Verdampfer sind Wärmetauscher, die typischerweise zur Wärmezufuhr am Boden industrieller Destillationskolonnen eingesetzt werden . Sie verdampfen die Flüssigkeit am Boden der Kolonne und erzeugen so Dämpfe, die zur weiteren Destillation in die Kolonne zurückgeführt werden . Die vom Verdampfer am Kolonnenboden zugeführte Wärme wird vom Kondensator am Kolonnenkopf abgeführt.

Der ordnungsgemäße Betrieb des Verdampfers ist für eine effektive Destillation unerlässlich. In einer typischen klassischen Destillationskolonne stammt der gesamte für die Trennung benötigte Dampf aus dem Verdampfer. Dieser nimmt einen Flüssigkeitsstrom vom Kolonnenboden auf und verdampft ihn teilweise oder vollständig. Der Dampf liefert üblicherweise die für die Verdampfung benötigte Wärme.

Arten von Verdampfern

Der wichtigste Aspekt bei der Auslegung von Verdampfern ist die Auswahl des geeigneten Verdampfertyps für den jeweiligen Anwendungsfall. Die meisten Verdampfer sind Rohrbündelwärmetauscher und nutzen üblicherweise Dampf als Wärmequelle. Es können jedoch auch andere Wärmeträgerflüssigkeiten wie Heißöl oder Dowtherm™ verwendet werden. In manchen Fällen können auch mit Brennstoff befeuerte Öfen als Verdampfer eingesetzt werden.

Gängige Wärmetauscher-Verdampfertypen sind:

Kessel-Verdampfer

Abbildung 1: Typischer dampfbeheizter Kesselverdampfer für Destillationstürme

Kesselverdampfer (Abbildung 1) sind einfache und zuverlässige Wärmetauscher, die häufig in Destillationskolonnen eingesetzt werden. Sie funktionieren ähnlich wie Rohrbündelwärmetauscher, sind jedoch speziell für einen stabilen Flüssigkeitsstand und die Aufrechterhaltung der natürlichen Zirkulation ausgelegt. In dieser Bauart strömt Dampf durch ein Rohrbündel, kondensiert und tritt als Kondensat aus. Die Flüssigkeit vom Kolonnenboden, das sogenannte Sumpfprodukt, fließt durch den Mantelraum des Verdampfers. Je nach Ausführung kann der Flüssigkeitsstrom durch Schwerkraft erfolgen oder eine Pumpe erfordern. Eine Trennwand oder ein Überlaufwehr trennt das Rohrbündel vom Verdampferteil, aus dem das Sumpfprodukt entnommen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das Rohrbündel stets mit Flüssigkeit bedeckt bleibt, um den Verlust niedrigsiedender Verbindungen zu minimieren. Diese Konfiguration minimiert das Risiko einer Verunreinigung des Endprodukts.

Thermosiphon-Verdampfer

Abbildung 2: Typischer horizontaler Thermosiphon-Verdampfer

Thermosiphon- Verdampfer (Abbildung 2) benötigen keine Zufuhr der Sumpfflüssigkeit in den Verdampfer. Die natürliche Zirkulation wird durch den Dichteunterschied zwischen der Sumpfflüssigkeit am Verdampfereintritt und dem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch am Verdampferaustritt erreicht. Dadurch wird ein ausreichender Flüssigkeitsdruck erzeugt, um die Sumpfflüssigkeit in den Verdampfer zu befördern. Thermosiphon-Verdampfer (auch Kalander genannt ) sind komplexer als Kesselverdampfer und erfordern mehr Aufmerksamkeit vom Anlagenpersonal. Es gibt verschiedene Arten von Thermosiphon-Verdampfern, darunter vertikale, horizontale, Durchlauf- und Rezirkulationsverdampfer.

Beheizter Wiederverdampfer

Befeuerte Heizkessel (Abbildung 3), auch Öfen genannt, können als Verdampfer für Destillationskolonnen eingesetzt werden. Eine Pumpe ist erforderlich, um den Kolonnenboden durch die Wärmetauscherrohre in den Konvektions- und Strahlungsbereichen des Heizkessels zu zirkulieren. Als Wärmequelle für den befeuerten Heizkessel kann entweder Brenngas oder Heizöl dienen.

Zwangsumlauf-Wärmetauscher

Abbildung 4: Typischer dampfbeheizter Zwangsumlaufverdampfer für Destillationstürme

Ein Zwangsumlaufverdampfer (Abbildung 4) nutzt eine Pumpe , um die Sumpfflüssigkeit der Kolonne durch die Verdampfer zu zirkulieren. Dies ist vorteilhaft, wenn der Verdampfer weit von der Kolonne entfernt sein muss oder wenn das Sumpfprodukt extrem viskos ist.

Manche Flüssigkeiten reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen, beispielsweise solche, die durch Kontakt mit den heißen Wänden von Wärmeübertragungsrohren polymerisieren . Hohe Flüssigkeitsumwälzraten werden eingesetzt, um die Rohrwandtemperaturen zu senken und dadurch die Polymerisation am Rohr sowie die damit verbundene Ablagerungsbildung zu reduzieren.

Siehe auch

Weiterführende Literatur