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 Allgemeine Beschreibung
Grundlagen Dünnschichtverdampfung ist die thermische Abtrennung von Stoffen aus einem mechanisch erzeugten, dünnen und hochturbulenten Flüssigkeitsfilm. Die Flüssigkeit kommt nach dem Eintritt in den Dünnschichtverdampfer mit dem Rotor in Berühung: sie wird durch einen Verteilring gleichmässig auf den Umfang verteilt, von den ersten, darunterliegenden Rotorblättern erfasst und als Film (0.5 ? 3.5 mm) auf die beheizte Wand verteilt. Vor jedem Rotorblatt bildet die Flüssigkeit eine Bugwelle (Abb. 1). Diese wird vom Rotorblatt aufgenommen und geht im Spalt zwischen Rotor und Wand in eine hochturbulente Zone über, in der es in radialer Richtung zu intensivem Wärme- und Stoffaustausch kommt. Die hohe Turbulenz sorgt auch bei viskosen Flüssigkeiten für hohe Wärmeübergangszahlen. Durch die intensive Produktdurchmischung in der Bugwelle werden auch temperaturempfindliche Produkte vor Ueberhitzung geschützt und der Belagbildung auf der Heizfläche entgegengewirkt.
Arbeitsweise von vertikalen Dünnschichtverdampfern Bei vertikalen Dünnschichtverdampfern (Abb. 2) wird das zu behandelnde Produkt kontinuierlich oberhalb des Heizmantels eingespeist und mittels eines Verteilringes gleichmässig auf die Heizfläche verteilt. Das Produkt wird von den Flügeln des Rotors ergriffen und sofort als dünner Film von großer Turbulenz über die Heizwand ausgebreitet (Abb. 1). Die flüchtigen Komponenten verdampfen rasch, strömen im Gegenstrom zur Flüssigkeit nach oben und passieren den rotierenden Abscheider. Mitgerissene Tröpfchen oder Schaum werden hier ausgeschleudert und fliessen in die Verdampfungszone zurück. Die von den Flüssigkeitsanteilen befreiten Produktdämpfe (Leichtsieder) gelangen in die Kondensationsanlage, in eine Kolonne oder in eine andere nachgeschaltete Verfahrensstufe. Für spezielle Anwendungen kommen auch Dünnschichtverdampfer zum Einsatz, die nach dem Gleichstromprinzip arbeiten. Dabei entfällt der Abscheider und der obere Produktdampfstutzen (Brüdenstutzen). Stattdessen wird ein Abscheidebehälter unterhalb des unteren Rotorlagers plaziert. Der nicht verdampfte Produktanteil (Schwersieder) fliesst innen an der Heizwand in einer schraubenförmigen Bahn nach unten, erreicht bei einmaligem Durchlauf in Sekunden das untere Ende der Heizzone und wird anschliessend aus dem Verdampfer ausgetragen. Bei vertikalen, konischen Dünnschichtverdampfern (Abb. 3) ist die Arbeitsweise im konischen Teil vergleichbar mit derjenigen der horizontalen, konischen Dünnschichtverdampfern.
Arbeitsweise von horizontalen Dünnschichtverdampfern Bei den horizontalen Dünnschichtverdampfern (Abb. 4) wird das zu behandelnde Produkt kontinuierlich am größten Durchmesser des Verdampferkörpers eingespeist, von den Flügeln des Rotors ergriffen und sofort als dünner Film von großer Turbulenz gleichmäßig über die Heizwand ausgebreitet. Infolge der Konizität teilt sich die auf den umlaufenden Flüssigkeitsring wirkende Zentrifugalkraft in eine senkrecht zur Heizwand und in eine in Richtung des größten Durchmessers gerichtete Kraftkomponente auf. Es entsteht dadurch ein Rückstau der Flüssigkeit in Richtung des Produkt-Eintrittsstutzens (Anmerkung: Der gleiche Effekt tritt im vertikalen, konischen Dünnschichtverdampfer auf). Durch den höheren Druck der Flüssigkeit am Einspeisestutzen wird der umlaufende Flüssigkeitsring in Richtung des kleineren Apparatedurchmessers gefördert. Dadurch ist gewährleistet, daß die gesamte Verdampferfläche mit Flüssigkeit benetzt ist, unabhängig davon, wieviel Produkt verdampft wird bzw. welche Menge eingespeist wird. Dadurch wird eine örtliche Überhitzung und Schädigung des Produktes im Grenzgebiet entnetzter Stellen ausgeschaltet.
Die sich bildenden Dämpfe (Leichtsieder) durchströmen den horizontalen Dünnschichtverdampfer im Gleichstrom und passieren den rotierenden Abscheider. Mitgerissene Tröpfchen oder Schaum werden hier ausgeschleudert und fließen in den Konzentratablauf (Schwersieder). Die von den Flüssigkeitsanteilen befreiten Dämpfe gelangen in die Kondensationsanlage, in eine Kolonne oder in eine andere nachgeschaltete Verfahrensstufe. |
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