DE4327839A1

DE4327839A1 - Düsen-Fallfilmverdampfer mit automatischem Reinigungssystem

Info

Publication number: DE4327839A1
Application number: DE4327839A
Authority: DE
Inventors: Yuyao Qin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1994-07-28
Also published as: WO1995005227A1

Description

1. Allgemeines

Es ist bekannt, daß technische Fallfilmverdampfer gewöhnlich aus einem Bündel senkrechter Rohre, auf deren Innenseite ein siedender Flüssigkeitsfilm unter dem Einfluß der Schwerkraft herabfließt, bestehen. Ablagerung von Feststoffen auf den Wärmetauscher-Flächen (Fouling) ist ein gravierendes Problem und verursacht große Kosten z. B. bei der Produktion von Trinkwasser aus Salzwasser.

Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Foulingwiderstände während des Produktionsprozesses nahezu auf null zu redu zieren.

Dieses Problem wird durch das im Patentanspruch 1 aufgeführte on line arbei tende automatische Reinigungssystem gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Wärmetauscher-Flächen ständig gereinigt werden können, ohne den Produktions prozeß zu unterbrechen und so die Foulingwiderstände beliebig gering gehalten werden können. Durch die Konstruktion des Wärmeaustauschers mit beidseitig gewellten Platten kann ein im Vergleich zu ebenen Platten 2 bis 2,5fach größerer Wärmedurchgangskoeffizient erzielt werden.

2. Konstruktion und Wirkungsweise 2.1 Konstruktion 2.1.1 Allgemeines

Der Verdampfer besteht hauptsächlich aus vier verschiedenen Baugruppen:

Produktaufgabesystem, Wärmeaustauscher, automatisches Reinigungssystem und Abscheider. Da nur Produktaufgabesystem, Wärmeaustauscher und Reinigungs system neue Konstruktionsmerkmale aufweisen, sind in Abb. 1 nur diese drei Baugruppen dargestellt.

2.1.2 Produktaufgabesystem

Das Produktaufgabesystem ist als flacher, rechteckiger Behälter, dessen beide Enden geschlossen sind, ausgeführt. Am unteren Boden sind Flachstrahldüsen (7 in Abb. 1) in Reihen angeordnet, deren Anzahl gleich der Anzahl der Verdampfer kammern ist (10 in Abb. 1). Die Mittellinien der Reihen befinden sich in den Symmetrieebenen der zugehörigen Verdampferkammern. Die Düsen in einer Reihe haben einen Abstand von 35-45 mm und sprühen in der vertikalen Richtung abwechselnd nach zwei Seiten der Verdampferkammer mit einem Neigungswinkel von etwa 20°. Die Form des mit der Flachstrahldüse erzeugten Sprühnebels ist flach und fächerförmig mit einem Nebelkegelwinkel von etwa 1100. Die gesprühte Menge ist abhängig von dem Typ der Düse, dem Druck im Produktaufgabesystem und den physikalischen Eigenschaften des Produktes. Die Massenverteilung des Sprühnebels einer Düse quer zu der Sprühkegel-Hauptachse entspricht nähe rungsweise einer Normalverteilung (vgl. Abb. 2).

2.1.3 Wärmeaustauscher

Im Vergleich zu gewöhnlichen Fallfilmverdampfern gibt es zwei hauptsächliche Unterschiede. Zum einen ist der Wärmeaustauscher rechteckig und nicht zylind risch und zum andern besteht er aus einer Reihe schmaler, rechteckiger Kammern und nicht aus einem Bündel senkrechter Rohre. Die rechteckigen Verdampferkam mern werden von beidseitig gewellten Platten begrenzt, so daß der Wärmedurch gangskoeffizient nach R. Z. Gregorig (Zeitschrift "Angew. Math. Phys." 1954, 5, S. 36-49) beträchtlich gesteigert werden kann. Die Stabilität der Wände wird durch Stützplatten (4 in Abb. 1) und Rippen (5 in Abb. 1) erhöht. Am oberen Ende des Wärmeaustauschers ist eine ca. 0,1 m hohe Kühlzone (8 und 9 in Abb. 1) angeord net, die es ermöglicht den Teil des Wärmeaustauschers, auf den der Sprühnebel auftrifft, zu kühlen, um Produktablagerungen zu vermeiden.

2.1.4 Automatisches Reinigungssystem

Das automatische Reinigungssystem besteht aus Nylonbürsten (16 in Abb. 1), Bürstenköpfen (18 in Abb. 1), Verteilbürsten (19 in Abb. 1), Schubrohren (3 in Abb. 1), Verteilerrohren (2 in Abb. 1), dem Produktzulauf (1 in Abb. 1), einem Schraubengetriebesystem (12 in Abb. 1) und einem Zahnradgetriebesystem (14 in Abb. 1) mit Motor und Regelungssystem (13 in Abb. 1). Jedes Schubrohr ist gegen den Boden des Wärmeaustauschers mit einer Gummidichtung abgedichtet. Jeder Verdampferkammer ist eine der Breite und Länge der Kammer angepaßte Bürste, die auf einen Bürstenkopf montiert wird, zugeordnet. Die Bürstenköpfe werden durch jeweils zwei auf den beiden Verteilerrohren montierte Schubrohre gestützt. Alle Bürstenköpfe, Schubrohre und Verteilerrohre sind hohl. An den Längsseiten der Bürstenköpfe sind Löcher mit ca. 3 mm Durchmesser angebracht (17 in Abb. 1). Der Abstand zwischen zwei benachbarten Löchern beträgt ca. 15 mm. Das während der Reinigungsphase eingepumpte flüssige Produkt kann durch Produkt zulauf, Verteilerrohre, Schubrohre, Bürstenköpfe und durch die kleinen Löcher austreten. Alle Bürsten, Bürstenköpfe, Schubrohre und die zwei Verteilerrohre bilden einen starren Körper, der mittels Motor und Zahnrad- und Schrauben getriebe hin und her bewegt werden kann.

2.2 Wirkungsweise 2.2.1 Allgemeines

Bei dem Düsen-Fallfilmverdampfer werden alle wärmeaustauschenden Oberflächen durch das automatische Reinigungssystem ohne Unterbrechung des Produktions prozesses gereinigt. Während des Betriebes fährt das Reinigungssystem in frei wählbaren Zeitintervallen hin und her, um die Oberflächen zu reinigen. Ein Reinigungszyklus dauert ca. 25 Sekunden. Danach bleiben die Bürsten bis zum nächsten Reinigungszyklus an ihrer Ruheposition (S-S in Abb. 1). Durch diese on line-Reinigung können Foulingwiderstände fast bis auf null reduziert werden.

2.2.2 Speisung

Das einzudampfende Produkt wird von einer Pumpe durch einen Vorwärmer und Filter und durch das Produktzulaufrohr (6 Abb. 1) in das Produktaufgabesystem gedrückt. Von hier wird es mit einem bestimmten Druck durch die Flachstrahl düsen versprüht und gelangt mit einem Einfallswinkel von ca. 20° auf die Wände der Verdampferkammern des Wärmeaustauschers. Der Neigungswinkel der Düsen (ca. 20°), der Sprühnebel-Kegelwinkel (110°), der Abstand zwischen zwei benachbarten Düsen und der Abstand zwischen Düsen und Verdampferkammer- Oberflächen sind so aufeinander abgestimmt, daß mindestens eine zwanzig prozentige Überlagerung der Sprühnebel von zwei benachbarten und in die gleiche Richtung arbeitenden Düsen gewährleistet ist. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit auf den Wände der Verdampferkammern (vgl. Abb. 3).

In der Zone, in der die Sprühnebel auf die Wärmetauscher-Flächen auftreffen, ist die Verteilung der Flüssigkeit sehr ungleichmäßig, so daß hier eine erhöhte Fouling-Gefahr besteht. Um Fouling-Prozesse möglichst zu unterbinden, wird dieses Gebiet durch die in Abschnitt 2.1.3 beschriebene Kühlzone gekühlt.

2.2.3 Verdampfung und Abscheidung

Der an die Oberflächen der Verdampferkammern gesprühte Produktstrom besitzt eine hohe Anfangsgeschwindigkeit und bildet in der Auftreffzone einen flüssigen Film mit gleichmäßiger Stärke. Durch den Schwerkrafteinfluß wird er weiter beschleunigt, überwindet den Reibungswiderstand zwischen Flüssigkeit und Wänden und fließt in gleichmäßiger dünner Schicht schnell nach unten.

Brüden und Konzentrat treten über das Produktablauf-Rohr (11 in Abb. 1) in den Abscheider ein, wo sie voneinander getrennt werden.

2.2.4 Automatische Reinigung

Durch die Reinigungsautomatik werden die Wärmetauscher-Oberflächen ständig gereinigt. Um das Entstehen von trockenen Flächen, wie sie bei der Aufwärts bewegung der Bürsten entstehen, zu vermeiden (Trockene Flächen begünstigen das Fouling), werden die folgenden Maßnahmen getroffen:

a) Die Reinigungsbürsten sind so gestaltet, daß zwischen den Borsten dreieckige Produktdurchtrittsöffnungen entstehen (15 in Abb. 1), so daß die von den aufwärts bewegten Bürsten gesammelte Flüssigkeit nach unten abfließen kann.
b) Wenn sich die Bürsten aufwärts bewegen, wird automatisch ein Ventil geöffnet und ein Teil des flüssigen Produktes, wie in Abschnitt 2.1.4 beschrieben, fließt durch den Produktzulauf (1 in Abb. 1), die Verteilerrohre (2 in Abb. 1) und die Schubrohre (3 in Abb. 1) in die Bürstenköpfe, wo es durch die seitlich angeord neten Löcher austritt und die Wärmetauscher-Flächen benetzt.
c) Unterhalb der Löcher ist an jedem Bürstenkopf eine weitere, weiche Verteil bürste installiert, die das flüssige Produkt gleichmäßig an den Oberflächen verteilt.

Bei der Abwärtsbewegung der Bürsten wird des Ventil automatisch geschlossen. Wenn die Geschwindigkeit der sich abwärts bewegenden Bürsten geringer ist als die des Fallfilms, entstehen keine trockenen Flächen.

Claims

1. Fallfilmverdampfer zum Einsatz in der chemischen und der Lebensmittel industrie, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallfilmverdampfer aus einem Flachstrahldüsen-Verteilersystem zur Produktaufgabe, einem Wärmeaustauscher mit einer Reihe schmaler, recht eckiger und senkrechter Kammern und einem während der Produktion arbei tenden automatischen Reinigungssystem besteht.

2. Flachstrahldüsen-Verteilersystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Produkt durch entsprechend angeordnete Flachstrahldüsen gleichmäßig an die Wärmetauscher-Flächen verteilt werden kann.

3. Automatische Reinigungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Bürsten oder ähnlichen Vorrichtungen besteht und mit Hilfe eines Antriebssystems an den Wärmetauscher-Flächen während des Produktionspro zesses hin und her bewegt werden kann, um die Wärmetauscher-Flächen zu reinigen.