DE4106112A1 - Vorrichtung zum eindicken von fluessigkeiten, insbesondere natursaeften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eindicken von Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen, insbesondere von Na­ tursäften, mit einem die Flüssigkeit aufnehmenden Behälter mit Brüdenabzug und einem Heizkörper, der innerhalb der im Behälter eingestellten Flüssigkeitssäule angeordnet ist.

Zum Eindicken von Flüssigkeit mit Feststoffanteilen wer­ den Verdampfer mit stationärem Heizkörper oder auch Um­ laufverdampfer eingesetzt. Letztere zeichnen sich durch eine größere Verdampferleistung aus, versagen jedoch bei viskosen Produkten bzw. bei stärkerer Feststoffkonzentra­ tion in der Flüssigkeit. Herkömmliche Dünnschichtverdamp­ fer mit fest stehenden Verdampfungsflächen weisen eine zu geringe Verdampfungsleistung auf, während solche mit rotierenden Verdampferflächen mit sehr dünnen Flüssig­ keitsfilmen arbeiten, die sich bei größeren Feststoffteil­ chen nicht mehr einhalten lassen. Die Teilchen fließen nicht mit, der Film reißt auf und es kommt zu lokalen Überhitzungen, die wiederum zu Anbackungen und Verkru­ stungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung des eingangs genannten Aufbaus so auszubilden, daß eine hohe Verdampfungsleistung erzielt wird und ein Ein­ dicken der Flüssigkeit bis zu relativ hohem Feststoff­ anteil möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Heizkörper als im Behälter umlaufender Rotor ausge­ bildet und aus mehreren im wesentlichen parallelen, mit geringem axialem Abstand angeordneten, sich von der Rotor­ achse nach außen erstreckenden Platten gebildet ist, wo­ bei jeder zweite Raum zwischen benachbarten Platten einen gegenüber der Flüssigkeit abgeschlossenen Heizraum bildet, während die jeweils dazwischen liegenden Räume nahe der Rotorachse und an ihrem Umfang zum Behälterinnenraum offen sind.

Zwischen den mit geringem axialen Abstand angeordneten Platten werden rotationssymmetrische Spalte gebildet, die abwechselnd als Heizraum und als Verdampfungsraum dienen, in dem die zwischen den Heizräumen befindlichen Räume nahe der Rotorachse und außen zu der im Behälter vorhandenen Flüssigkeit offen sind. Durch den Umlauf des Rotors wird die Flüssigkeit zwischen den Platten nach außen zentrifugal beschleunigt, also ständig von innen her "angesaugt" und nach außen transportiert. Aufgrund des geringen Abstandes zwischen den benachbarten Heiz­ flächen, die einen Verdampfungsraum begrenzen, werden auf die Flüssigkeit hohe Strömungskräfte wirksam, die in Verbindung mit einer entsprechend hohen Geschwindig­ keit für eine ständige Reinigung des Raums sorgen, so daß sich Feststoffpartikel nicht an den Heizflächen fest­ setzen können. Der Rotor wirkt dabei nicht nur als bloßer Heizkörper, sondern zugleich als Pumpe, wobei die Frik­ tion zwischen der Flüssigkeit und den die Heizräume be­ grenzenden Platten deren Reinhaltung besorgt. Der Wärme­ träger kann in den Heizräumen so geführt sein, daß er gleichfalls aufgrund der Zentrifugalkräfte von innen nach außen transportiert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Rotor ein einen Wärmeträgerraum bildendes Unterteil aufweist, das in seinem Zentrum und an seinem Umfang die stapelförmig zusammengefügten Platten trägt.

Die vorliegende Ausführungen zeigen sich vor allem durch einfache und konstruktiven Aufbau auf, in dem für den Rotor eine selbsttragende Bauweise gebildet ist. Über das Unterteil wird der Wärmeträger für die Heizräume zu­ geführt. Beispielsweise kann das Unterteil über eine hoh­ le Antriebswelle des Rotors an einen Wärmeträgerkreislauf angeschlossen sein.

Eine einfache Bauweise ergibt sich dann, wenn die Plat­ ten nahe der Rotorachse und nahe ihrem Umfang über mehrere symmetrisch verteilte Schraubbolzen mit Distanzstücken miteinander und mit dem Unterteil verbunden sind.

Auf diese Weise läßt sich der Rotor an den jeweiligen Bedarfsfall (Behältervolumen, Verdampfungsleistung etc.) problemlos anpassen, indem eine entsprechend große Anzahl von Platten stapelartig zusammengesetzt und über die Schraubbolzen miteinander verspannt werden.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Heizräume nahe der Rotorachse über wenigstens einem achsparallelen hohlen Bolzen mit dem Wär­ meträgerraum im Unterteil und am Umfang mit wenigstens ei­ nem weiteren achsparallelen, in das Unterteil mündenden hohlen Bolzen in Verbindung stehen. Zweckmäßigerweise bilden sämtliche Schraubbolzen die hohlen Bolzen zur Zu­ führung bzw. Ableitung des Wärmeträgers.

Handelt es sich um einen dampfförmigen Wärmeträger, so fällt an den außen angeordneten Bolzen das Kondensat an, das aufgrund des umlaufenden Rotors sich außen sammelt und dort von einem Schälrohr abgenommen werden kann.

Um ein Mitdrehen der Flüssigkeit im Behälter aufgrund des Umlaufs des Rotors zu vermeiden, ist vorgesehen, daß in dem Behälter oberhalb des Rotors und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels strömungsbrechende Einbauten ange­ ordnet sind.

Bei diesem Einbau kann es sich um kreuzweise innerhalb des Behälters angeordnete Platten, Leisten oder dergleichen handeln.

Die die Heizräume und die Verdampfungsräume begrenzenden Platten können bezüglich dar Rotorachse in Radialebenen angeordnet sein. Auf diese Weise ergibt sich eine beson­ ders flache Bauweise. Stattdessen kann aber auch vorge­ sehen sein, daß die Platten zumindest auf einem Teil ih­ rer radialen Erstreckung kegelförmig nach außen ansteigen. Hierdurch lassen sich bei gleicher radialer Ausdehnung die Strömungswege in den Verdampfungsräumen verlängern und die wirksamen Scherkräfte weiterhin erhöhen. Dies läßt sich stattdessen oder mit zusätzlicher Wirkung da­ durch erreichen, daß die Platten zumindest auf einem Teil ihrer radialen Erstreckung als Wellplatten ausgebildet sind.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von zwei in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen be­ schrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt der Vorrich­ tung;

Fig. 2 einen Axialschnitt einer ande­ ren Ausführungsform des Rotors gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 3; und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Rotor gemäß Fig. 2.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist einen Behälter 1 auf, der aus einem Unterteil 2 und einem mit diesem über Flan­ sche 3 lösbar verbundenen Oberteil 4 besteht. Der Behäl­ ter ist bis zu dem mit 5 bezeichneten Niveau mit der ein­ zudickenden Flüssigkeit gefüllt. Er weist einen Konzen­ trat-Abzug 6 und einen Brüdenabzug 7 mit vorgeschaltetem Tropfenabschneider 8 auf. Das flüssige Ausgangsprodukt wird über die Speiseleitung 9 in den Behälter 1 aufgege­ ben.

Innerhalb das Behälters 1 und unterhalb des Flüssigkeits­ spiegels 5 ist ein Rotor 10 angeordnet, der den Heizkör­ per bildet. Der Rotor 10 ist mit einer Hohlwelle 11 ver­ bunden, die von einem außerhalb des Behälters angeordne­ ten Motor 12 getrieben wird und gegenüber dem stationären Unterteil 2 des Behälters 1 über Gleitringdichtungen ab­ gedichtet ist. An die Hohlwelle 11 ist über eine Gleit­ ringdichtung oder dergleichen ein Rohrstutzen 13 ange­ schlossen, über den der Wärmeträger für den Heizkörper, z. B. Heizdampf, zugeführt wird, wie dies mit den Rich­ tungspfeilen angedeutet ist.

Der Rotor 10 weist ein Unterteil 14 mit einem sich von der Hohlwelle 11 konisch nach außen erweiternden Rotor­ mantel 15 auf, der an seinem oberen Ende bei 16 flansch­ artig nach innen eingezogen ist. Das Unterteil 15 mit dem nach innen eingezogenen Flansch 16 bildet den Träger für den eigentlichen Heizkörper, der aus einer Vielzahl von mit geringem axialen Abstand voneinander angeordneten, parallelen Platten gebildet ist. Benachbarte Platten 17, 18 bilden jeweils einen gegenüber dem Behälter-Innenraum bzw. der darin befindlichen Flüssigkeit abgeschlossenen Heizraum 19, während die jeweils dazwischen liegenden Räume 20 sowohl im Bereich des Zentrums bei 21 als auch am Umfang zur Flüssigkeit hin offen sind. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Platten 17, 18 auf einem Teil ihrer radialen Erstreckung als Kegelflächen ausgebildet. Im übrigen sind sie durch eine Mehrzahl von Schraubbolzen 24, 25 mit Distanzstücken 26, 27 miteinander und mit dem Flansch 16 des Unterteils 15 bzw. einem mittig angeordne­ ten Boden 23 verbunden und auf Abstand gehalten. Die innen liegenden Schraubbolzen 24 und die außen liegenden Schraub­ bolzen 25 sind hohl ausgebildet und mit ihrer Bohrung zum Unterteil 14 hin offen. Ferner weisen die hohlen Schraub­ bolzen 24, 25 und die Distanzstücke 26, 27 Querbohrungen 28, 29 auf, über die eine Verbindung zu den Heizräumen 19 hergestellt ist.

Unterhalb das Tragflanschs 16 des Unterteils 15 ist ei­ ne Sammelrinne 30 für das Kondensat im Falle der Verwen­ dung eines dampfförmigen Wärmeträgers ausgebildet, in die ein Schöpfrohr 31 eingreift, das in das Zentrum des Rotors geführt und dort als zentrales Ableitungsrohr 32 durch die hohle Antriebswelle 11 nach außen geführt ist. Das Ableitungsrohr 32 greift mit seinem im Unterteil be­ findlichen oberen Ende in ein Stützlager 33 ein, um ein Vibrieren das Ableitungsrohrs zu verhindern.

Oberhalb des Rotors 10 und noch unterhalb des Flüssig­ keitsspiegels 5 sind in dem Behälter 1 strömungsbrechen­ de Einbauten 34, z. B. in Form eines Plattenkreuzes oder dergleichen eingesetzt.

Bei Umlauf des Rotors 10 wird die Flüssigkeit in dem axial offenen Zentrum 35 angesaugt und tritt bei 21 in die Räume 20 zwischen den Heizräumen 19 ein, wird dort zentrifugal nach außen beschleunigt und tritt bei 22 wieder in den Behälter aus. Auf dieser Strecke, insbesondere beim Austritt wird ein Teil der Flüssigkeit verdampft, so daß mit zunehmender Betriebsdauer der Behälterinhalt ein­ gedickt wird. Eine weitere Verdampfung findet durch Wärme­ austausch am Rotormantel 15 des Unterteils 14 statt. Trotz der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffanteile, z. B. der Pulpe bei Gemüse- und Obstsäften, kommt es aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit und der erheblichen Scherkräfte in den Räumen 20 nicht zu Verstopfungen bzw. zu Anbackungen, Verkrustungen oder dergleichen an den Heizflächen der Heizräume 19. Der über den Stutzen 13 und die hohle Antriebswelle 11 zugeführte Wärmeträger tritt über die hohlen Schraubbolzen 24 nahe der Rotorachse in die Heizräume 19 ein, durchströmt die Heizräume und ge­ langt über die Austrittsöffnungen 29 in die hohlen Schraub­ bolzen 25, um von dort wieder in das Unterteil 14 zurück­ zuströmen. Dabei anfallendes Kondensat wird nach außen getrieben und mit dem Schälrohr 31 aus dem Unterteil 14 weggeführt. Der abgedampfte Flüssigkeitsverlust beim Ein­ dicken kann über die Speiseleitung 9 stets bis zum Flüs­ sigkeitsniveau 5 kompensiert werden, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist. Das Konzentrat wird dann über den Stutzen 6 abgepumpt. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet absatzweise. Eine kontinuierliche Arbeitsweise ist jedoch möglich.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Platten 17, 18 in Radialebenen angeordnet sind, so daß sich auch die Heizräume 19 und die dazwischen lie­ genden Verdampfungsräume 20 im wesentlichen radial er­ strecken. Dadurch ergibt sich eine geringere Bauhöhe.

Für den Betrieb der Vorrichtung wird die Drehzahl - ge­ gebenenfalls in Abhängigkeit vom Eindickungsgrad - vor­ zugsweise so gewählt, daß das in den Räumen 20 vom Dreh­ zentrum nach außen strömende Produkt aufgrund der star­ ken Strömung und der Friktionskräfte schwach überhitzt wird und dabei nicht verdampft, sondern der Verdampfungs­ prozeß erst beim Austritt bei 22 stattfindet. Die ent­ spannte Flüssigkeit wird dann wieder in das Rotorzentrum eingesaugt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Eindicken von Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen, insbesondere von Natursäften, mit einem die Flüssigkeit aufnehmenden Behälter mit Brüdenabzug und einem Heizkörper, der inner­ halb der im Behälter eingestellten Flüssigkeits­ säule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper als im Behälter (1) umlaufender Rotor (10) ausgebildet und aus mehreren im wesent­ lichen parallelen, mit geringem axialem Abstand angeordneten, sich von der Rotorachse nach außen erstreckenden Platten (17, 18) gebildet ist, wo­ bei jeder zweite Raum (19) zwischen benachbarten Platten einen gegenüber der Flüssigkeit abge­ schlossenen Heizraum bildet, während die jeweils dazwischen liegenden Räume (20) nahe der Rotor­ achse und an ihrem Umfang zum Behälterinnenraum offen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor (10) ein einen Wärmeträgerraum bildendes Unterteil (14) aufweist, das in seinem Zentrum und an seinem Umfang die stapelförmig zu­ sammengefügten Platten (17, 18) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Unterteil (14) über eine hohle Antriebswelle (11) des Rotors (10) an einem Wärme­ trägerkreislauf angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Platten (17, 18) nahe der Rotorachse und nahe ihrem Umfang über mehrere symmetrisch verteilte Schraubbolzen (24, 25) mit Distanzstücken miteinander und mit dem Unterteil (14) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizräume (19) nahe der Rotorachse über wenigstens einem achsparallelen hohlen Bolzen (24) mit dem Wärmeträgerraum im Un­ terteil (14) und am Umfang mit wenigstens einem weiteren achsparallelen, in das Unterteil münden­ den hohlen Bolzen (25) in Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schraubbolzen (24, 25) die hohlen Bolzen zur Verbindung der Heizräume mit dem Wärmeträgerraum im Unterteil (14) bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (1) ober­ halb des Rotors (10) und unterhalb des Flüssigkeits­ spiegels (5) strömungsbrechende Einbauten (34) an­ geordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Platten (17, 18) be­ züglich der Rotorachse in Radialebenen angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Platten (17, 18) zu­ mindest auf einem Teil ihrer radialen Erstreckung kegelförmig nach außen ansteigen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Platten (17, 18) zu­ mindest auf einem Teil ihrer radialen Erstreckung als Wellplatten ausgebildet sind.