Eindampfapparat für kontinuierliche Arbeitsweise.
Uni beim Eindicken von Flüssigkeiten, insbesondere von aromatischen und vitaminhaltigen, eine ungünstige Beeinflussung ihrer Qualität zu vermeiden, traehtet man danach, die Verbleibzeit des Eindampfgutes im Eindampfapparat möglichst abzukürzen. Hierzu eignen sieh sogenannte Dünnsehiehtenein damplel, bei welchen auf der einen Seite der lleizfläehe die zu verdampfende Flüssigkeit in dünnen Schichten fliesst, während die andere Seite beheizt wird. Deren Arbeitsweise ist meistens kontinuierlieh.
Die bekannten Rieselverdampfer arbeiten ebenfalls nach dem Diinnschichtenprinzip, indem das Dünngut an die Innenwand des Heizrohres gesprengt wird, dort herunterrinnt und allmählich eindickt. Eine Forcierung des Durchflusses ist aber mit dieser Apparatenart nur im untern Teil des Rohres durch den gebildeten Dampf möglich, weshalb sie sich für krustenbildendes Eindampf- gut nicht eignet.
Bei einem andern bekannten Eindampfer wird die einzudickende Flüssigkeit in ein Bündel von senkreeht stehenden, von aussen beheizten Rohren geführt, wobei sie im obern Teil durch den aufsteigenden Dampf hochgerissen und an die Rohrinnenwände gedrängt wird. In einem anschliessenden Separator wird dann die Trennung von Dampf und Konzentrat vervollständigt. Das Arbeitsprinzip, das diesem Eindampfapparat zu Grunde liegt, bedingt aber eine im Verhält- nis zur Leistung des Apparats beträchtliche Bauhohe.
Der erfindungsgemässe Eindampfapparat gehört ebenfalls wu der Gattung mit vertikalen Heizrohren, an deren Innenwänden die einzudampfende Flüssigkeit entlang geführt wird und an deren Aussenwänden die Beheizung erfolgt.
Die Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile bekannter Apparate wird dadurch ermöglieht, daIS in das Innere der Heizrohre je ein das Heizrohr auf der Seite des Flüssigkeitseintrittes abschliessender Verdrängerkörper gebracht ist, der eine Stange von kleinerem als dem Rohr-Innendurchmesser und eine an dieser Stange befe- stigte, den Mantelraum zwischen Heizrohr und Stange wenigstens teilweise durchzie- hende, schraubenförmige Rippe aufweist. Die einzudampfende Flüssigkeit ist dadurch genö- tigt, das Heizrohr in Sehraubenkanälen zu durehfliessen und wird dabei an die Rohrinnenwand geschleudert.
In der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 zwei Ausfiihrttngsbeispiele des Erfindungs- gegenstandes dargestellt, und zwar je im Längsschnitt. Fig. 3 zeigt eine Variante.
Das in Fig. 1 dargestellte, vertikal stehende Eindampfelement besteht aus drei Hauptteilen : dem zylindrischen Heizrohr 1, in welches das Eindampfgut und der Treibdampf durch die Leitungen 2, resp. 3 eintreten, einem oben resp. auf der Einströmseite, das Heizrohr abschliessenden Verdränger- körper 4 und einem Heizmantel 5.
Die Beheizung des Heizrohres 1 erfolgt an seiner Aussenseite. Zu diesem Zweck sehliesst diese mit dem lIeizmantel 5 den Heizraum 6 ein, in welchen der Heizdampf durch die Leitung 7 einströmt und durch die Leitung 8 naeh dem Kondenstopf ausfliesst. Im Heizraum 6 fliesst aber der Heizdampf nieht ein faeh in Längsriehtung von oben nach unten, sondern er wird dureh eine am Heizrohr angebrachte Rippe 9 schraubenartig durch diesen geführt.
Zufolge der so entstehenden Po tationsbewegung des Fleizdampfstromes wird das sich allmä.hlichbildendeKondenswasser nach den Aussenseiten des Schraubenkanals 10 geschleudert, also weg von der Heizfläche des Heizrohres 1. Auf dieser kann sich somit kein eigentlicher Kondenswasserfihn bilden, der den Wärmeübergang versehleehtern würde.
Eine weitere Massnahme zur Fernhalt. ung des Kondenswassers von der Heizfläehe des Heizrohres 1 besteht darin, das Rippenband SO gemäss Fig. 3 nach aussen etwas geneigt anzuoldnen und zwischen ihm und dem Heizmantel einen Spalt 31 zu belassen.
Bei von oben bis unten gleichbleibendem Querschnitt des Sehraubenkanals würde die Durchflussgeschwindigkeit des Heizdampfes zufolge der fortsehreitenden Kondensation und dadurch entspreehend vermindertem Dampfvolumen allmählich abnehmen. Eine Verschlechterung des Wärmeüberganges und eine Verminderung der Schleuderkraft auf das Kondenswasser wären die Folge. Um dies zu vermeiden, ist die Sehraubenrippe 9 mit naeh der Ausströmseite abnehmender Steigung s ausgeführt, wodurch der Querschnitt des Heizkanals 10 allmählich abnimmt, und die Durchflussgeschwindigkeit des Heiz- dampfes sich von oben bis unten ungefähr gleich bleibt.
In dieser Weise von aussen beheizt, liber- nimmt das Heizrohr 1 an seiner Innenfläche die Eindampfung oder Eindickung des durch die Leitung 2 eintretenden und durch Treibdampf aus der Leitung 3 vorwärtsgetriebenen Eindampfgutes. In das Heizrohr 1 ist ein Verdrängerkörper 4 eingebracht, der eine Stange 12 und eine an dieser befestigte Schraubenrippe 13aufweist. Er veranlasst das Eindampfgut, das Ileizrohr in einem schmalen Schraubenkanal 11 zu durchflie#en.
Da es dabei eine Rotationsbewegung @ ansführt, werden seine spezifiseh schwereren Partikel stärker nach aussen, also an die Heizrohr- innenwand geschleudert und bilden dort eine verhältnismä#ig dünne Schicht von allmäh- lich zunehmender Konzentration. Der durch die Leitung 3 eintretende Treibdampf wird dagegen mehr auf der Innenseite des Schraubenkanals, also der Verdrängerstange entlang strömen und reisst dabei das Ein- dampfgut, unterstützt durch sein Eigen- gewicht, mit hoher Geschwindigkeit mit sich.
Etc diese Strömungsgeschwindigkeit des note- misehes auf der ganzen Rohrlänge ungefähr constant zu halten, ist der Schraubenkanal dem allmählich wachsenden Volumen entsprechend mit zunehmendem Querschnitt vorgesehen. Dies wird dadurch erreieht, dass einerseits die Stange 12 nach der Ausströmseite allmählich dünner und anderseits die. Stei gung t der Schraubenrippe allmählich grö#er gehalten ist.
Am untern Ende des Heizrohres befindet sieh ein Kollektor 11, der das Kon zentrat durch den Stutzen 15 zu einem in der Zeichnung nieht ersichtlichen Konzentratbehälter und die Brüdendämpfe dureh den Rohrstutzen 16 zu einem Brüdenkondensator leitet. Zufolge dieser Betriebsweise kommt ein hoher Wärmedurchgangskoeffizient zustande, die Heizflächen sind gut ausgenutzt, und die Dauer des Kontaktes des Eindampfgutes mit der Heizfläche ist sehr kurz. Dies wirkt sieh auch günstig auf die Qualität des Konzentrates aus, besonders wenn dieses Aromastoffe und Vitamine enthält. Zu Reinigungszwecken kann der Verdrängerkörper nach Loden der Sehrauben 17 leicht ausgebaut werden.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der allgemeine Anfbau des Ein dampfelementes gleich wie beim ersten Beispiel. Die allmähliche Veränderung der Ka- nalquerschnitte 25, 26 wird hier jedoch auf andere Weise zustandegebraeht. Das Heizrohr 20 ist nämlieh nach der Austrittsseite ko nisch erweitert. Die Verdrängerstange 21 ist dagegen zylindrisch ausgebildet, und die Stei gungell der Sehraubenrippen 22 und 23 sind unveränderlich. Der Verdrängerkörper 24 als (ianzes baut sieh hier nach Losen der lutter 27 naell unten aus.
Für gewisse Fälle wird es vorteilhaft sein, wie in Fig. 3 dargestellt, die Sehraubenrippe 3: nient aux der ganzen Länge der Verdrängerstange, sondern mit Unterbrüchen oder gar nur teilweise anzubringen.
Anstatt fur die Beheizung des Apparates Frischdampf zu verwenden, könnte auch Thermokompression angewandt werden.
Ferner konnte für die Treibdampf beschiekung verdichteter Briidendampf oder ein anderes Medium verwendet werden. Je nach Art des Eindampf gutes wird Vakuum- oder rberdruckbetrieb geeigneter sein.
Auch zur Verarbeitung von schäumendem Eindampfgut eignet sieh der Apparat, da zufolge der hohen Durchflussgeschwindigkeit im Schraubenkanal des Verdrängerkorpers die Schaumblasen sofort zerstört und die Flüssig- keitspartikel energisch an die Heizfläche des Heizrohres geselilelidert werden. Ferner können salzabseheidende Flüssigkeiten mit Vorteil zur Verwendung kommen.
Kommt jedoch. Eindampfgut zur Verarbei tung, das zur Krustenbildung neigt, so wird der Verdrängerkörper an seinem obern Ende zweekmässigerweise mit einer Hilfsvorrieh- tung, z. B. einem Vierkantzapfen 18 (Fig. 1) und einer nicht gezeichneten Handkurbel versehen, mit der der Verdrängerkörper um seine Längsachse gedreht werden kann. Die Schraubenrippe 13 wirkt dann als Schaber für die an der Innenfläche des Heizrohres haftende Kruste. Dieser Mahlvorgang kann ein gelegentlicher, intermittierender oder ein dauernder sein.
Eine vollständige Eindampfanlage wird zweckmässigerweise aus einzelnen Bündeln von Eindampfelementen aufgebaut sein, wobei diese Bündel gruppenweise parallel oder hintereinander geschaltet sein können.
Evaporator for continuous operation.
When thickening liquids, especially aromatic and vitamin-containing liquids, in order to avoid an unfavorable influence on their quality, one should try to shorten the time the evaporated material remains in the evaporator as much as possible. For this, see so-called thin layers in which the liquid to be evaporated flows in thin layers on one side of the heating surface, while the other side is heated. Their way of working is mostly continuous.
The well-known trickle evaporators also work according to the thin-layer principle, in that the thin material is blasted onto the inner wall of the heating pipe, runs down there and gradually thickens. With this type of apparatus, however, it is only possible to force the flow in the lower part of the pipe through the steam formed, which is why it is not suitable for crust-forming evaporation material.
In another known evaporator, the liquid to be thickened is fed into a bundle of vertical, externally heated pipes, the upper part being torn up by the rising steam and forced against the pipe inner walls. The separation of steam and concentrate is then completed in a subsequent separator. The working principle on which this evaporation apparatus is based requires, however, a considerable height in relation to the output of the apparatus.
The evaporation apparatus according to the invention also belongs to the genus with vertical heating pipes, on the inner walls of which the liquid to be evaporated is guided and on the outer walls of which the heating takes place.
The avoidance of the above-mentioned disadvantages of known apparatus is made possible by the fact that a displacement body which closes the heating pipe on the side of the liquid inlet is brought into the interior of the heating pipes and which has a rod of smaller than the inner diameter of the pipe and one attached to this rod , the jacket space between the heating pipe and rod at least partially pulling through, has helical rib. The liquid to be evaporated is therefore required to flow through the heating pipe in vaulted ducts and is hurled against the inside wall of the pipe.
In the drawing, two embodiments of the subject matter of the invention are shown in FIGS. 1 and 2, each in a longitudinal section. Fig. 3 shows a variant.
The vertical evaporation element shown in Fig. 1 consists of three main parts: the cylindrical heating tube 1, into which the evaporation material and the motive steam through the lines 2, respectively. 3 enter, one above resp. on the inflow side, the displacement body 4 closing off the heating pipe and a heating jacket 5.
The heating pipe 1 is heated on its outside. For this purpose, this with the heating jacket 5 flows into the heating space 6, in which the heating steam flows in through the line 7 and flows out through the line 8 near the condensation trap. In the heating room 6, however, the heating steam never flows in a longitudinal direction from top to bottom, but is guided through a rib 9 attached to the heating pipe in a screw-like manner.
As a result of the resulting positional movement of the meat steam flow, the gradually forming condensation water is thrown towards the outside of the screw channel 10, i.e. away from the heating surface of the heating pipe 1. On this no actual condensation water film can form, which would impair the heat transfer.
Another measure to keep away. ung the condensation water from the heating surface of the heating pipe 1 consists in the rib strip SO according to FIG. 3 being slightly inclined to the outside and leaving a gap 31 between it and the heating jacket.
If the cross-section of the viewing duct remained the same from top to bottom, the flow rate of the heating steam would gradually decrease as a result of the continuing condensation and the resulting reduced steam volume. A deterioration in the heat transfer and a reduction in the centrifugal force on the condensation water would be the result. In order to avoid this, the veil rib 9 is designed with a slope s that decreases near the outflow side, as a result of which the cross section of the heating channel 10 gradually decreases and the flow rate of the heating steam remains approximately the same from top to bottom.
Heated from the outside in this way, the heating tube 1 takes over the evaporation or thickening of the evaporation material entering through the line 2 and driven forward from the line 3 by motive steam on its inner surface. A displacement body 4 is introduced into the heating tube 1 and has a rod 12 and a screw rib 13 fastened to it. It causes the evaporation material to flow through the Ileizrohr in a narrow screw channel 11.
Since it initiates a rotational movement @, its specifically heavier particles are thrown more strongly outwards, i.e. against the inner wall of the heating tube, and there form a relatively thin layer of gradually increasing concentration. The motive steam entering through the line 3, on the other hand, will flow more on the inside of the screw channel, that is, along the displacement rod, and in the process, supported by its own weight, pulls the material to be evaporated with it at high speed.
To keep this flow velocity of the note-misehes approximately constant over the entire length of the pipe, the screw channel is intended to correspond to the gradually increasing volume with an increasing cross section. This is achieved in that, on the one hand, the rod 12 gradually thins towards the outflow side and, on the other hand, the. The pitch of the screw rib is kept gradually larger.
At the lower end of the heating tube is a collector 11, which directs the concentrate through the nozzle 15 to a concentrate container not shown in the drawing and the exhaust vapors through the pipe socket 16 to a vapor condenser. As a result of this mode of operation, a high heat transfer coefficient is achieved, the heating surfaces are well utilized, and the duration of contact between the material to be evaporated and the heating surface is very short. This also has a positive effect on the quality of the concentrate, especially if it contains flavorings and vitamins. For cleaning purposes, the displacement body can easily be removed after loden the viewing hoods 17.
In the embodiment shown in Fig. 2, the general extension of the A steam element is the same as in the first example. The gradual change in the channel cross-sections 25, 26, however, is brought about in a different way. The heating tube 20 is namely expanded ko cally after the exit side. The displacer rod 21, however, is cylindrical, and the Stei gungell of the viewing ribs 22 and 23 are invariable. The displacement body 24 as (ianzes, see here after loosing the lutter 27 near the bottom.
For certain cases it will be advantageous, as shown in FIG. 3, to attach the visual cube rib 3: not along the entire length of the displacement rod, but with interruptions or even only partially.
Instead of using live steam to heat the apparatus, thermocompression could also be used.
Furthermore, compressed vapor or another medium could be used for the propellant steam supply. Depending on the type of evaporation, vacuum or overpressure operation will be more suitable.
The apparatus is also suitable for processing foaming evaporation material, as the high flow rate in the screw channel of the displacer immediately destroys the foam bubbles and vigorously slides the liquid particles onto the heating surface of the heating tube. Salt-separating liquids can also be used with advantage.
But comes. Evaporated material for processing that tends to form crusts, so the displacer is at its upper end in two ways with an auxiliary device such. B. a square pin 18 (Fig. 1) and a hand crank, not shown, with which the displacement body can be rotated about its longitudinal axis. The screw rib 13 then acts as a scraper for the crust adhering to the inner surface of the heating tube. This milling process can be occasional, intermittent or permanent.
A complete evaporation plant will expediently be constructed from individual bundles of evaporation elements, it being possible for these bundles to be connected in parallel or in series in groups.