildung um die Rohre und einer Querströmung zwischen den Rohrebenen. Die Flüssigkeit wird somit nicht gleichförmig erwärmt, weil ein Teil direkt zwischen den Heizrohren nach oben strömt und unter Umständen sofort in die nächste Abteilung abströmt, während ein anderer Teil unterschiedlich lange zwischen den Heizrohren verweilt. Nachteilig ist weiterhin, daß durch die Wirbelbildung und die Querströmung der gesamte Flüssigkeitsstrom behindert und durch die verminderte Flußgeschwindigkeit der Wärmeaustausch und damit die Leistungsfähigkeit des Verdampfers verkleinert wird, während andererseits örtliche Über- hitzungen auftreten können, die zu Qualitätsminderungen des einzudickenden Gutes und Ablagerungen an den Heizrohren führen können.
• Bei dem bekannten Verdampfer ist das Nennfassungsvermögen des Kessels nur wenig verschieden von der für den Betrieb erforderlichen RulImenge.
• Für den Einsatz eines Verdampfers zur Herstellung von Kristallen durch Eindickung der Flüssigkeit wird aber angestrebt, erst eine Kornfußfüllmasse zu bilden, deren Kristalle durch progressive Zufuhr von Flüssigkeit vergrößert werden. Um die Bildung vieler kleiner an Stelle der gewünschten großen Kristalle zu vermeiden, soll folglich das Volumen der Kornfußfüllmasse und damit die Anzahl der ursprünglich vorhandenen Kristalle klein gehalten werden. Dies ist aber bei dem bekannten Verdampfer nicht möglich, da dessen für den Betrieb erforderliches Füllvolumen nur wenig kleiner als das Nennvolumen ist, insbesondere wegen des relativ hohen Heizkörpers und der Strömungsleitbleche.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdampfer der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß gleichzeitig eine sehr intensive Zirkulation der Flüssigkeit unter Vermeidung toter Zonen, eine gleichförmige Erhitzung der Flüssigkeit sowie eine große Differenz zwischen minimalem und Nennfassungsvermögen erzielt sowie ein geringer Flüssigkeitsüberstand über den Heizkörpern erzielt wird.
• Erfindungsgemäß wird dies, ausgehend von einem Verdampfer der eingangs genannten Gattung, durch die Kombination der folgenden Merkmale erreicht: a) in an sich bekannter Weise bestehen die Heizelemente aus Plattenheizkörpern mit ebenen Seitenwänden, die lotrecht angeordnet sind, wobei die äußeren Plattenheizkörper einen für die Rezirkulation der gesamten umlaufenden Flüssigkeitsmenge bemessenen Abstand von den benachbarten Kesselwandungen aufweisen; b) diese den äußersten Heizelementen benachbarten Kesselwandungen verlaufen in an sich bekannter Weise in Höhe der Oberkanten der Heizelemente nach oben auseinander, und c) in an sich bekannter Weise erstrecken sich die Heizelemente im wesentlichen von dem einen stirnseitigen Kesselbodens zu dem anderen Ein Verdampfer mit der Gesamtheit dieser Merkmale ist Gegenstand des Patentbegehrens. Bei einer derartigen Ausbildung ist es möglich, sowohl für den aufsteigendenFlüssigkeitsstrom schädliche Verwirbelungen und Querströmungen zu vermeiden und günstige Strömungsverhältnisse, verbunden mit einer sehr gleichmäßigen Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit zu erhalten, als auch die Strömungswiderstände für die absteigende, rezirkulierte Flüssigkeit auf einen Kleinstwert zu bringen, und zwar ohne daß komplizierte und in der Herstellung aufwendige Bauformen für den Kessel oder zusätzliche Strömungsleitbleche erforderlich wären. Es können sich folglich die Auftriebskräfte zwischen den Plattenheizkörpern ungestört entfalten, welche in Verbindung mit den minimalen Strömungswiderständen des Kreislaufes eine ungewöhnlich hohe Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erreichen lassen. Diese wiederum erhöht den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der Flüssigkeit und den Plattenheizkörpern, so daß letztere, welche ohnehin wegen der gegenüber Heizrohren größeren Heizfläche bei gleichem Raumbedarf kleiner bauen, mit erheblich geringerer Höhe gegenüber einem Rohrbündel ausführbar sind und folglich neben größerer Leistungsfähigkeit auch ein für die Züchtung großer Kristalle erwünschtes großes Verhältnis zwischen dem Nennfassungsvermögen des Verdampfers und dem Volumen der Kornfußfülütnasse erreichen lassen.
• Es sind Verdampfer mit senkrecht stehendem zylindrischem Kessel bekannt (deutsche Patentschrift 923 660), bei denen die Heizelemente aus Plattenheizkörpern mit ebenen Seitenwänden bestehen, die lotrecht angeordnet sind, wobei die äußeren Plattenheizkörper einen für die Rezirkulation der gesamten umlaufenden Flüssigkeitsmenge bemessenen Abstand von den benachbarten Kesselwandungen aufweisen.
• Hierbei ist aber der Abstand jedes äußeren Plattenheizkörpers von der benachbarten Kesselwandung nicht konstant, sondern vermindert sich von der Heizplatte zu jedem von deren Enden. Da somit für die Rezirkulationsströmung in den verschiedenen, zu den Heizplatten senkrechten, lotrechten Ebenen unterschiedliche Strömungswiderstände vorhanden sind, werden die Strömungsfäden nicht parallel zueinander verlaufen, sondern sich überlagern, wobei eine Bildung von Wirbeln und toten Zonen unvermeidlich ist und die Rezirkulationsgeschwindigkeit insgesamt sinkt.
• Es ist weiterhin für andere Verdampfer mit senkrecht stehendem zylindrischem Kessel bekannt (»Technologie des Zuckers«, 1955, S 354 und 355), die den äußersten Heizelementen benachbarten Kesselwandungen in Höhe der Oberkanten der Heizelemente nach oben auseinanderlaufend auszubilden, dergestalt, daß sich die Wandung hier auf einem Abschnitt ihrer Höhe kegelstumpfförmig nach außen erweitert und dann in zyltindrischer Form, aber mit vergrößertem Durchmesser verläuft.
• Es sind weiterhin Verdampfer mit zylindrischen Kesseln mit horizontaler Längsachse bekannt, welche insbesondere für die Verdampfung von Meereswasser, d. h. einer leicht beweglichen Flüssigkeit, bestimmt sind, bei welchen sich die als Heizrohre ausgebildeten Heizelemente im wesentlichen von dem einen stirnseitigen Kesselboden zu dem anderen erstrecken. Die Heizrohre sind innerhalb einer runden oder rechteckigen Querschnittfläche angeordnet, wobei die untersten Rohre bzw. die an den unteren Außenkanten verlaufenden Heizrohre dicht an der Kesselwandung geführt sind. Für Verdampfer, die für viskose Flüssigkeiten bestimmt sind, läßt sich eine derartige Anordnung des Rohrbündels wegen der ungünstigen Strömungsverhältnisse für die Zirkulationsströmung und der Bildung toter Zonen nicht verwenden.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Kochapparat gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt durch den Kochapparat gemäß Fig. 1 und F i g. 3 einen waagerechten Schnitt durch den Kochapparat gemäß F i g. 1.
• Der in der Zeichnung dargestellte Kochapparat weist einen im wesentlichen zylindrischen Kessel 1 mit horizontaler Längsachse auf, in dessen unterem Teil, der im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist, eine Reihe von Plattenheizkörpern 2 angeordnet sind.
• Diese Heizkörper 2 verlaufen parallel zueinander und zur Längsachse des Kessels 1 und erstrecken sich im wesentlichen von dem einen stirnseitigen Kesselboden 3 zum anderen.
• Die Plattenheizkörper 2 bestehen im wesentlichen aus senkrecht stehenden, verschweißten Blechen 4, welche einen Hohlraum umschließen, in dem Distanzkörper 5 angeordnet sind. Um eine gleichmäßige Beheizung zu erzielen, sind die Plattenheizkörper 2 vorzugsweise abwechselnd mit Rohren 10 an zwei Dampfkammern 6 angeschlossen, von denen sich jeweils eine an jedem stirnseitigen Kesselboden 3 befindet und durch ein Dampfruleitungsrohr 7 gespeist wird. Die Plattenheizkörper 2 werden von Trägern 8 gehalten und sind an ihren oberen Enden durch Flacheisen 9 ausgesteift.
• In jeden Plattenheizkörper 2 mündet noch mindestens eine Kondensatablaufleitung 11 und eine Auslaßleitung 12 für Luft und nichtkondensierbare Gase.
• Die einzudickende Flüssigkeit wird dem Verdampfer über eine Rohrleitung Ifzugeführt, während die Entleerung über mehrere Stutzen 14 erfolgt, die am Boden des Kessels 1 dergestalt ausgebildet sind, daß die Entnahme des eingedickten Gutes ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden kann.
• Durch die Ausbildung der Heizkörper als Platten kann gegenüber einem Rohrbündel mit gleich großer benetzter Oberfläche der Dampfinhalt und der gesamte Platzbedarf vermindert werden, so daß die Gesamthöhe der Heizkörper klein gewählt werden kann. Demzufolge läßt sich auch das zur vollständigen Bedeckung der Heizkörper erforderliche Minimalvolumen an Flüssigkeit, bezogen auf das Nennfassungsvermögen, senken, so daß sich günstige Verhältnisse für die Kornfußfüllmasse ergeben. Da die Kesselwandungen in Höhe der Heizelementeoberkanten nach oben auseinanderstreben, ist einerseits die Höhe der Flüssigkeitssäule über den Platten gering, wodurch der Dampfaustritt aus der Flüssigkeit erleichtert wird, während andererseits die Rezirkulationsströmung keine Widerstände vorfindet und von hier aus wegen der strömungsgünstigen und großen Querschnitte praktisch ungehindert zu den Unterkanten der Plattenheizkörper gelangen kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verdampfer zum Eindicken von viskosen Flüssigkeiten, mit einem im wesentlichen zylindrischen Kessel mit horizontaler Längsachse und einem im unteren Bereich des Kessels befindlichen Heizkörper mit parallel zueinander und zur Längsachse des Kessels angeordneten, hohlen Heizelementen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: a) in an sich bekannter Weise bestehen die Heizelemente aus Plattenheizkörpern (2) mit ebenen Seitenwänden, die lotrecht angeordnet sind, wobei die äußeren Plattenheizkörper einen für die Rezirkulation der gesamten umlaufenden Flüssigkeitsmenge bemessenen Abstand von den benachbarten Kesselwandungen aufweisen; b) diese den äußersten Heizelementen benachbarten Kesselwandungen verlaufen in an sich bekannter Weise in Höhe der Oberkanten der Heizelemente nach oben auseinander, und c) in an sich bekannter Weise erstrecken sich die Heizelemente im wesentlichen von dem einen stirnseitigen Kesselboden (3) zu dem anderen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 923 660, 552329, 441 749; deutsche Auslegeschrift B 33384 IV a /89 e (bekannt gemacht am 23. 2. 1956); französiche Patentschrift Nr. 546 935; britische Patentschrift Nr. 483 522; USA.-Patentschriften Nr. 2741 303, 2084743, 2091757; Technologie des Zuckers, 1955, S. 354 und 355; Zeitschrift >Chemical & Process Engineeringa, vom August 1958, S. 279.