Verdampfer
Konzentrieren, rückgewinnen und kristallisieren — mit dem niedrigsten Dampfverbrauch der Branche.
Verdampfung ist die energieintensivste Grundoperation der Flüssigkeitsverarbeitung — dennoch verwenden die meisten Anlagen noch einstufige Systeme, die 90% der latenten Wärme des verdampften Wassers verschwenden. Lozzar projektiert Mehrstufen- und Mechanische-Dampf-Rekompression (MVR)-Verdampfer, die den verdampften Dampf als Heizmedium für die nächste Stufe wiederverwenden und Dampfökonomien von 3–10 kg Verdampfung pro kg Dampfverbrauch erreichen. Anwendungen umfassen Lebensmittelkonzentrierung, Pharmamutterlaugenverarbeitung, Nassabscheider-Abschlämm-ZLD-Behandlung, Düngemittellösungskonzentrierung und Lösungsmittelrückgewinnung.
Wie Verdampfer funktionieren — und wie man Energiekosten minimiert
Ein Verdampfer konzentriert eine Flüssigkeit, indem er Wärme zuführt, um das Lösungsmittel (meist Wasser) zu verdampfen, während die gelösten oder suspendierten Feststoffe in der Flüssigphase verbleiben. Die primäre Wärmequelle ist Dampf oder Heißwasser, der im Inneren von Heizrohren oder -platten kondensiert.
**Einstufige Verdampfung** verbraucht 1,0–1,1 kg Dampf pro kg verdampftes Wasser — die Verdampfungswärme des Sekundärdampfes wird im Kondensator verschwendet. Nur akzeptabel für kleine Leistungen (<500 kg/h) oder wenn Dampfkosten vernachlässigbar sind.
**Mehrstufenverdampfung (MEE)** verwendet den Sekundärdampf aus Stufe 1 als Heizdampf für Stufe 2, die bei niedrigerem Druck betrieben wird. Jede zusätzliche Stufe halbiert den Dampfverbrauch: 2-stufig = 0,5 kg Dampf/kg; 3-stufig = 0,33; 5-stufig = 0,2. Das Optimum liegt typischerweise bei 3–5 Stufen für Industrieleistungen über 2.000 kg/h.
**Mechanische Dampfrekompress ion (MVR)** komprimiert den Sekundärdampf mit einem Zentrifugalkompressor und führt ihn als Heizdampf zurück. Spezifischer Energieverbrauch: 15–35 kWh pro Tonne verdampftes Wasser. MVR ist die betriebskostengünstigste Option, wenn Strom günstiger als das 5-fache des äquivalenten Dampfenergiepreises ist.
**Thermische Dampfrekompression (TVR/TVC)** verwendet einen Dampfstrahlverdichter ohne bewegliche Teile; Dampfökonomie 1,5–3,5 kg/kg.
Quick Reference
Technical Specifications
All parameters are indicative ranges. Final sizing is determined by process simulation based on your specific material and throughput requirements.
Betriebsparameter
| Parameter | Value / Range | Note |
|---|---|---|
| Verdampfungsleistung | 100 kg/h – 100 t/h water evaporated | Parallele Mehrstranganlage für >100 t/h; modulare Skid-Montage für <2 t/h |
| Dampfökonomie (einstufig) | 0.9 – 1.1 kg evaporation / kg steam | Basis; siehe Mehrstufen und MVR für bessere Optionen |
| Dampfökonomie (3-Stufen-MEE) | 2.5 – 3.0 kg evaporation / kg steam | 5-Stufen-MEE: 4,0–5,0; TVR-Stufe hinzufügen: bis 8,0 |
| Spezifischer Energieverbrauch (MVR) | 15 – 35 kWh / tonne water evaporated | Entspricht 10–15-stufiger MEE; abhängig von Siedepunktserhöhung und Kompressor-ΔT |
| Betriebsdruckbereich | -0.95 bar g (vacuum) to +6 bar g | Vakuumbetrieb senkt Siedepunkt — ermöglicht wärmeempfindliche Produktverarbeitung; Vakuum bis 20 mbar abs erreichbar |
| Einlaufkonzentration | 1 – 50 wt% dissolved solids | Zwangsumlauf verarbeitet bis 70 Gew.-% und nahezu gesättigte Schlämme; Kristallisator verarbeitet >Sättigung |
| Produktkonzentration (Auslass) | Up to saturation / crystallisation point | Fallfilm: bis 50 Gew.-%; Zwangsumlauf: bis 70–80 Gew.-%; Kristallisator: erzeugt Trockenfeststoff |
| Heizdampfdruck | 0.5 – 20 bar g | 0,5 bar ü = 112°C; 6 bar ü = 165°C; 20 bar ü = 212°C; höherer Druck = größeres ΔT = weniger Heizfläche erforderlich |
| Gesamtwärmedurchgangskoeffizient U (Fallfilm) | 1,500 – 3,500 W/m²·K | Zwangsumlauf: 800–2.500 W/m²·K; Steigfilm: 1.000–2.500 W/m²·K; Platte: 2.000–5.000 W/m²·K |
| Werkstoffe | SS 304 / SS 316L / Duplex / Titanium / Hastelloy C-276 | Auswahl nach Produkt, pH, Chloridgehalt und Betriebstemperatur; Kohlenstoffstahl für nicht-korrosive Medien |
| Reinigungsmethode | CIP (caustic/acid), steam-clean, high-pressure water, mechanical rodding | Fallfilm: CIP durch Rezirkulation NaOH 1–2%, dann HNO₃ 0,5–1% bei 70–80°C; Zwangsumlauf: leichter zu reinigen durch Hochgeschwindigkeits-Wasserflut |
Vergleich Verdampferkörpertypen
| Parameter | Value / Range | Note |
|---|---|---|
| Fallfilm (FF) | U: 1,500–3,500 W/m²·K; residence time: 2–30 s; ΔT_min: 3°C | Beste Wahl für wärmeempfindliche, niedrigviskose Einsatzstoffe (µ < 100 mPa·s); sanfte Verdampfung; niedrigste Temperaturdifferenz; nicht für verschmutzende/verkrustende Einsatzstoffe |
| Zwangsumlauf (FC) | U: 800–2,500 W/m²·K; tube velocity: 2–4 m/s; ΔT_min: 5°C | Beste Wahl für verkrustende, verschmutzende oder hochviskose Flüssigkeiten (µ bis 5.000 mPa·s); Hochgeschwindigkeitsströmung minimiert Ablagerungen; Salzkristallisationsbetrieb; höchste Investitionskosten |
| Steigfilm (RF) / Langrohrvertikal | U: 1,000–2,500 W/m²·K; tube length: 3–8 m; ΔT_min: 8°C | Niedrige Investitionskosten, einfache Bauweise; erfordert höheres ΔT als Fallfilm; geeignet für nicht-verkrustende Flüssigkeiten; niedrigerer U als FF bei viskosen Flüssigkeiten |
| Platten-Verdampfer (PHE-Typ) | U: 2,000–5,000 W/m²·K; ΔT_min: 2°C; compact | Höchster U; kleinster Grundriss; T < 160°C; Platten vollständig zugänglich für Reinigung; gedichtete Version für Lebensmittel/Pharma-CIP-Betrieb |
| MVR (mechanisch unterstützter Dampfkreislauf) | 15–35 kWh/t; steam consumption: near-zero; ΔT across compressor: 5–20°C | Beste Lebenszykluskosten wenn Strom:Dampf-Kostenverhältnis < 1:5; nicht geeignet bei hoher Siedepunktserhöhung (SÖ > 15°C) |
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→ Send process data on WhatsAppAnwendungsbeispiele
Referenzdaten aus industriellen Anlagen. Tatsächliche Werte hängen von Aufgabekonsistenz, Korngrößenverteilung und geforderter Produktqualität ab.
| Material | Eingangsfeuchte | Ausgangsfeuchte | Korngröße | Gastemperatur | Branche |
|---|---|---|---|---|---|
| Molke- / Milchkonzentrierung | 93–96% water (4–7% total solids) | 55–60% water (40–45% total solids — pre-spray drying concentrate) | True solution (no particles) | 62–72°C (pasteurised); vacuum evaporation at 40–55°C to protect proteins | Molkerei / Lebensmittel |
| Natronlauge-Konzentrierung (NaOH) — 30% → 50% | 70% water (30 wt% NaOH) | 50% water (50 wt% NaOH) | Clear solution (no solids until >70% NaOH) | BPE: +8–12°C above pure water boiling point at operating pressure | Chemie / Chloralkali |
| Ammoniumsulfat (NH₄)₂SO₄ Konzentrierung + Kristallisation | 60–70% water (NH₄)₂SO₄ from scrubber | Crystal slurry at saturation; centrifuged → dry fertiliser granules | Crystal size controlled by residence time and seeding: d50 0.5–2 mm target | Boiling at 80–105°C under vacuum; BPE +6°C | Düngemittel / Chemie / Rauchgasbehandlung |
| Nassabscheider-Abschlämmung ZLD — NaCl / Na₂SO₄ Kristallisation | 85–95% water (mixed salts from scrubber circuit) | Dry salt crystals (NaCl, Na₂SO₄, CaSO₄) for disposal / recovery | Mixed salt slurry → crystal size d50 0.2–1 mm | 70–110°C under vacuum (forced circulation evaporator) | Abfall / Chemie / Energieerzeugung |
| Tomaten- / Fruchtsaftkonzentrierung | 93–96% water (4–7 °Brix) | 70–72% water (28–30 °Brix paste or 65–68 °Brix triple concentrate) | Suspended pulp; viscosity rises sharply above 25 °Brix | Vacuum evaporation at 42–55°C (preserve colour, vitamins, aroma) | Lebensmittel / Getränke |
| Schwarzlaugekonzentrierung (Zellstoff & Papier) | 85% water (15% dry solids) | 20–25% water (75–80% dry solids — combustible in recovery boiler) | Complex organic + inorganic mixture; high fouling tendency | Multiple effect + TVR; T 70–130°C; high BPE due to dissolved organics | Zellstoff & Papier |
| Pharmazeutische Mutterlaugenrückgewinnung (API-Kristallisation) | 70–90% organic solvent + water mixture | API crystals + recovered solvent for reuse | API crystals d50 10–200 µm (controlled by supersaturation and seeding) | Vacuum evaporation at 20–60°C; ATEX Zone 1 (solvent vapour); SS 316L / Hastelloy | Pharmazie / Feinchemie |
| Zuckersaftkonzentrierung (Rüben- / Rohrzucker) | 85% water (15 wt% sucrose) | 35% water (65 wt% sucrose — Brix 65, saturated syrup) | Clear solution after clarification; BPE +1.5°C at 65 °Brix | Quintuple effect evaporation at 65–130°C; steam economy 4.5–5.0 kg/kg | Zucker / Lebensmittel |
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Verdampfer-Konfigurationen
Fallfilm-Verdampfer (FFE)
Die Einsatzflüssigkeit wird gleichmäßig über den oberen Teil vertikaler Rohrbündel verteilt und fließt als dünner Film an den Rohrinnenwänden nach unten, während Dampf außen kondensiert. Der Fallfilm maximiert die Wärmeübertragungsflächen-Kontaktzeit bei minimalem Flüssigkeitsinhalt — Verweilzeit 2–30 Sekunden gegenüber 5–30 Minuten beim Zwangsumlauf. Dadurch ist FFE einzigartig für wärmeempfindliche Produkte geeignet: Milchprodukte, Pharmazeutika, Aromen, Vitamine. Minimales ΔT (Dampf zu Sieden) bis zu 3°C — ermöglicht enge Mehrstufen-Temperaturkaskaden. Nicht geeignet für viskose Flüssigkeiten (µ > 200 mPa·s) oder Einsatzstoffe, die zur Kristallisation im Film neigen.
Zwangsumlauf-Verdampfer (FCE)
Eine Kreiselpumpe zirkuliert die Prozessflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit (2–4 m/s) durch einen Rohrbündel-Wärmetauscher (die Calandria), wo sie leicht über den Siedepunkt überhitzt wird, und entspannt dann in einem separaten Dampfkörper bei niedrigerem Druck. Verdampfung erfolgt in der Entspannungszone — nicht auf den Rohroberflächen. Die Kreiselpumpe hält Feststoffe suspendiert und verhindert Rohrverschmutzung. Verarbeitet Flüssigkeiten von dünnen wässrigen Lösungen bis zu nahezu gesättigten Schlämmen, hochviskosen Flüssigkeiten und kristallisationsneigenden Lösungen. Höchste Investitionskosten und höchster Energieverbrauch. Die einzig gangbare Option für Salzkristallisationsbetrieb.
MVR-Verdampfer (Mechanische Dampfrekompression)
Der aus dem Verdampferkörper austretende Sekundärdampf wird durch einen Zentrifugalkompressor oder Roots-Gebläse komprimiert, wobei die Kondensationstemperatur um 5–20°C über den Siedepunkt der Einsatzflüssigkeit im Wärmetauscher angehoben wird — damit entsteht die für den Wärmeübergang erforderliche Temperaturdifferenz ohne Dampfverbrauch. Nettoenergiebedarl: 15–35 kWh pro Tonne verdampftes Wasser. Anlaufdampf erforderlich (30–60 min bis Selbsterhaltung). MVR ist wirtschaftlich überlegen gegenüber MEE, wenn das Strom-zu-Dampf-Kostenverhältnis < 1:4,5 beträgt. Nicht geeignet bei Siedepunktserhöhung SÖ > 15°C.
Wann einen Verdampfer wählen — und welchen Typ
Flüssigkeit muss durch Wasserentzug konzentriert werden und Produkt ist wärmeempfindlich (Molkerei, Pharma, Lebensmittel)
Fallfilm-Verdampfer unter Vakuum (40–65°C) — minimale Produktverweilzeit, minimaler Wärmeschaden, sanfte Filmverdampfung bei niedrigstmöglicher Temperatur.
Flüssigkeit kristallisiert auf Heizflächen oder enthält hohe suspendierte Feststoffe, die einen Filmverdampfer blockieren würden
Zwangsumlauf-Verdampfer — hohe Rohrgeschwindigkeit (2–4 m/s) hält Oberflächen sauber; Verdampfung in der Entspannungszone eliminiert Rohroberflächen-Sieden; verarbeitet Schlämme bis 70 Gew.-% gelöste Feststoffe.
Verdampfungsleistung > 2.000 kg/h und Dampfkosten sind erheblich (Energie macht > 30% der Betriebskosten aus)
Mehrstufen-MEE (3–5 Stufen) reduziert Dampfverbrauch auf 0,2–0,33 kg/kg. Vergleich mit MVR: Wenn Stromkosten < 5× Dampfenergiekosten, gibt MVR niedrigere Betriebskosten. Lozzar berechnet beide Optionen in der Machbarkeitsphase.
Nassabscheider- oder Abwasserbehandlungsflüssigkeitseinleitung ist nicht akzeptabel und ZLD ist durch Genehmigung vorgeschrieben
Zwangsumlauf-Verdampfer + Zwangsumlauf-Kristallisator — erzeugt trockene Salzkristalle ohne flüssigen Abfluss. Integration mit Nassabscheider und Wärmetauscher in ein einziges ZLD-Paket mit einer Leistungsgarantie.
Wann KEINEN Verdampfer verwenden
Produkt muss vollständig trocken sein (< 1% Feuchte) — Verdampfung erreicht nicht knochentrocknen Zustand; Trockner für Endtrocknung erforderlich
Flüssigkeitsvolumen ist gering (< 200 kg/h) und Dampfkosten sind niedrig — ein einfaches Einzelstufensystem mit Direktfeuerung oder Warmwasserheizung ist ausreichend
Lösungsmittel ist organisch (kein Wasser) und Rückgewinnung ist das Ziel — eine Destillationskolonne gibt schärfere Trennung als ein Verdampfer
Flüssigkeit enthält sehr hohe gelöste Salze mit SÖ > 20°C — MVR ist nicht gangbar und Mehrstufen ist teuer; direkte Kristallisation kann wirtschaftlicher sein
Nicht sicher, welcher Trockner für Ihren Prozess geeignet ist? Wir prüfen Ihre Spezifikationen und empfehlen die optimale Lösung.
Ask a technical question →Häufig gestellte Fragen — Verdampfer
Der Break-even-Vergleich basiert auf jährlichen Betriebskosten: MEE-Jahreskosten = Verdampfungsleistung (t/h) ÷ Dampfökonomie × Dampfpreis (€/t) × Betriebsstunden/Jahr. MVR-Jahreskosten = Verdampfungsleistung (t/h) × spezifischer Strom (kWh/t) × Strompreis (€/kWh) × Betriebsstunden/Jahr. Zu europäischen Preisen 2024 (Dampf 20–30 €/t bei 6 bar, Strom 0,08–0,12 €/kWh): Für 1 t/h Verdampfung bei 8.000 h/Jahr — 3-stufige MEE 0,33 t Dampf/h → 52.800 €/Jahr; MVR 25 kWh/t → 25.000 kWh/Jahr → 2.500 €/Jahr. MVR gewinnt entscheidend, außer die Kapitalkosten-Prämie kann nicht amortisiert werden. Ausnahme: hohe Siedepunktserhöhung.
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- →Viskosität bei Einsatz- und Zielkonzentration (mPa·s)
- →Verfügbarer Dampfdruck (bar ü) und Kühlwassertemperatur (°C)
- →Präferenz: Mehrstufen-MEE oder MVR? (Lozzar berechnet beide und empfiehlt)
- →Betriebsart: kontinuierlich oder Batch? Stunden pro Jahr?
- →Regulatorische Anforderungen: GMP (Lebensmittel/Pharma)? ATEX-Zone? PED-Kategorie?
- →Standortbedingungen: verfügbare Fläche (m²) und maximale Höhe (m)