FALL STREAM EVAPORATOR

Abstract: To ensure uniform wetting of the heating tubes, it is proposed to provide restriction elements in the form of floats which, as a result of constant liquid level, float in a position equidistant from the tubes on the liquid which is to be evaporated.

Description: Fallstromverdampfer Die Erfindung betrifft einen Fallstromverdampfer mit in Rohrböden befestigten, beheizbaren Rohren, mit einer Verteilerkammer im oberen Teil des Verdampfers zum Zuführen und gleichmässigen Verteilen der Flüssigkeit auf die Rohre des Verdampfers und mit Drosselelementen, die mit den Rohren des Verdampfers Ringspalte bilden, wodurch die einzudampfende Flüssigkeit den Innenflächen der Rohre zugeführt wird. Um eine einwandfreie Arbeitsweise bei Fallstromverdampfern gewährleisten zu können, ist eine in jedem Heizrohr gleichmässig strömende Flüssigkeitsmenge und ein an den Rohrwänden gleichmässiger und geschlossener Flüssigkeitsfilm erforderlich. Ungleichmässige Flüssigkeitsbeaufschlagungen bewirken eine zu hohe Lösungskonzentration, ein Trockenlaufen der Rohre oder Verkrustungen, die eine schlechte Wärmeübertragung und das Entstehen von Wärinespannun- gen verursachen können. Bekannt sind statische und dynamische Flüssigkeitsverteilungen mit separat angeordneten Verteilerplatten und -wannen, sowie Drallkörpereinbauten in den Verdampferrohreinläufen. Darüber hinaus werden überstehende Rohrenden und Einsteckhülsen verwendet, bei denen die Heizrohrenden oder die auf die Rohrenden aufgesteckten Hülsen in der Flüssigkeitssäule stehen und bei denen die einzudampfende Flüssigkeit über die Rohroberkanten in die Heizrohre läuft. Dieser Über lauf besitzt jedoch den Nachteil, dass ein grosser Teil der Flüssigkeit durch die Verdampferrohre frei nach unten fällt, ohne mit der Heizwand in Berührung zu kommen. Darüber hinaus zeigen diese Konstruktionen nicht nur ein schlechtes Teillastverhalten, sondern besitzen auch keine Möglichkeit zur exakten Niveauregelung der Flüssigkeit. In der DE 23 33 885 C3 ist schon bei Fallfilmver dampfern der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, dass die Drosselelemente in Form von Hohlkugeln ausgebildet sind, die auf den Öffnungen der Verdampferrohre frei aufliegen. Das Anheben und Absenken der Kugeln wird durch einen Pulsator bewirkt, der in der Verteilerkammer periodisch einen Unterdruck gegenüber dem Druck in den Rohren erzeugt. Zur Begrenzung der senkrechten Bewegung der Kugeln dient eine gelochte Begrenzungsplatte, die innerhalb der Verteilerkammern oberhalb der Kugeln und parallel zum Rohrboden angebracht ist. Die sich frei nach oben und unten bewegenden Kugeln sorgen für einen pulsierenden Zustand des an den Rohren herabfliessenden Filmes der zu verdampfenden Flüssigkeit, wodurch dieser Film noch verwirbelt wird. Nachteilig sind bei diesem Fallfilmverdampfer die hohen Herstellungskosten sowie die aufwendige Betriebsweise. Darüber hinaus bewirkt der pulsierende Zustand in der Regel eine Beunruhigung der Flüssigkeitsoberfläche, damit schwankende hydrostatische Drucke und als Folge hiervon eine ungleichmässige Benetzung der Heizrohroberflächen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der durch einen gleichmässigen Einlaufquerschnitt der über die Heizrohrenden strömenden Flüssigkeit eine gleichmässige Benetzung der Heizrohre gewährleistet, wobei der Fallstromverdampfer möglichst einfach gebaut sein soll und eine zuverlässige Leistungsregelung für jede der zu verdampfenden Flüssigkeiten ermöglicht. Die Aufgabe wird durch einen Fallstromverdampfer der eingangs genannten Art gelöst, bei dem als Drosselelemente Schwimmkörper vorgesehen sind, die durch gleichbleibende Flüssigkeitshöhe in äquidistanter Lage von den Rohren (Rohrenden) auf der Flüssigkeit schwimmen. Im Unterschied zu dem in der eingangs genannten Patentschrift beschriebenen Fallfilmverdampf er kann auf die Bewegung der Drosselelemente steuernde Elemente wie Pulsatoren und Hubbegrenzer völlig verzichtet werden. Der bzw. die Schwimmkörper tauchen nach dem archimedischen Prinzip entsprechend tief ein, so dass über die Flüssigkeitshöhe automatisch der Abstand der Schwimmkörper von den Rohrenden bestimmt ist. Durch den ruhig schwimmenden Schwimmkörper entstehen auch keine turbulenten Flüssigkeitsbewegungen; es dringt in Abhängigkeit der Flüssigkeitshöhe durch den zwischen Rohrende und Schwimrakörper verbleibenden Spalt nur so viel Flüssigkeit in die Heizrohre wie gewünscht wird. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist für alle Rohre nur ein Schwimmkörper vorgesehen, der insgesamt eine "Begradigung" der Flüssigkeitsoberfläche gewährleistet. Bevorzugt wird der oder werden die Schwimmkörper über Arretierungsvorrichtungen in im wesentlichen über die Waagerechte konstanter Lage gehalten, wobei die einfachste Arretierungsvorrichtung aus einer oder mehreren senkrecht angeordneten Stangen besteht, deren Ende in einer Bohrung des Schwimmers bzw. Bohrungen des Schwimmers eingreift. Aus fertigungstechnischen Gründen empfiehlt es sich bei grossen Fallstromverdampferanlagen mit mehreren hundert Rohren den einzigen Schwimmkörper so zu konstruieren, dass dessen Segmente über Steck- oder Schraubverbindungen zusammengehalten werden. Bevorzugt werden ganz oder teilweise alsHohlX#rper ausgebildete Schwimmkörper, da dann als Material auch solche Stoffe Verwendung finden, die spezifisch schwerer als die zu verdampfende Flüssigkeit sind. Im einfachsten Falle ist der Schwimmkörper quader- oder zylinderförmig, jeweils mit geringer Höhe. Die bei industriell betriebenen Fallstromverdampfern üblichen Fertigungsgenauigkeiten reichen in der Regel aus, um alle Rohrenden des Fallstromverdampfers in einer Höhe enden zu lassen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die in Folge von Fertigungsfehlern gegebenen ungleichen Höhenstände der oberen Rohrkanten durch über die Rohrenden aufsteckbare Hülsen ausgeglichen werden. Schliesslich ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform über die Eintauchtiefe des Schwimmers die Leistung des Verdampfers regelbar, im einfachsten Fall über die in das druckgeregelte System zurückgeführte Flüssigkeitsmenge, d.h. dieim3/h/cm messbare zu verdampfende Lösung in die Verdampferrohre und die Konzentration geregelt werden können. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Fallstromverdampfer in schematischer Darstellung und Fig. 2 einen Schnitt durch ein Heizrohr ende mit aufgesteckter Hülse. Der in Fig. 1 dargestellte Fallstromverdampfer besteht im wesentlichen aus einer Der 1 mit senkrecht angeordneten Heizrohren 2, die als Verdampferrohre ausgebildet in einem Rohrboden 3 stehen. Die Kammer 1 besitzt einen seitlichen Stutzen 4, über den die zu verdampfende Flüssigkeit mittels einer Zulaufregelung 5, die mit einem Höhenstandsanzeiger 6 gekoppelt ist, zugeführt wird. Als Reservoir der zu verdampfenden Flüssigkeit dient ein Vorratsbehälter 7, der in nach dem Stand der Technik bekannter Weise mit Zulaufleitungen 8, einem Über- lauf 9 sowie einem Dampfabscheider 10 ausgestattet ist. Über den Enden der Heizrohre 2 schwimmt ein Schwimmkörper 11 auf der über dem Rohrboden 3 gestauten, zu verdampfenden Flüssigkeit, die durch gleichmässig über den Umfang eines ringförmigen Leitbleches 12 vorgesehene Überlauföffnungen 13 vom Raum A in den das Bündel von Heizrohren 2 enthaltenen Innenraum B gelangt. Der Schwiimnkörper 11 besteht im vorliegenden Fall aus einem Kunststoffhohlkörper in Zylinderform, dessen Eintauchtiefe in die zu verdampfende Flüssigkeit sich nach dem Archimedes-Prinzip ergibt. Der Schwimmer weist etwa in Höhe seiner Längsachse eine Bohrung auf, in die eine senkrecht vom Verdampferdach ragende und dort befestigte Stange 14 als Führung eingreift, die zwar ein seitliches Verschieben des Schwimmkörpers 11 ver hindert, jedoch eine vertikale Bewegung ermöglicht. Der Schwimmkörper 11 ist zudem mit einer Höhenkontrolleinrichtung 15 ausgestattet, die über den Stutzen 4 den Zulauf an zu verdampfender Flüssigkeit steuert. Der erfindungsgemässe Fallstromverdampfer arbeitet folgendermassen: Über den Vorratsbehälter 7, die Zulaufregelung 5 und den Stutzen 4 wird die zu verdampfende Flüssigkeit, z.B. Saft, in den Raum A eingelassen, wobei der Höhenstandsanzeiger 6 dafür sorgt, dass die flüssigkeitsspezifische Füllstandshöhe h2 nicht über- oder unterschritten wird, so dass sich ein konstanter Flüssigkeitsdruck einstellt, wodurch Flüssigkeit in den Innenraum B gepresst wird, wo sich eine ebenfalls konstante Flüssigkeitshöhe h1 einstellt. Auf der in dem Innenraum B gestauten Flüssigkeit schwimmt der Schwimmkörper 11, der im Hinblick auf das spezifische Gewicht der Flüssigkeit so ausgewählt ist, dass zwischen seiner Unterkante und den Rohrenden ein Spalt der gewünschten Breite s entsteht. Z.B. bei Zuckersäften beträgt die Spaltbreite 5 mm. Grosse Fallstromverdampfer besitzen bei Verdampfer 2 flächen von 400 bis 3500 in ca. 660 bis 3500 Rohre 2, so dass sich eine Schwimmkörperbodenoberfläche bis zu 3,3 m Durchmesser ergibt. Sollte die Fertigungsgenauigkeit bei den Rohrenden, die alle gleich hoch abschliessen müssen, nicht ausreichen, bietet es sich an, auf die Enden der zu kurzen Rohre gemäss Fig. 2 eine Aufsteckhülse 16 zum Höhenausgleich aufzusetzen.

Claims: Ansprüche 1. Fallstromverdampfer mit in Rohrböden befestigten, beheizbaren Rohren, mit einer Verteilerkammer im oberen Teil des Verdampfers zum Zuführen und gleich mässigem Verteilen der Flüssigkeit auf die Rohre des Verdampfers und mit Drosselelementen, die mit den Rohren des Verdampfers Ringspalte bilden, wodurch die einzudampfende Flüssigkeit den Innenflächen der Rohre zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosselelemente Schwimskörper vorgesehen sind, die durch gleichbleibende Flüssigkeitshöhe in äqui distanter Lage von den Rohren auf der F##lüssigkeit schwimmen. 2. Fallstromverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass für alle Rohre nur ein Schwimmkörper vorgesehen ist. 3. Fallstromverdampfer nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schwimmkörper über eine Arretierungsvorrichtung in im wesentlichen über die Waagerechte konstanter Lage gehalten werden. 4. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsvorrich tung aus einer senkrecht angeordneten Stange besteht, deren Ende in eine Bohrung des Schwimmers eingreift. 5. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper aus Segmenten besteht, die über Steck- oder Schraubver bindungen zusammengehalten werden. 6. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper ganz oder zum Teil als Hohlkörper ausgebildet ist. 7. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen quader- oder zylinder förmigen Schwimmkörper. 8. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge von Ferti gungsfehlern(-toleranzen) gegebenen ungleichen Höhen stünde der oberen Rohrkanten durch über die Rohrenden aufsteckbare Hülsen ausgeglichen sind. 9. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über die Eintauchtiefe des Schwimmers die zuzuführende Menge der zu ver dampfenden Lösung in die Verdampferrohre und die Konzentration geregelt werden können.

Inventors: NIESTROJ, JOACHIM
Applicants: FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRAENKTER HAFTUNG
Application year: 1986
Main classification: B01D1
IPC codes: B01D1