Wie funktioniert ein Fallfilmverdampfer?

Der Fallfilmverdampfer ist ein vertikal ausgerichteter Rohrbündelwärmetauscher zum Eindicken von Lösungen mit unterschiedlichen Siedepunkten. Im Allgemeinen findet die Verdampfung innerhalb der Steigrohre statt, es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen die Prozessflüssigkeit außerhalb der Steigrohre verdampft. Die verdampfende Prozessflüssigkeit fließt durch die Schwerkraft in den Rohren als durchgehende Schicht nach unten. Die Flüssigkeit bildet entlang der Seiten der Rohre einen fallenden Film. Um eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in allen Rohren sicherzustellen, entlang denen die Lösung fällt, muss der Flüssigkeitsverteiler sorgfältig konstruiert werden. In den meisten Fällen befindet sich das Heizmedium außerhalb der Rohre.

Die Wärmeübergangskoeffizienten sollten hoch sein, um einen gleichmäßigen Wärmeübergangswiderstand zu erreichen. Als Heizmedium wird in der Regel kondensierender Wasserdampf verwendet. Die Trennung der Flüssigphase von der Gasphase erfolgt bei innenverdampfenden Flüssigkeiten innerhalb der Rohre. Während des Verdunstungsprozesses des Fallfilms erhöht sich die Abwärtsgeschwindigkeit des Dampfes, die Scherkraft des Flüssigkeitsfilms und damit auch die Geschwindigkeit der Lösung. Die hohe Geschwindigkeit des dünneren Films bewirkt eine zunehmend turbulentere Strömung, was zu sehr hohen Wärmeübergangszahlen führt. Mit zunehmendem Massenstrom ändert sich die absteigende Schicht von laminar zu turbulent.

Verdampfer eignen sich perfekt zur Rückgewinnung von Abwärme in mehrstufigen Prozessen. Ideal geeignet für hitzeempfindliche Produkte wie z. B. klebriges Wasser aus Tierabfallbehandlungsanlagen. Kleine durchschnittliche Temperaturunterschiede zwischen Heizmedium und Dampf machen die Verdampferanlage sehr effizient. Die Verweilzeit der Flüssigkeit in der Maschine ist sehr kurz. Fallfilmverdampfer können unter Unterdruckbedingungen betrieben werden und haben sehr geringe Druckverluste.

Verunreinigungsfaktor des Verdampfers

Der enge Kontakt der Flüssigkeit mit der Heizfläche macht die Verdampfer empfindlich gegenüber Verunreinigungen durch ausfallende Feststoffe. Um die Rohre effektiv zu reinigen, reicht die geringe Geschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit meist nicht aus. Daher werden Fallfilmverdampfer in sauberen, nicht rührenden Flüssigkeiten eingesetzt. Die chemische und am weitesten verbreitete Reinigungsmethode für einen Fallfilmverdampfer kann mit Natronlauge durchgeführt werden.