Verfahren zur Bildung eines ringförmigen Flüssigkeitsstromes, der entlang einer
Kanalwand verläuft, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines ringförmigen Flüssigkeitsstromes, der entlang einer Kanalwand verläuft, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In Eindampfapparaten und häufig auch in Apparaten zur Durchführung chemischer Reaktionen treten gleichzeitig Strömungen von Flüssigkeiten und Dämpfen und/oder Gasen auf. (Nachstehend wird der Einfachheit halber oft nur das Wort Gas gebraucht, auch wenn es sich um Dampf oder Dampf-Gasgemisch handeln kann). Flüssigkeits- und Gasströmung können sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom verlaufen.
Zum Beispiel sind sogenannte Rieselverdampfer bekannt, bei denen die flüssige Phase an den Innenwänden beheizter Rohre nach unten fliesst, während der entstehende Brüden im Gegenstrom nach oben steigt. Ähnlich arbeiten z. B. Absorptionsapparate, in denen eine Flüssigkeit ein Gas zu absorbieren hat. Allerdings müssen hier die Rohre meistens gekühlt werden, um die Absorptionswärme abzuführen. In diesen beiden genannten Fällen bewegt sich die Flüssigkeit nur unter dem Einfluss der Schwerkraft. Da deren Wirkung insbesondere bei viskosen Flüssigkeiten unter Umständen nicht ausreichend ist, um einen für die erforderliche Wärmeübertragung genügend intensiven Bewegungszustand der Flüssigkeit zu bewirken, sind Dünnschichtverdampfer und Dünnschichtreaktoren entwickelt worden, bei denen ein mechanisches Rührwerk die auf der Innenfläche eines vertikalen, von aussen beheizten (bzw.
gekühlten) Zylinders herabfliessende Flüssigkeit gleichmässig ringförmig verteilt und in Bewegung hält.
Strömen die flüssige und die gasförmige Phase in derselben Richtung, so trägt die Bewegung der Gasphase dazu bei, die Flüssigkeit in Bewegung zu setzen.
Das Prinzip des Gleichstromes ist insoweit dem Prinzip des Gegenstromes überlegen. Zum Beispiel sind Gleichstromverdampfer bekannt, bei denen die Rohre, in denen die einzudampfende Flüssigkeit strömt, horizontal liegen. Hier wird auf die Wirkung der Schwerkraft sogar ganz verzichtet, die Bewegung der Flüssigkeit beruht ausschliesslich auf der treibenden Wirkung des gasförmigen Stromes. Im Gleichstrom arbeiten auch Fallstromapparate, die für Wänne- und/oder Material übertragungsvorgänge bestimmt sind, und in welchen eine zu behandelnde Flüssigkeit auf der Innenfläche von vertikalen Wärmeaustauschrohren entlangläuft, und zwar in Gegenwart eines Gas- oder Dampfstromes. der axial verläuft. Besonders zu erwähnen sind in diesem Zusammenhang die Fallstromverdampfer.
Die einzudampfende Flüssigkeit bedeckt die Innenflächen der Heizrohre in einer dünnen Schicht, welche sich unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten bewegt. Diese Bewegung wird unterstützt durch einen ebenfalls von oben nach unten gehenden gasförmigen Strom, bestehend aus dem sich entwickelnden Brüden und aus gegebenenfalls zugleich mit der Flüssigkeit zugeführtem Dampf oder Gas.
In allen geschilderten Fällen kommt es darauf an, einen in lebhafter Bewegung befindlichen Flüssigkeitsstrom zu erzeugen, welcher die Wärmeaustauschfläcllen vollständig und gleichmässig bedeckt. Im Inneren von Rohren soll die Flüssigkeitsschicht also ringförmig an der Wand gehalten werden, so dass die Flüssigkeit am Ende der Rohre auf deren gesamtem Umfang austritt.
Dies ist nicht nur wichtig im Hinblick auf möglichst günstige Bedingungen für die Wärmeübertragung, sondern auch im Hinblick darauf, dass alle Teile der Flüssigkeit gleichmässig behandelt werden und die gleiche Aufenthaltszeit erreichen. Sowohl beim Eindampfen als auch bei chemischen Reaktionen hängt hiervon die Qualität des Endproduktes ab.
Die bekannten Verfahren und üblichen Apparate erreichen das beschriebene Ziel nur unvollkommen oder mit grossem technischem Aufwand. Letzteres trifft besonders für Dünuschichtapparate mit mechanischem Rührwerk zu. Das Fallstromverfahren ist verhältnismässig vorteilhaft infolge des Zusammenwirkens von Schwerkraft und der treibenden Wirkung der Gasphase.
Die gewünschte Art der Flüssigkeitsströmung ist aber in vielen Fällen nicht zu erreichen. Die Parameter, welche den Charakter einer Zweiphasenströmung bestimmen, sind sehr zahlreich und ihre Wirkung ist so wenig bekannt, dass bislang im wesentlichen empirisch vorgegangen werden muss, um festzustellen, wie sich irgendeine Kombination von Gas und Flüssigkeit unter bestimmten Betriebsbedingungen verhält.
Es ist jedoch bekannt, dass Flüssigkeit, welche in dünner Schicht an einer senkrechten oder wenigstens stark geneigten Wand herunterfliesst, quer zur Strö mungsrichtung Wellen bildet. Diese Wellen wandern mit der Flüssigkeit nach unten, und zwar mit zunehmender Amplitude. Die Flüssigkeitsschicht wird infolgedessen zunehmend ungleichmässiger. Fliesst die Flüssigkeit auf der Innen- oder Aussenseite eines vertikalen Rohres hinunter, so bilden die Wellen ringförmige Ansammlungen von Flüssigkeit, sogenannte Fallringe, zwischen denen die Dicke der Flüssigkeitsschicht ausserordentlich gering werden kann, abhängig von der Länge des senkrecht nach unten zurückzulegenden Weges und der Viskosität der Flüssigkeit.
Diese Wellenbildung führt dazu, dass trotz gleichmässiger Flüssigkeitszufuhr zu einem Fallstromrohr der Abfluss periodisch wechselt, und zwar unter bestimmten Umständen so stark, dass der Abfluss sekundenlang vollständig unterbrochen wird. Eine andere störende Erscheinung besteht darin, dass die abfliessende Flüssigkeitsschicht sich zu Strähnen zusammenzieht, wodurch die Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsbedeckung in der Weise gestört wird, dass sich Zonen bilden können, welche überhaupt nicht mehr bespült werden.
Während sich jedoch die letztgenannte Erscheinung, das Zusammenziehen der Flüssigkeitsschicht zu einzelnen Strähnen, bei Fallstromapparaten durch passende Wahl der Rohrabmessungen usw. verhältnismässig leicht vermeiden lässt, ist dies nicht der Fall, soweit es sich um die beschriebene Bildung von Wellen bzw. Fallringen handelt.
Das periodische Wechseln des Flüssigkeitsstromes hat vier Nachteile beim Betrieb von Fallstromapparaten: a) Senkung des Wärmeübergangskoeffizienten an den jeweils minimal mit Flüssigkeit bedeckten Stellen, da dort im Extremfall nur noch die ruhende Grenzschicht vorhanden ist.
b) Überhitzung der Flüssigkeitsteile, welche sich an der Wand befinden, dadurch Qualitätseinbusse einerseits und gegebenenfalls Verkrustung der Heizfläche anderseits.
c) Überkonzentration von Flüssigkeitsteilen beim Eindampfen, was besonders bei wärmeempfindlichen Produkten schädlich ist und zur Bildung unlöslicher Rückstände führt.
d) Ungleiche Aufenthaltszeiten der Flüssigkeitsteile auf der Heiz- bzw. Kühlfläche, da die in den Fallringen enthaltene Flüssigkeit viel schneller strömt, als die an der Wand haftenden Flüssigkeitsteile. Diese ungleichen Aufenthaltszeiten können wiederum zu Qualitätseinbussen führen.
Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, diese Nachteile zu vermeiden. Sie geht von der Beobachtung aus, dass sich eine gleichmässig fliessende Flüssigkeitsschicht erzielen lässt, wenn die Flüssigkeit zu ununterbrochenen Richtungsänderungen gezwungen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch einen sich um mindestens eine Achse herumwindenden Kanal geleitet wird und dass ein gasförmiger Strom durch den Kanal geschickt wird, der die Flüssigkeit als ringförmige Schicht an der Innenfläche des Kanals hält und sie auf dem ganzen Umfang des Kanals aus dem Kanal austreten lässt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens einen Kanal, der sich um mindestens eine Achse herumwindet, und durch Vorrichtungen zur Speisung dieses Kanals mit Flüssigkeit und Gas.
Der gasförmige Strom sollte dabei eine bestimmte Mindeststärke erreichen, und zwar abhängig von der Viskosität der Flüssigkeit. Versuche haben ergeben, dass bei einem Druck von 1 Bar die Mindeststärke des gasförmigen Stromes bei einer Viskosität der Flüssigkeit von mindestens 1 Centipoise V = 0,05 (d-6), bei einer Viskosität der Flüssigkeit von mindestens 250 Centipoise V = 0,02 (d-6) Normalkubikmeter pro Minute betragen muss. Aufgrund der physikalischen Zusammenhänge zwischen Druck, spezifischem Volumen, Geschwindigkeit und Treibwirkung des gasförmigen Stromes ergibt sich, dass bei irgendeinem anderen Druck p, gemessen in Bar, die dann erforderlichen Mindestmengen V (Normalkubikmeter pro Minute) sich aus den oben angegebenen Werten durch Multiplikation mit der Quadratwurzel aus diesem anderen Druck p ergeben.
Der Flüssigkeitsstrom wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass er höchstens so gross ist wie der durch die Gleichung L = 0,046 dz0,16 d + 0,8 erhaltene Wert.
Dabei ist L der Flüssigkeitsstrom in Liter pro Minute und d der hydraulische Durchmesser des Kanals in mm; d beträgt mindestens 6 mm.
Auf der beigefügten Zeichnung sind das Verfahren beispielsweise erläuternde Diagramme und Ausführungsbeispiele der Vorrichtung dargestellt.
Das Diagramm 1 zeigt den maximalen Flüssigkeitsstrom L in Liter pro Minute in Abhängigkeit vom hydraulischen Durchmesser d (mm) des Strömungskanals, das Diagramm 2 die minimale Stärke des gasförmigen Stromes in Normalkubikmeter pro Minute, ebenfalls in Abhängigkeit vom hydraulischen Durchmesser des Kanals. (Hydraulischer Durchmesser =dem Vierfachen des lichten Querschnittes geteilt durch den Umfang des Kanals.)
Die in den Diagrammen dargestellten Kurven entsprechen den oben angegebenen Formeln. Diese Kurven sind das Ergebnis zahlreicher Versuche, bei denen die Strömungsverhältnisse in transparenten Rohren beobachtet wurden, welche wendelförmig um eine senkrechte Achse gewunden waren, und durch welche gleichzeitig Flüssigkeit und Luft von oben nach unten hindurchgeleitet wurden. Zahlreiche, für die Stabilität der Strömung wichtige Parameter wurden verändert.
Als Flüssigkeit wurde Wasser mit einer Viskosität von 1 Centipoise und Glukoselösung mit einer Viskosität von 250 Centipoise benutzt. Diesen beiden Werten der Viskosität entsprechen die Kurven V1 und V. in Fig. 2. Wie die Linie L in Fig. 1 zeigt, hängt die maximale Stärke des Flüssigkeitsstromes, bei welcher die Strömung noch stationär ist, ausschliesslich vom hydraulischen Durchmesser d des Strömungskanals ab. Weder die Viskosität noch die geometrische Form der Wendel konnten einen wesentlichen Einfluss auf diesen Grenzwert für L ausüben, obwohl diese Parameter in weiten Grenzen verändert wurden. Die geometrische Form eines Rohres in Gestalt einer Wendel ist bestimmt durch den Rohrdurchmesser d, den Radius der Wendel R und die Steigung der Wendel P.
Es wurden Rohre von 10 bis 50 mm Durchmesser, Wendelradien zwischen 5 und 140 mm und Steigungen von 500 bis 1500 mm benutzt.
Das Verhältnis von Steigung zu Wendelradius (P/R) wurde zwischen 3,5 und 300 geändert, ohne dass sich der Grenzwert der Flüssigkeitsströmung L wesentlich geändert hätte.
Es genügt, also Strömungskanäle in Wendelform mit sehr kleinem Wendelradius und grosser Steigung zu benutzen, um stabile und stationäre Zweiphasenströmungen zu erhalten. Diese Erkenntnis bedeutet nämlich, dass man bei grösseren Apparaten eine grössere Anzahl derartiger Wendelrohre parallel nebeneinander anordnen kann, ohne übermässigen Platzbedarf, und dass es möglich ist, solche Wendelrohre z. B. gegebenenfalls mechanisch zu reinigen, insbesondere, wenn der Wendelradius kleiner als der Rohrdurchmesser ist.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, lässt sich der Flüssigkeitsstrom praktisch beliebig, jedenfalls bis zu kleinen Bruchteilen eines Liters pro Minute und cm Rohrumfang verringern. Die unterhalb der Linie für den Maximalwert L eingezeichnete gestrichelte Linie L' bedeutet die obere Grenze, bis zu der der ringförmige Flüssigkeitsstrom nicht nur stabil ist, sondern auch eine in jedem Querschnitt des Kanals gleichbleibende Stärke aufweist. Bei höheren Anforderungen an die Gleichmässigkeit der die Kanalwand bedeckenden Flüssigkeitsschicht ist es daher zweckmässig, mit Mengen zu arbeiten, die unter denen liegen, die mit der gestrichelten Linie L' angegeben sind.
Was den gasförmigen Strom betrifft, so ist es möglich, mit grösseren Mengen zu arbeiten, als die Linie V1 in Fig. 2 angibt. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es aber zweckmässig, möglichst nahe der unteren Grenze zu arbeiten, jeweils abhängig von der Viskosität der Flüssigkeit. Um die untere Grenze zu bestimmen, genügt es, einfach die Flüssigkeit am Austritt des Strömungskanals zu beobachten. Erfolgt nämlich der Austritt auf dem gesamten Umfang, so ist die gewünschte ringförmige Schicht auf der gesamten Innenfläche des Kanals vorhanden. Dies konnte durch Beobachten des Flüssigkeitsstromes durch die transparenten Wände der bei den Versuchen benutzten Rohre festgestellt werden.
Wenn das Verfahrn nach der Erfindung bei Eindampfvorgängen benutzt wird, so ist zu berücksichtigen, dass der Flüssigkeitsstrom sich während des Durchganges durch den von aussen beheizten Strömungskanal infolge von Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit verringert, wohingegen der gasförmige Strom aufgrund desselben Vorganges zunehmend stärker wird. Es ist aber wichtig, dass der gasförmige Strom bereits beim Eintritt der Flüssigkeit in den gewundenen Strömungskanal die erforderliche Stärke zur Bildung einer die Kanalwand ringförmig bedeckenden Flüssigkeitsschicht besitzt. Andernfalls würde nämlich die Flüssigkeit sich nur im Unterteil des Rohrquerschnitts bewegen, und nur ein kleiner Teil der Wärmeaustauschfläche würde wirksam werden können.
In Weiterentwicklung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung soll daher wenigstens ein Teil des gasförmigen Stromes zusammen mit der Flüssigkeit in das eine Ende des Kanals eingeleitet werden. Grundsätzlich kann der gasförmige Strom ein Inertgas, z. B. Luft oder Dampf sein. Beim Eindampfen wird zweckmässigerweise Dampf benutzt, welcher in beliebiger Weise erzeugt werden kann, vorzugsweise aber durch Überhitzung und nachfolgende Entspannung der einzudampfenden Flüssigkeit zu gewinnen ist. Im letztgenannten Falle ergibt es sich von selbst, dass die Flüssigkeit mindestens mit derjenigen Temperatur in den Kanal eintritt, die der Siedetemperatur bei dem Druck am Eintritt in den Kanal entspricht.
Auch bei Zuführung von Dampf aus einer anderen Quelle ist es wichtig, dass die Flüssigkeit wenigstens mit dieser Siedetemperatur zugeführt wird, weil sonst ein Teil des zugeführten Dampfes an der kälteren Flüssigkeit kondensieren würde, entgegen dem angestrebten Zweck.
Wie die genannten Formeln und die Kurven von Fig. 2 erkennen lassen, muss der gasförmige Strom ziemlich stark sein, um das Entstehen einer ringförmigen Schicht von Flüssigkeit auf der Innenfläche des Kanals zu bewirken. Es kann daher die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens übermässig belasten, wenn zur Erzeugung des gasförmigen Stromes Dampf von aussen her zugeführt werden soll. Die Möglichkeit, Dampf aus der einzudampfenden Flüssigkeit selbst durch vorgehende Überhitzung mit nachfolgender Entspannung zu gewinnen, ist im allgemeinen begrenzt, insbesondere auch durch die Wärmeempfindlichkeit der einzudampfenden Lösungen.
Beim Eindampfen sollte mindestens ein von aussen heizbarer, vorzugsweise im Querschnitt kreisförmiger Strömungskanal benutzt werden, welcher aus einem oberen, senkrecht stehenden, geraden Teil und einem unteren, um mindestens eine senkrechte Achse gewundenen Teil besteht, wobei die Flüssigkeit dem oberen Ende des geraden Teiles zuzuführen ist. In einem geraden, senkrechten Rohr ist es nämlich im Gegensatz zu einem gewundenen, z. B. wendelförmigen Rohr möglich, auch ohne das Vorhandensein eines gasförmigen Stromes die gesamte Innenfläche mit Flüssigkeit benetzt zu halten. Der senkrecht stehende, gerade obere Teil wirkt also in derselben Weise, wie das Heizrohr eines gewöhnlichen Fallstromverdampfers.
Beim Durchgang der Flüssigkeit durch diesen oberen Teil muss nur so viel Dampf erzeugt werden, wie notwendig ist, um beim Eintritt in den gewundenen Teil die ringförmige Strömung aufrechtzuerhalten. Die erforderliche Länge des geraden Teiles lässt sich berechnen, sie liegt z. B. zwischen 1/4 und Illr der insgesamt erforderlichen Rohrlänge. Da die Länge des geraden Teiles verhältnismässig gering bleibt, besteht auch nicht die eingangs beschriebene Gefahr der Wellenbildung und eines periodisch wechselnden Flüssigkeitsstromes.
Auch bei Verwirklichung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung besteht, je nach dem Fliessverhalten der zu behandelnden Flüssigkeiten, die Möglichkeit ungleicher Aufenthaltszeiten der verschiedenen Flüssigkeitsteile dadurch, dass sich an der Wand des Strömungskanals eine ruhende bzw. nur langsam bewegte Grenzschicht befindet. Auch bleibt die Möglichkeit bestehen, dass die die Wand benetzenden Flüssigkeitsteile unerwünschte Veränderungen erfahren und die Wand verkrusten. Die Innenfläche des gewundenen Kanals sollte aus einem von der zu behandelnden Flüssigkeit nicht benetzbaren Material bestehen. Dies lässt sich beispielsweise durch einen Überzug des Rohr-Inneren mit Teflon erreichen. Die Verwendung nicht benetzbarer Überzüge von Wärmeaustauschflächen ist an sich bekannt.
Versuche haben aber gezeigt, dass senkrecht stehende, nicht benetzbare Flächen nur sehr geringe Werte der Wärmeübertragung an siedende Flüs sigkeiten ergeben, weil in diesem Falle keine hinreichenden Kräfte vorhanden sind, die die Flüssigkeit an der Wand halten. Bei einem gemäss der vorliegenden Erfindung gewundenen Kanal, z. B. einem Rohr in Gestalt einer Wendel, werden trotz der nicht benetzbaren Innenfläche hohe Werte der Wärmeübertragung erzielt, da die besonderen Strömungsverhältnisse einen genügend engen Kontakt zwischen der Wand und der Flüssigkeit bewirken.
Ein zylindrisches Rohr in Gestalt einer Wendel mit senkrechter Achse ist im allgemeinen als die nächstliegende und zweckmässigste Form eines Strömungskanals zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung anzusehen. Für gewisse Anwendungsbereiche könnte aber auch ein in Spiralform gewundenes Rohr eingesetzt werden, ebenso wie der Strömungskanal auch als Aussparung in einem Block aus geeignetem Material vorgesehen werden könnte. Ausser der Windung um eine einzige Achse ist es ebenfalls möglich, einen Kanal vorzusehen, der sich um zwei oder sogar mehr Achsen herumwindet, je nach dem Raum, der zur Verfügung steht. So kann man z. B. die Verwendung eines Kanals vorsehen, der sich in Gestalt einer Acht um zwei parallele Achsen windet.
Obwohl ein kreisförmiger Querschnitt des röhrenförmigen Kanals für die meisten Zwecke geeignet ist, kann der Kanal auch einen anderen, z. B. ovalen Querschnitt besitzen.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Verdampfer, wie er beispielsweise zur Durchführung des Verfahrens gemäss Erfindung eingesetzt werden kann und zu Versuchszwecken benutzt worden ist. Der Verdampfer enthält ein Rohr 1, das sich in Form einer Wendel um eine senkrechte Achse windet und zwischen zwei Rohrplatten 2 und 3 in der Heizkammer 4 befindet. Oberhalb der Rohrplatte 2 befindet sich eine Kammer 5, durch welche das Rohr mit Flüssigkeit und Dampf gespeist werden kann.
Die zu konzentrierende Flüssigkeit, die aus einer Quelle 6 kommt und auf Verdampfungstemperatur vorgewärmt wurde, wird durch eine Leitung 7, die mit einem Ventil 8 versehen ist, dem Rohr 1 in regelbarer Menge zugeführt. Gleichzeitig wird aus einer Quelle 9 kommender Sattdampf durch eine Leitung 10, die mit einem Ventil 11 versehen ist, in die Kammer 5 eingeführt.
Die Kammer 4 wird durch eine Leitung 12, die mit einer zweiten Dampfquelle 13 verbunden ist, mit Heizdampf beschickt, und eine Leitung 14 dient dazu, diese Kammer zu entwässern und zu entlüften.
Durch entsprechende Bemessung des Flüssigkeitsstromes L (Lösung) und des gasförmigen Stromes V (Dampf) ist es möglich, auf der gesamten Länge des Rohres 1 eine stationäre Strömung in zwei Phasen zu erzielen. Die einzudampfende Lösung fliesst dabei als ringförmige Schicht auf der Innenseite des beheizten Rohres 1 siedend herab, und der Dampf, der durch das Sieden entsteht, bildet zusammen mit dem von der Quelle 9 her zugeführten Dampf den gasförmigen Strom, welcher ebenfalls nach unten strömt und die Flüssigkeit an der Wand hält.
Die konzentrierte Lösung und der am Ende des Rohres 1 austretende Dampf gehen in einen Abscheider 15. Eine Trennwand 16 mit einem Verbindungsrohr 17 teilt den Abscheider in zwei Kammern 18 und 19. Mit Hilfe dieser Einrichtung wird die konzentrierte Lösung vom Dampf getrennt und aus dem Raum 19 durch die Leitung 20 mit Hilfe der Pumpe 21 abgesaugt.
Der Dampf wird mittels der Leitung 22 dem Oberflächenkondensator 23 zugeführt. Die Leitungen 24 und 25 dienen der Kühlwasserzufuhr und Kühlwasserableitung. Der Kondensator ist mit einer Vakuumpumpe 26 ausgerüstet, welche zur Entlüftung dient. Das Kondensat wird schliesslich durch die Leitung 27 abgesaugt.
Der oben beschriebene Verdampfer war für Versuchszwecke bestimmt, er ist aus diesem Grunde nur mit einem einzigen Heizrohr ausgerüstet. Selbstverständlich kann ein solcher Verdampfer eine beliebige Anzahl von Heizrohren enthalten, welche parallel miteinander arbeiten. Im vorliegenden Falle handelte es sich um ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem äusseren Durchmesser von 42 mm und einem inneren Durchmesser von 36 mm, welches innen mit einer Teflon- schicht, Lebensmittelqualität S 954-100, 0,03 mm stark, ausgekleidet war.
Der Wendelradius R war gleich dem inneren Durchmesser des Rohres, 36 mm, die Steighöhe der Wendel P = 600 mm. Das Verhältnis P/R betrug also ungefähr 17. Die aufgerollte Länge dieses Rohres betrug 6,8 m, während die Höhe der Wendel, d. 11. der Abstand zwischen den Rohrplatten 2 und 3, 6,44 m betrug.
Bei Versuchen mit dem Verdampfer wurden wässrige Glukoselösungen konzentriert. Die Ausgangskonzentrationen lagen etwa zwischen 35 und 62 %, die Endkonzentrationen schwankten zwischen 62 und 83 %, was einem beachtlichen Viskositätsumfang entspricht, der von 20 bis 800 Centipoise geht.
Der schraffierte Streifen des Diagramms Fig. 4 umgrenzt die bei den Versuchen erreichten Wärmeübertragungszahlen in Abhängigkeit von der Viskosität der eingedampften Flüssigkeit. Diese Resultate zeigen, dass das Verfahren nach der Erfindung die Konzentration von Lösungen mit sehr hohen Viskositäten ermöglicht, und dass dabei Wärmeübertragungszahlen erreicht werden, die den in Dünnschichtverdampfern mit mechanischem Rührwerk erreichten gleichkommen, jedoch ohne Einsatz mechanischer Mittel zur Bewegung der Flüssigkeit.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann aber nicht nur zum Eindampfen, sondern auch zur Durchführung chemischer Reaktionen angewendet werden.
Genannt seien beispielsweise Verfahren der Flüssigkeits-Gas-Absorption, welche mit stark exothermen Reaktionen verbunden sind. Hier kommt es auf rasche Abführung der entstehenden Wärme an, wofür die rasche, ringförmige Strömung entlang der Kanalwand besonders günstig ist. Erwähnt sei in diesem Zusammenhang die Sulfonation von Olefinen durch SO3, die Nitration oder Halogenation von aromatischen Verbindungen und die Halogenation von Alkanen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung eignet sich überdies auch zur Polymerisation in flüssigem Zustand, denn die Polymerisationenreaktionen sind im allgemeinen so stark exotherm, dass sie nicht in einer grossen Masse durchgeführt werden können. Man muss auf Lösungen oder Emulsionen zurückgreifen, die dazu bestimmt sind, den Vorgang thermisch beherrschen zu können. Die mit dem Verfahren gemäss der Erfindung durchgeführte dünnschichtige Polymerisation bietet hinsichtlich der Sulfonation die gleichen Vorteile, wie bereits oben erwähnt. Da Temperaturunterschiede und unterschiedliche Aufenthaltszeiten weitgehend vermieden werden können, lässt sich ein Endpolymer erzeugen dessen Molekulargewicht sich innerhalb erwünschter, verhältnismässig enger Grenzen hält.