Besfchreifeung

Die Erfindung betrifft einen Apparat zum Abtrennen von aus einer Produkt¬ flüssigkeit aufsteigendem Brüden, insbesondere Entspannungsbrüden.

In einer Vielzahl Prozesse fallen heiße Produktflüssigkeiten an, die durch Entspannungskühlung von Temperaturen oberhalb ihrer Siedetemperatur auf die Siedetemperatur gekühlt und aufkonzentriert werden. Es ist bekannt zur Entspannungskühlung Schwerkraftabscheider einzusetzen, in welchen der bei der Abkühlung entstehende Entspannungsbrüden von der auf Siede¬ temperatur sich abkühlenden Produktflüssigkeit getrennt wird. Bei herkömm¬ lichen Schwerkraftabscheidern muss die Brüdenaufstiegsgeschwindigkeit in dem Behälter des Schwerkraftabscheiders so gering gewählt werden, dass beim Entspannungsvorgang mitgerissene Feinsttröpfchen oder Kleinstpartikel nicht gegen die Schwerkraft mit dem Brüden nach oben auf¬ steigen und zusammen mit dem Brüden aus dem Behälter ausgetragen werden. Der abgetrennte Brüden soll möglichst wenig mit dem Produkt kon¬ taminiert sein. Um eine hinreichende Brüdenqualität sicherzustellen, waren herkömmliche zum Abtrennen der Brüden benutzte Schwerkraftabscheider voluminös und hatten speziell bei Vakuumbetrieb zum Teil sehr große Durchmesser. Es hat sich aber gezeigt, dass selbst bei großzügig be¬ messener Dimensionierung die Abscheidegüte in einer Vielzahl Anwendungsfälle nicht ausreichend war.

Zur Verbesserung der Abscheidegüte ist es bekannt zusätzliche Abscheider z.B. in Form von Demistern dem Schwerkraftabscheider nachzuschalten, was jedoch abhängig von dem mit dem Brüden mitgerissenen Produkt den Wartungs- und Reinigungsaufwand zum Teil beträchtlich erhöht hat.

Bei sehr großvolumigen Apparaten ist es ferner bekannt im oberen Bereich des Behälters des Schwerkraftabscheiders einen Ringraumabscheider anzu- ordnen. Da der Ringkanal des Ringraumabscheiders zu Reinigungszwecken begehbar sein rnuss, hat er einen vergleichsweise großen Kanalquerschnitt und dementsprechend ist die Strömungsgeschwindigkeit der Brüden in diesem Kanal gering, was die zusätzliche Abscheidewirkung begrenzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Apparat zum Abtrennen von aus einer Produktflüssigkeit aufsteigendem Brüden zu schaffen der vergleichsweise kleine Abmessungen hat und dennoch in der Lage ist den Brüden mit ver¬ gleichsweise geringer Produktkontamination von der Produktflüssigkeit abzutrennen.

Die Erfindung geht aus von einem Apparat zum Abtrennen von aus einer Produktflüssigkeit aufsteigendem Brüden, umfassend:

Einen Schwerkraftabscheider in Form eines geschlossenen Behälters mit einem Zufluss für Produktflüssigkeit und einem Abfluss für aufkonzentrierte Produldflüssigkeit jeweils in einem unteren Bereich des Behälters und einen in einem oberen Bereich des Behälters den Brüden aufnehmenden, den abgetrennten Brüden liefernden Nachabscheider.

Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, dass der Nachab¬ scheider als Zentrifugalabscheider ausgebildet ist, dessen seinen Ab¬ scheideraum nach außen begrenzendes Gehäuse zumindest mit seinem unteren Bereich innerhalb des Behälters angeordnet ist und dort im oberen Bereich des Behälters wenigstens eine Einlassöffnung für den aus dem unteren Bereich des Behälters aufsteigenden Brüden aufweist, wobei das Gehäuse zumindest im Bereich der wenigstens einen Einlassöffnung im Ab¬ stand von dem Behälter verläuft.

Ein solcher Apparat trennt die Funktion der Entspannungsverdampfung von der Funktion der Abscheidung mitgerissener Tröpfchen und Partikel des Produkts innerhalb des Apparats. Die Produktflüssigkeit wird im unteren Be¬ reich des Behälters zugeführt und hier erfolgt auch die Entspannungs- Verdampfung. Im unteren Bereich des Behälters muss anders als bei herkömmlichen Apparaten kein übermäßiges Gewicht auf Verringerung des vom Brüden mitgerissenen Produictanteils gelegt werden. Insbesondere erlaubt der erilndungsgemäße Apparat im unteren Bereich des Behälters höhere Brüdengeschwindigkeiten und es sind Behälter mit deutlich geringe¬ rem Durchmesser verwendbar. Die Dimensionierung des Schwerkraft¬ abscheiders erfolgt in erster Linie unter dem Aspekt für eine gewünschte Flüssigkeitsbelastung eine ausreichende Äusdampfoberfläche und Aus¬ dampfzeit sicherzustellen.

Die Abtrennung mitgerissener Produktanteile von dem Brüden erfolgt in dem im oberen Bereich des Behälters angeordneten Zentrifugalabscheider. Da die Brüdengeschwindigkeit in dem Zentrifugalabscheider unabhängig von der Brüdengeschwindigkeit in dem Schwerkraftabscheider eingestellt werden kann, lässt sich eine optimale Abscheidequalität erreichen.

Da das Gehäuse des Zentrifugalabscheiders zumindest teilweise in dem Be¬ hälter des Schwerkraftabscheiders untergebracht ist, hat der erfindungs¬ gemäße Apparat vergleichsweise kleines Bauvolumen, was nicht zuletzt die Herstellungskosten des Apparats verringert und auch eine schwächere Dimensionierung eines gegebenenfalls vorhandenen Traggerüsts des Appa¬ rats erlaubt. Der Behälter des Schwerkraftabscheiders und das Gehäuse des Zentrifugalabscheiders enthalten im Wesentlichen keine zur Verschmutzung neigende Einbauten und sind überdies leicht zugänglich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung hat das Gehäuse des Zentrifugal¬ abscheiders bevorzugt zumindest angenähert Zylinderform und ist mit im Wesentlichen vertikaler Zylinderachse angeordnet. Die wenigstens eine Ein¬ lassöffnung ist in einem in radialem Abstand von dem Behälter verlaufenden Bereich einer Umfangswand des Gehäuses vorgesehen. Bevorzugt verläuft die Umfangswand des Gehäuses im Inneren des Behälters allseitig im Ab¬ stand von dessen Umfangswand, insbesondere wenn in Umfangsrichtung verteilt mehrere Einlassöffnungen vorgesehen sind. Zwischen den sich radisl gegenüberstehenden Umfangswänden des Gehäuses und des Be¬ hälters entsteht auf diese Weise innerhalb des Behälters ein Ringspalt, in welchem der Brüden aufsteigen und in das Gehäuse des Zentrifugal¬ abscheiders eintreten kann. Der Ringspalt erhöht auf diese Weise die für die Schwerkraftabscheidung verfügbare Äbtrennzeit.

Bei der Einlassöffnung kann es sich urn eine radiale Öffnung in der Um- fangswand des Gehäuses handeln. Bevorzugt ist die Einlassöffnung jedoch durch einen in Umfangsrichtung des Gehäuses offenen Einlasstrichter ge- bildet, der den im Behälter axial aufsteigenden Brüden in Umfangsrichtung des Gehäuses umlenkt. Durch diese Maßnahme kann die Abscheidewirkung des Zentrifugalabscheiders erhöht werden, insbesondere wenn die Einlass¬ öffnung die Form eines in Richtung der Zylinderachse langgestreckten Schlitzes hat, so dass im Wesentlichen die gesamte axiale Einstecktiefe, mit der das Gehäuse des Zentrifugalabscheider in den Behälter des Schwer¬ kraftabscheiders hineinreicht, für die Überleitung der Brüden genutzt werden kann.

Der Einlasstrichter kann sich nach radial außen über die Zylinderkontur der Umfangswand des Gehäuses erheben. Der Einlasstrichter lässt sich mit geringerem Aufwand herstellen, wenn der radial innere Schlitzrand der Ein¬ lassöffnung innerhalb der Zylinderkontur des Gehäuses verläuft, da dann eine Einlaufwand des Einlasstrichters integral aus der Umfangswand des Gehäuses geformt werden kann.

Der Behälter des Schwerkraftabscheiders hat zumindest in seinem oberen Bereich im Wesentlichen Zylinderform und umschließt den die Einlassöff¬ nung enthaltenden unteren Bereich der Umfangswand des Gehäuses des Zentrifugalabscheiders im Wesentlichen konzentrisch und in Umfangsrich- tung allseitig mit radialem Abstand. Dies erlaubt insbesondere bei mehreren in Umfangsrichtung verteilten Einlassöffnungen gleichmäßiges Überführen der Brüden aus dem Behälter in das Gehäuse des Zentrifugalabscheiders. Das Gehäuse des kann vollständig innerhalb des Behälters angeordnet sein, ragt aber zweckmäßigerweise nach oben über den Behälter hinaus. Aus Gründen der Materialeinsparung genügt es, wenn der Behälter lediglich den Bereich der Einlassöffnungen des Gehäuses überdeckt, ∑weckrnäßigerweise ist der Äuslassanschluss für den abgetrenn¬ ten Brüden oberhalb des Behälters an dem Gehäuse des Zentrifugal¬ abscheiders vorgesehen. Bei dem Äuslassanschluss kann es sich um einen tangential an die Umfangswand des Gehäuses anschließenden Anschluss handeln; der Auslassansehluss kann aber auch ∑entrisch in einer oberen Dachwand des Gehäuses vorgesehen sein.

Das Gehäuse weist zweckmäßigerweise oberhalb des Behälters eine mit einem abnehmbaren Deckel verschlossene Reinigungsöffnung, insbesonde¬ re eine Mannloch-Öffnung auf. Eine solche Mannloch-Öffnung kann auch an dem Behälter des Schwerkraftabscheiders vorgesehen sein.

In dem Zentrifugalabscheider anfallender Produktmitriss wird bevorzugt in den Behälter des Schwerkraftabscheiders zurückgeführt. In einer unteren Bodenwand des Gehäuses kann hierzu eine in den Behälter führende Aus- lassöffnung vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise schließt sich an die Aus¬ lassöffnung ein in den unteren Bereich des Behälters und unterhalb des Pro¬ dukt-Zuflussniveaus führendes Auslassrohr an. Dadurch wird verhindert, dass aufsteigender Brüden und damit Produktanteile unmittelbar über diese Öffnung in den Zentrifugalabscheider eintreten.

In der unteren Bodenwand des Gehäuses ist bevorzugt eine der Umfangs¬ wand benachbart folgende Sammelrinne gebildet, in der die Auslassöffnung vorgesehen ist. Die Sammelrinne umschließt einen vom Abscheideraum her gesehen konvexen Bereich der Bodenwand und verhindert zusammen mit diesem konvexen Bereich, dass die Zentrifugalwirkung die in der Sammel¬ rinne geführte Produktflüssigkeit absaugt.

Zum Zuführen der Produktflüssigkeit kann im unteren Bereich des Behälters ein nach oben offenes Zuflussrohr münden, über dessen Mündung ein die ∑ugeführte Produktflüssigkeit nach unten lenkender Prallteller angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Prallteller durch eine untere Bodenwand des Gehäuses des Zentrifugalabscheiders gebildet, was die Konstruktion vereinfacht und die Gesamtabmessungen des Apparats ver-

Alternativ kann im unteren Bereich des Behälters auch ein im Wesentlichen tangential zur Umfangswand des Behälters verlaufendes Zuflussrohr für die Produktflüssigkeit münden. Bevorzugt haben das tangentiale Zuflussrohr und der Einlasstrichter gleiche Strömungsrichtung, da dann die Umlaufrich¬ tung in dem Behälter die Zentrifugalströmung in dem Zentrifugalabscheider unterstützt.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Axiallängsschnitt durch einen Apparat zum Abtrennen von aus einer Produktflüssigkeit aufsteigender Brüden gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Axialquerschnitt durch den Apparat, gesehen entlang einer Linie H-Il in Fig. 1 ;

Fig. 3 einen schematischen Axiallängsschnitt durch eine Variante des Appa¬ rats aus Fig. 1 ;

Fig. 4 eine schematische, teilweise im Axiallängsschnitt aufgebrochene Seitenansicht auf eine Variante des Apparats aus Fig. 1;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Apparat gesehen in Richtung eines Pfeils V in Fig. 4; Fig. 6 einen Axialquerschniii durch den Apparat, gesehen entlang einer Linie Vl-Vl in Fig. 4 und

Fig. 7 einen Axialquerschnitt durch den Apparat, gesehen in einer Linie VII- VII in Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Apparat 1, mit dem aus einer Produktflüssig- keit bei deren Entspannungskühlung aufsteigender Brüden abgetrennt werden kann. Der Apparat 1 umfasst einen Schwerkraftabscheider 3 mit einem geschlossenen Behälter 5, dessen mit vertikaler Achse angeordnete, zylindrische Umfangswand 7 an ihrem oberen Ende durch eine Dachwand 9 und an ihrem unteren Ende durch eine konische, nach unten sich ver¬ jüngende Bodenwand 11 abgeschlossen ist. Im unteren Bereich des Be¬ hälters 5 mündet zentrisch ein oben offenes Zuflussrohr 13 für Produkt- flüssigkeit. Am unteren Ende der Bodenwand 11 ist ein Auslassanschluss 15 für durch die Entspannungskühlung aufkonzentrierte Produktflüssigkeit vorgesehen. Die Produktflüssigkeit wird heiß bei einer über ihrer Siede¬ temperatur liegenden Temperatur über das Zuflussrohr 13 in den Behälter 5 eingeführt und von einem über der Mündung des Zuflussrohrs 13 angeord- neten Prallteller 16 nach unten umgelenkt. Durch Entspannungsver¬ dampfung in dem Behälter 5 wird die Produktflüssigkeit auf ihre Siedetempe¬ ratur oder gegebenenfalls darunter abgekühlt und verlässt den Behälter 5 in aufkonzentrierter Form über den Auslassanschluss 15.

Die bei der Entspannungsverdampfung entstehenden Brüden steigen in dem Behälter 5 nach oben und werden in einem im oberen Bereich des Behälters 5 angeordneten Zentrifugalabscheider 17 von Produktanteilen, wie z.B. Tröpfchen oder Partikel, die in der Brüdenströmung von unten nach oben mitgerissen wurden, getrennt. Der Zentrifugalabscheider 17 hat ein die Dachwand 9 des Behälters 5 durchdringendes Gehäuse 19 mit einer zylindrischen, gleichachsig zum Behälter 5 angeordneten Umfangswand 21 , die nach oben durch eine Dachwand 23 und nach unten durch eine Boden¬ wand 25 abgeschlossen ist. Das Gehäuse 19 greift mit seinem unteren Be- - S -

reich unter Bildung eines Ringraums 27 in den Innenraurn des Behälters 5 ein und hat in dem im Behälter 5 gelegenen Bereich seiner Umfangswand mehrere, hier zwei in Umfangsrichtung offene, im Wesentlichen über die ge¬ samte axiale Höhe des im Behälter 5 sich befindenden Bereichs sich er- streckende Einlassschitee 29, über die der bis in den PJngraum 27 auf¬ steigende Brüden in das Gehäuse 19 des Zentrifugalabscheiders 17 ein¬ treten kann. Die Einlassschlitze 29 werden jeweils durch einen in Umfangs¬ richtung gerichteten Einlasstrichter 31 gebildet, der in die zylindrische Außenkontur der Umfangswand 21 des Gehäuses 19 radial eingesenkt ist. Ein durch Umfangsschnitte 33 der Umfangswand 21 freigeschnittener Lappen 35 ist hierzu radial nach innen eingewölbt und entlang der Schnitte 33 gegebenenfalls zu den axial angrenzenden Bereichen der Umfangswand 21 hin verschlossen. Die Einlasstrichter 31 lenken den in die Einlassschlitze 29 des Gehäuses 19 eintretenden Brüdenstrom in Umfangsrichtung und ver- bessern so die Zentrifugalströmung in dem Zentrifugalabscheider 17.

Das Gehäuse 19 erstreckt sich nach oben über die Dachwand 9 des Be¬ hälters 5 hinaus und trägt an seinem oberen Ende einen Tangential- anschlussstutzen 37, der in Richtung der Tangentialströmung der Brüden von der Umfangswand 21 absteht. Anstelle des Tangential-Anschuss- stutzens 37 kann auch ein zentrischer Anschluss in der Dachwand 23 vorgesehen sein.

Die Bodenwand 25 des Gehäuses 19 hat an ihrem Außenumfang der Um- fangswand 21 benachbart eine Sammelrinne 39, die einen vom Innenraum des Gehäuses 19 her gesehen konvexen Bodenbereich 41 umschließt. Der Bodenbereich 41 leitet von dem Zentrifugalabscheider 17 abgetrennte Pro¬ duktflüssigkeit radial zur Sammelrinne 39 hin, wo sie über ein an eine Abflussöffnung 43 anschließendes, nach unten bis unter die Mündung des Zuflussrohrs 13 führendes Abflussrohr 45 der Produktflüssigkeit im unteren Bereich des Behälters 5 wieder zugeführt wird. Das Rohr 45 verhindert, dass Produktflüssigkeit und Brüden von unten her direkt in den Zentrifugal¬ abscheider 17 eintreten. Das Gehäuse 19 ist durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte Tangential- stege 47, von denen Fig. 1 lediglich einen zeigt, an dem Behälter 5 ge¬ halten. In der Dachwand 23 des Gehäuses 19 ist eine durch einen abnehm- baren Deckel verschlossene Mannloch-Öffnung 49 vorgesehen, über die das Gehäuse 19 gereinigt werden kann. Eine weitere durch einen abnehm¬ baren Deckel verschlossene Mannloch-Öffnung 51 ist im unteren Bereich der Umfangswand 7 des Behälters 5 für dessen Reinigung vorgesehen.

Der Apparat 1 hat vergleichsweise geringe Abmessungen, da ein Teil des Gehäuses 19 in dem Behälter 5 untergebracht ist. Der aufsteigende Brüden wird über den zwischen der Umfangswand 21 des Gehäuses 19 und der Umfangswand 7 des Behälters 5 gebildeten Ringspalt 27 dem Zentrifugal¬ abscheider 17 zugeführt. Da auf diese Weise die Strömungsgeschwindig- keiten des in dem Behälter 5 aufsteigenden Brüdens einerseits und des in dem Gehäuse 19 zentrifugal strömenden Brüden andererseits unabhängig voneinander bemessen werden können, kann der über den Ausgangs- anschluss 37 austretende Brüden weitgehend von mitgerissenen Produktan¬ teilen befreit werden.

Im Folgenden werden Varianten des anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Apparats beschrieben. Gleich wirkende Komponenten sind mit vorange¬ gangen erläuterten Bezugszahlen und zur Unterscheidung mit einem Buch¬ staben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise ein- schließlich evtl. Varianten wird auf die jeweils vorangegangene Beschreibung Bezug genommen.

Der Apparat 1a unterscheidet sich von dem Apparat 1 der Fig. 1 und 2 im Wesentlichen nur dadurch, dass das Gehäuse 19a des Zentrifugal- abscheiders 17a soweit nach unten zur Mündung des Zuflussrohrs 13a hin verlängert oder/und dieses Rohr soweit nach oben reicht, dass der von innerhalb des Gehäuses 19a konvexe Bereich 41a der Bodenwand 25a mit seiner konkaven Außenfläche zugleich den Prallteller 16a bildet. Auf diese Weise kann der Apparat Ia noch kompakter gebaut werden.

Der Apparat 1b der Fig. 4 bis 7 unterscheidet sich von dem Apparat 1 der Fig. 1 und 2 im Wesentlichen nur dadurch, dass anstelle des im unteren Be- reich des Behälters 5 ∑entrisch einmündende und von oben her durch einen Prallteller 16 überdeckte Zuflussrohr 13 für die Produldflüssigkeit durch ein im unteren Bereich des Behälters 5b tangential in dessen Umfangswand 7b einmündendes Zuflussrohr 13b ersetzt ist. Der Richtungssinn der tangentialen Einströmrichtung des Zuflussrohrs 13b ist gleich dem durch die Einlasstrichter 31b des Gehäuses 19b des Zentrifugalabscheiders 17b fest¬ gelegten tangentialen Richtungssinn der Brüden und ist femer gleich dem tangentialen Ausströmrichtungssinn des Auslassanschlusses 37b. Im übrigen entspricht der Apparat 1b dem Apparat 1 der Fig. 1 und 2.