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FallfilmverdampferFallfilmverdampfer kommen weitläufig in der Chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie sowie im Papier verarbeitenden Gewerbe und in der Meerwasserentsalzung zum Einsatz. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
FunktionsweiseDie Verdampfung findet im allgemeinen im Rohr statt, hier fließt die zu verdampfende Flüssigkeit als zusammenhängender Flüssigkeitsfilm. Ein Filmaufriss ist in jedem Fall zu vermeiden. Aus diesem Grund muss der Flüssigkeitsverteiler sorgfältig ausgelegt werden und eine ausreichende Berieselungsdichte vorliegen. Der Wärmeübergang wird maßgeblich durch die Filmdicke und den Turbulenzgrad des Filmes bestimmt. Dieser Apparatetyp ist durch das Fehlen einer statischen Flüssigkeitssäule gekennzeichnet. Dieses ermöglicht, dass die Verdampfung bei kleinen treibenden Temperaturdifferenzen stattinden kann. Typischerweise beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und zu verdampfender Flüssigkeit 3K - 8K. Dieses ist beträchtlich weniger als in anderen Verdampfertypen wie Umlaufverdampfern und Robertverdampfern, in denen die treibende mittlere Temperaturdifferenz typischerweise zwischen 15K und 30K liegt. Die geringe Temperaturdifferenz im Fallfilmverdampfer ermöglicht die Verdampfung bei sehr geringen Absolutdrücken d.h. Verdampfungstemperaturen durchzuführen. Auch die Verweilzeit der zu verdampfenden Flüssigkeit im Apparat kann extrem kurz sein. Gerade bei der Verdampfung von temperaturempfindlichen Flüssigkeiten sind dieses die Hauptvorteile dieses Verdampfertyps. AnwendungsbeispieleAls Beispiel sei hier die Eindampfung von Fruchtsäften wie Orangensaft genannt. Hierbei wird der Wasseranteil soweit wie möglich verringert, um beispielsweise Transportkosten einzusparen. Um wertvolle Vitamine im Konzentrat zu erhalten muss die Verdampfung bei geringen Temperaturen durchgeführt werden. Auch bei Flüssigkeiten, welche bei höheren Wandtemperaturen zur Belagbildung neigen werden Fallfilmverdampfer erfolgreich eingesetzt. WärmerückgewinnungAufgrund der geringen treibenden Temperaturdifferenzen ist es möglich, verschiedene Methoden der Wärmerückgewinnung anzuwenden. Beispielsweise kann man den entstehenden Dampf zur Beheizung einer oder mehrerer folgenden Verdampferstufen benutzen. Man spricht dann von Mehreffektanlagen. Andere angewandte Methoden der Wärmerückgewinnung bei diesem Verdampfertyp sind mechanische und thermische Brüdenkompression sowie Absorptionswärmepumpen. Durch diese Wärmerückgewinnung kann der Verdampfungsprozess energetisch optimiert werden.
WärmeübergangDer rohrseitige Wärmeübergang von der Rohrwand zum Flüssigkeitsfilm wird maßgeblich durch den Strömungszustand im Film bestimmt. Man unterscheide laminar, wellig-laminar und turbulent. In technischen Anwendungen ist nur selten der rein laminare Fall anzutreffen. Ausgehend von einer sicheren Berieselung die gewährleistet, das alle Rohre mit einem geschlossenen Flüssigkeitsfilm benetzt sind, wird der rohrseitige Wärmeübergang mit Hilfe der Film Reynoldszahl und der Stoffwerte im Flüssigkeitsfilm berechnet. Am gebräuchlichsten sind die Auslegungsgleichungen von Chun & Seban deren Korrelationen auf Ergebnisse von Wasserversuchen am elektrisch beheizten Rohr basieren. Für den laminar welligen Strömungszustand geben sie den folgenden Zusammenhang an: →Nu = 0.821 · Re ^-0.22 Im turbulenten Fall muss ebenfalls der Einfluss der Stoffeigenschaften mit berücksichtigt werden: →Nu = 0.0038 · Re ^0.4 · Pr ^0.65 Diese Gleichungen drücken aus, das im laminar welligen Fall der Wärmeübergang mit zunehmender Berieselung abnimmt, dann wenn die Strömung turbulent wird, nimmt der Wärmeübergang mit zunehmender Berieselung zu. Merkmale
LiteraturHandbook of evaporation technology; Minton P.E.; Noyes Publications, Park Ridge, N.J., 1986. Falling film evaporation in vertical tubes; ESDU International (Engineering Data Science Series) Data Item 98010
QuellenWärmeübergang an Rieselfilme; Wilke, W.; VDI–Forsch., Vol. 490, B28, 1962. Heat transfer to evaporating liquid films; Chun K.R.,Seban R.A.; J. Heat Transfer, Vol. 93, pp. 391-396, Nov. 1971. |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Fallfilmverdampfer aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |