CN109612302A - 换热器管道系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送粘性流体的换热器管道系统，所述换热器管道系统包括多个设计为管道元件的独立换热器，并且具有沿着所述管道系统和在所述管道的横截面中的预定控制的温度和/或压力分布。本发明的特征在于，管道元件形式的换热器以规则间距设置在所述管道系统中。以这样的方式选择所述规则间距从而沿着所述管道系统维持预定的温度和/或压力分布，在所述换热器中设置用于在所述换热器管道中输送的粘性流体的调温装置，并且任选设置混合元件从而根据所述管道的横截面在所述管道的横截面中维持预定的温度和压力分布，并且所述换热器管道系统的长度的至少30％设置有换热器。本发明还涉及通过换热器管道输送粘性流体的方法。

Description

换热器管道系统
本申请是申请号为201280042407.X、申请日为2012年9月3日、发明名称为“换热器管道系统”发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及换热器在输送不稳定流体时的应用。
背景技术
例如通过US 2009/0321975已知用于输送粘性介质，例如热熔塑料(“热熔体”)的管道。其中描述了一种设备，在所述设备中粘性聚合物被运送至挤出机。聚合物熔体在该情况下通过换热器冷却。
在EP 096 201 A1中描述了一种用于连续进行高粘性介质中的聚合反应的反应器。发现在高粘度下的混合和传热过程中能量消耗如此之大，使得可能影响聚合过程中的化学反应。因此力求用于耗散反应热和限制用于均匀化的混合时间的装置。为此，用冷却剂环绕反应器流动并在内部设置静态混合元件。
静态混合元件被广泛使用，对此可参见US 7,841,765或WO 2009/000642的公开。
然而，需要耗散反应热的不仅仅是聚合反应。可热分解的聚合物和聚合物溶液的溶解过程、中间储存也需要主动控制的温度管理，使得一方面使所需产品具有相应的质量，另一方面还可以在温度方面可靠地管理上述方法步骤。近年来，进行了大量努力从而能够以工业规模由纺丝溶液制备可生物降解的产品，例如纤维素纤维。纺丝溶液或挤出溶液既可以由天然聚合物(例如纤维素和纤维素衍生物)制得，也可以由通过生物原料的复杂化学变化得到的生物基塑料制得。另一方面，术语生物聚合物可以被理解为意指通过活的生物体合成的聚合物。这些聚合物以多糖、蛋白质、核酸的形式存在。这些纺丝溶液还可以由例如纤维素的生物聚合物、溶剂、增溶组分的混合物，以及过程必需的添加剂(稳定剂、酸、碱)和改变产品性质的添加剂组成。这种纤维素/氧化胺/水纺丝溶液的相应说明可以在出版物“Structure Formation of Regenerated Cellulose Materials from NMMO-Solutions”(Prog.Polym.Sci.26(2001)1473-1524)中查到。
这些聚合物溶液通常具有极强的温度和粘度敏感性，在从溶液制备(亦即聚合物的溶解)开始的所有过程步骤中，在操作所必需的中间步骤(例如运送、分配、过滤、换热、添加添加剂和成型)中，必须给予高度重视。出版物“Rheology of Concentrated N-Methylmorpholine-N-Oxide Cellulose Solutions”(Polymer Science，A刊39卷，1997年第9期，第1033-1040页)特别涉及这种聚合物复合物的流变。
US 2009/304890 A1描述了由多个换热器组成的管道系统，所述管道系统由用于温度调节的传热介质护套包围。管道内部设置有薄板从而增加湍流。也可以设置挡板。
US 2009/165994 A1涉及具有内部传热介质运送结构的换热器，所述内部传热介质运送结构被设置用于传热和用于彻底混合。
用于丙烯酰胺的聚合的管道系统描述于US 4,110,521 A，所述管道系统包括具有温度控制护套和内部静态混合器的换热器。
US 5,046,548 A显示了具有内部双盘管的换热器，所述内部双盘管运载传热介质。如果合适，也可以设置内部直接回流管道。
WO 2009/122143 A2涉及具有配件的“脉冲流反应器”(PFR)，所述配件造成泵送流体材料的振荡运动。该文献中也描述了用于加热材料的装置，例如热水护套。
WO 2005/119154 A1描述了用于加热具有高密度的悬浮体的系统，所述悬浮体存在具有低内部换热的层流倾向。所述系统具有多个独立换热器单元，其中每个换热器具有多个内管。
专利公开US 2009/117218 A1、DE 10 2009 043788 A1、DE 102 41 276 A1、FR 1,383,810 A和EP 1 350 560 A1描述了其他换热器。
在上述出版物中可以确定的是，成型过程中应考虑温度和粘度影响。相应的研究证明，必须高度重视成型从而形成模制产品，例如短纤维、长丝、薄膜、模制件和无纺材料。为了制备高质量的模制产品，对聚合物溶液的质量提出最高要求，因为聚合物溶液在成型过程中经受最高负荷。
除了所要求的聚合物熔体的质量(例如温度和粘度均匀性)以外，还必须注意，一方面聚合物溶液热量均匀地运送，并且在制备模制产品的NMMO(N-甲基吗啉N-氧化物)过程中，不发生聚合物(纤维素)和溶剂(氧化胺)的热分解。已知，在上述纤维素聚合物溶液的情况下，在一定条件下可能出现自发产生的自催化分解反应。在这种反应的情况下，还要求以尽可能控制的方式耗散形成的反应热。
纤维素/氧化胺/水聚合物溶液也具有在热作用下可能变色的性质。这种变色可以达到这样的程度，即聚合物溶液从溶液制备开始时的蜂蜜色，经过输送路径而转变成深褐色直至黑色。这种变色由聚合物和溶剂的热负荷引起。强烈变色的聚合物溶液导致在加工位置制得的最终产物同样具有深褐色的颜色，因此不适合于商业销售。
通过管道输送高粘度纤维素溶液本身导致由管道的压力阻力(1至5巴/m)引起并传入聚合物复合物中的摩擦热。
由于大规模制备的聚合物溶液通常具有杂质，在加工聚合物溶液之前通过过滤去除这些杂质，例如膨润体。由于过滤的原因通过过滤介质产生压力损失，这在聚合物复合物内引起额外的摩擦热。为了使制备的聚合物溶液到达各个加工位置，聚合物溶液通常通过角度件、T型件、Y型件和多重分配件分开，由此导致进一步的热量输入。
由于通过泵(例如齿轮泵、挤出机、蜗杆泵、通道泵、离心泵)移动或运送高粘度聚合物溶液，引起额外的摩擦热并贡献给粘度敏感和热敏感的纤维素溶液。
不仅上述设备元件可以贡献摩擦热(即设备的功率损耗)，而且内置的混合器，例如静态混合器，管道混合器等，也产生摩擦热。
用于输送聚合物溶液的系统，从溶液制备开始，经过泵、过滤器、分配元件直至最终加工设备，需要复杂的设备系统，使得可以从聚合物溶液中在源位置处除去所有上述摩擦热源，从而达到温度和粘度均匀性用于聚合物溶液的成型，同时维持最高的安全标准。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于加工高粘度流体，特别是聚合物溶液，例如纤维素溶液的输送系统，所述系统具有所需的热安全性，从而可以控制吸热/或放热性分解反应以及变色，并可以设定温度和粘度均匀性。
根据本发明，提供一种换热器管道系统，所述换热器管道系统适合输送粘性流体并且具有多个作为管道元件的独立换热器，其中所述换热器管道系统长度的至少30％设置有换热器。所述系统例如通过流体的再分层从而允许沿着所述管道系统和在所述管道的横截面中的预定控制的温度和/或压力分布。换热器以沿着所述管道系统的规则间距设置作为管道元件，其中以这样的方式选择所述规则间距从而沿着所述管道系统维持预定的温度和/或压力分布。调温装置设置在所述换热器中从而将换热器管道中输送的粘性流体维持于预定温度，并且还任选设置混合元件从而能够根据所述管道的横截面在所述管道的横截面中维持预定的温度和/或压力分布，从而因此也能够维持粘度均匀性。
用于输送粘性流体的管道是已知的。在WO 94/28213 A1中提出一种用于输送粘性复合物(即纤维素/NMMO溶液)的管道，其中流体可以在管中心和/或管段壁处根据该文献给定的公式冷却。为此，冷却剂被运送通过包围管道的冷却护套。冷却剂将可能出现的任何放热反应的热从工作流体中耗散并冷却流体流的外部区域。因此，在外部区域和管道中心的流体之间产生极大的温差，这对流体的物理和化学性质产生负面影响。
DE10024540描述了一种具有同心管形式的内部冷却元件的流体管道元件。在此，由于层流，粘性流体可能在横截面中形成温度梯度。
根据本发明发现，取决于内径，可能需要混合元件(例如静态混合器)从而(取决于可容许的温差)维持横截面中的温度分布并且因此维持管道中的聚合物复合物的粘度恒定性。
此外，为了避免换热器横截面中的温度梯度，还有一个目的是在换热器管道的纵向进程上达到恒定的温度。因此，根据本发明的温度控制装置基本上沿着整个换热器管道设置。“基本上”应理解为意指不必在进程的每一个部分处存在温度控制，有可能跨接短的部分而不使用温度控制装置，而不必担心流体质量的实质性限制和系统安全性。可以使用粘度曲线和温度曲线的分析从而确定温度控制装置的局部使用。特别地，弯曲部和其他技术中间元件，例如过滤器、超压释放设备、泵、连接件、分流器、汇流器、取样元件，某些测量设备，例如在线粘度计、流量计或压力容器，可以没有根据本发明的温度控制装置。优选使用具有静态混合器的连接件。倘若在所述元件处应避免发热，可以在内部或外部设置特定的冷却元件。
根据本发明，换热器(具有温度控制装置)占流体管道系统的长度的临界比例为至少30％，优选地，换热器管道系统的长度的至少35％，特别优选至少40％，至少45％，至少50％，至少55％，至少60％，至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，或甚至至少85％，至少90％，至少95％，设置有换热器或温度控制装置。具有换热器的部分指定为管道系统的纵向部分，其中设置温度控制装置，例如传热介质管道。因此，管道系统的一大部分是换热器，因此本发明的所述方面也被称为换热器管道系统。优选地，在换热器管道系统中，在至少每8m、每7m、每6m、每5m、每4m或每3m的部分中设置一个换热器。在这些8m、7m、6m、5m、4m或3m的部分中，所述部分的长度的至少30％，优选至少35％，特别优选至少40％，至少45％，至少50％，至少55％，至少60％，至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，或者甚至至少85％，至少90％，至少95％设置有换热器或温度控制装置。
根据本发明的系统，从制备(例如在压力和/或真空下的溶解聚合物，和加热纺丝溶液至输送温度，以任意顺序增压)到最终加工(在纺丝复合物的情况下为成型)的整个流体输送过程中，应使温度和压力分布均匀。
为了安全的过程管理，有利的是控制比排热能力(千瓦每米长度，千瓦每平方米内表面)。除了上述说明、数据之外，相应设备部件的流体体积热流密度(以千瓦每立方米流体体积表示)也用作关键的安全说明。
因此重要的是，在加工热敏性流体和聚合物的过程中，相应的设备元件以这样的方式构造，使得其中包含的热敏性流体或聚合物可以通过主动进行的热量管理而达到安全的温度水平，并且在相应的设备部件的横截面上以及在整个系统的长度上实现安全的温度分布。聚合物熔体和聚合物溶液在高粘度值下通常具有结构粘性性质，因此除了主动操作的热量管理之外，还应注意聚合物流的高均匀性，从而在设备或设备部件中的所有位置处存在相同的温度和粘度分布曲线。如上所述，当加工由纤维素、水和氧化胺组成的聚合物混合物时，从溶液制备开始直至成型，通过多个设备元件产生摩擦热，其导致不受约束的和不规则的温度和粘度分布曲线，并在极端情况下造成放热反应。因此，流体的温度被连续控制并且流体不断地再分层。
由纤维素/NMMO/水组成的热不稳定流体在不充分稳定化的情况下甚至从120℃至130℃的温度开始自催化分解。流体的稳定化被理解为意指在聚合物复合物的制备过程中已经向流体中加入化学试剂，所述化学试剂一方面保护聚合物，另一方面保护溶剂免于热分解。还可以在通过换热器管道运送聚合物复合物的过程中进一步加入稳定化试剂，特别是在设置混合元件的换热器系统的区域中。除了加入稳定化试剂之外，也可以向换热器系统中加入改变产品性质的其他物质，所述其他物质在加入阶段的过程中可能导致可能的调热。因此，根据本发明的换热器系统可以在作为整体的换热器系统中极好地平衡放热过程或吸热过程。应理解，除了加入流体物质之外，使用换热器系统也可以引入气态物质。通过根据本发明的换热器管道系统不形成过热区域，所述过热区域可以证明其本身为蔓延至整个系统的放热反应的输出区域。
在优选的实施方案中，换热器的至少一个温度控制装置是传热介质管道或传热介质护套。有可能通过内部温度控制装置或通过外部温度控制装置冷却或加热独立换热器。温度控制护套至少以这样的程度包围一部分，从而在管壁处加热或冷却流体。通过考虑温度控制装置的面积比和有可能考虑由于内部混合器和/或温度控制装置导致的额外的摩擦热，本领域技术人员可以简单计算哪种温度控制选择对于各个系统为最佳。对于纤维素/NMMO/水流体，已经确定，在35mm、40mm、60mm或90mm的内径以下最好使用外部冷却换热器，从135mm的内径开始最好使用内部冷却换热器，并且在90mm和135mm之间可以使用内部或外部冷却换热器。在某些实施方案中，换热器管道系统具有换热器，所述换热器在换热器内部具有温度控制装置，优选对于至少35mm、至少40mm、至少60mm或至少90mm的换热器内径。与此独立或者除此之外，换热器管道系统可以包括换热器，所述换热器在换热器内部之外具有温度控制装置，优选温度控制护套，其中换热器的内径优选为至多130mm。
根据本发明的换热器管道系统可以由多个部分组成，在所述部分中可以使用不同尺寸的换热器。特别是在分支元件下游，流体流可以分成两股或多股流，其中通常使用具有较小内径的换热器。因此，本发明涉及一种具有独立换热器的错开的内径的换热器管道系统。所述直径沿着管道系统的进程减小。
优选地，换热器管道系统具有至少1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个分支元件。
根据本发明的系统的独立部分或换热器的内径的梯度优选在一定范围之内。因此，换热器管道系统的第一部分与第二部分的内径的比例可以为至多5:1，优选至少10:9，特别优选3:1至6:5，特别优选2:1至4:3。特别地，所述比例适用于连续换热器或部分的情况，特别是分配元件的下游。在具体实施方案中，可以存在1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个所述不同的错开的内径。
优选地，根据体积热流密度(KW/m3)，通过独立换热器耗散富余的热量从而调节温度和热量管理。本领域技术人员可以通过体积热流密度简单地计算线性热流密度(KW/m)和表面热流密度(KW/m2)。优选地，在具有至少250mm内径的流体管线中，热流密度为至少120KW/m3或更高，优选263KW/m3，特别优选442KW/m3或707KW/m3，如果还应耗散热管道系统的其他部件(例如泵或过滤器)的热量，则热流密度更高。
优选地，在具有至少180mm内径的流体管线中，热流密度为至少40KW/m3或80KW/m3或更高，优选111KW/m3，特别优选188KW/m3或300KW/m3，如果还应耗散热管道系统的其他部件(例如泵或过滤器)的热量，则热流密度更高。
优选地，在具有至少140mm内径的流体管线中，热流密度为至少30KW/m3或更高，优选80KW/m3，特别优选103KW/m3或164KW/m3，如果还应耗散热管道系统的其他部件(例如泵或过滤器)的热量，则热流密度更高。
优选地，在具有至少110mm内径的流体管线中，热流密度为至少12KW/m3或更高，优选22KW/m3，特别优选75KW/m3或120KW/m3，如果还应耗散热管道系统的其他部件(例如泵或过滤器)的热量，则热流密度更高。
优选地，在具有至少90mm内径的流体管线中，热流密度为至少10KW/m3或更高，优选12KW/m3，特别优选18KW/m3或29KW/m3，如果还应耗散热管道系统的其他部件(例如泵或过滤器)的热量，则热流密度更高。
优选地，在具有至少60mm内径的流体管线中，热流密度为至少10KW/m3或更高，优选11KW/m3，特别优选17KW/m3或28KW/m3，如果还应耗散热管道系统的其他部件(例如泵或过滤器)的热量，则热流密度更高。
在优选的实施方案中，由以下公式得到以KW/m3表示的最小耗散热流密度(W1)：
W1＝0.0051×d2－1.0468×d+63.5，
其中d为以mm表示的换热器内径(参见图7点划线)。
优选地，以KW/m3表示的最佳耗散热流密度(W2)为：
W2＝0.0102×d2－2.0935×d+127.07
(参见图7实线)。在具体实施方案中，耗散的热量为至少W1，至少W2的一半，至少W1和W2的平均值，或至少为W2的3/4。
耗散的热量可以通过选择温度控制装置加以控制。在传热介质的情况下，可以通过选择介质及其温度从而耗散热量。可以使用冷水、热水、冷却油、热油或其他流体作为液态或气态均匀性的传热介质。
优选地，换热器系统的横截面中和/或纵向方向上的预定温差为至多5℃，其中选择具有调节的长度、直径和温度控制的相应换热器。优选地，换热器系统的横截面中和/或纵向方向上的预定温差为至多4℃，至多3℃，至多2℃。
可以根据期望和过程和设计要求确定换热器管道系统的尺寸。优选地，换热器管道系统为至少1m，优选至少2m，优选至少4m，优选至少6m，优选至少8m，优选至少10m，至少12m，至少14m，至少16m长。
优选地，换热器管道系统与用于在压力下运送粘性介质的泵、过滤器、压力和体积平衡槽、超压调节器、其间连接的测量设备元件或其组合或类似物操作性连接。特别地，在从制备到消耗的整个流体输送过程中，所述系统应如本文所述进行处理、再分层和温度控制或检测。这种系统可以通过泵、过滤器和/或压力调节器或类似物运送。
在特别优选的实施方案中，根据本发明的换热器管道系统至少在管道部分或换热器的内部包含混合元件。如上所述，在换热器的小内径的情况下，优选设置内部混合元件和外部冷却。混合元件用于使流体流产生涡流，从而使层流转变成湍流和/或达到从换热器中心至横截面外部区域的流体交换。优选地，换热器管道系统的长度的至少30％，优选至少35％，特别优选至少40％，至少45％，至少50％，至少55％，至少60％，至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，或者甚至至少85％，至少90％，至少95％设置有混合器，特别是静态混合元件。在内径小于90mm，优选小于130mm的部分中，部分或独立换热器的长度的优选至少20％，优选至少30％，特别优选至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，或者甚至至少90％，至少95％设置有混合器，特别是静态混合元件。
在具有内部温度控制的部分或独立换热器中也可以设置混合元件，优选地，内部温度控制元件同时具有混合功能。根据所述实施方案，本发明涉及一种换热器管道系统，所述换热器管道系统在换热器的内部具有作为温度控制装置，例如以传热介质管道的形式的混合元件。这例如可以通过传热介质管道的相应的成型盘绕得以实现。优选地，为了避免由压力损失引起的摩擦热，选择低装填密度，例如由温度控制装置，特别是传热介质管道占据的横截面内面积的至多40％的装填密度。在换热器系统的一些部分中，有利的是至多50％，65％，70％，75％的空余横截面积。优选地，空余横截面积在5％和80％之间，特别优选在10％和70％之间，在15％和60％之间，在20％和50％之间，在25％和45％之间，或在30％和40％之间。
本发明还提供一种具有相应装填密度的用于输送粘性流体的独立换热器。根据本发明的换热器管道系统优选由至少一个或多个如下所述的换热器组成。根据本发明的换热器具有外部护套和一个或多个内部传热介质管道。本发明的特征在于，内部传热介质管道具有在护套方向上的引导区域和盘绕区域，或者传热介质管道至少基本上占据换热器的整个长度，特别是在传热介质管道的低装填密度的情况下。
本发明提供一种产生控制和恒定条件的用于输送粘性流体的换热器。因此，通过根据本发明的盘绕区域在换热器的横截面上实现所输送流体的更均匀的冷却。通过额外占据传热介质管道在护套方向上铺设的区域或者通过低装填密度和因此造成的大的空余横截面积，保证了通过换热器的流体流只受到最小影响。这在粘性流体的情况下特别关键，否则会出现高摩擦热和压力损失。在热不稳定流体(例如纤维素的氧化叔胺溶液)的情况下，由于这些不期望的反应可能产生爆炸。
在盘绕区域中，传热介质管道通过一个或多个弯曲、盘绕或环路而铺设。特别地，盘绕区域保证了传热介质管道可以在护套的边缘区域之间改变。优选地，传热介质管道基本上以与换热器的中心或轴线错开的方式铺设，其中盘绕区域可以从一侧或边缘区域改变至另一侧或边缘区域(不必向相对侧)，有可能重新返回铺设，或者可以铺设至另一不同侧。一方面，由于这些盘绕区域造成均匀的传热；也有可能形成湍流的流体流，其进一步促进彻底混合并防止形成粘度梯度和温度梯度。特别的优点在于，由于管道处的冲击压力，能够在产生摩擦热(由于压力损失造成的耗散能量)的位置处通过使用传热介质管道作为混合元件从而直接耗散该热量，并且从一开始避免隔离的流体区域升温。通过这些措施，实现了在换热器横截面中的所输送的粘性流体的恒定的温度分布曲线，避免了局部升温位点(“热斑”)。这在因此而可以产生巨大背压和摩擦热的高粘性流体的情况下是决定性的优点。
根据本发明，在操作的过程中在传热介质管道内运送冷却剂。然而，“传热介质管道”不应理解为局限于使用冷却剂，在其他实施方案中也有可能运送热介质或温度控制介质。通常地，取决于温度控制装置的温度是高于还是低于流体的温度，温度控制装置以及传热介质可以用于冷却和加热流体。在换热器管道系统中，温度控制装置的温度也可以以这样的方式控制，使得系统的某些部分充当冷却部分，其他部分充当加热部分。
本文中的“区域”通常被理解为意指换热器内部适于运送流体的区域。其中大部分为管道区域。本文中的“管道区域”被理解为意指具有沿着换热器的一定长度的部分。“边缘区域”是外部护套附近的一定管道区域处的换热器的限定的横截面面积。
为了使换热器或换热器管道系统与其周围之间的传热保持尽可能的低，有可能以另一种有利的构造提供至少在某些部分由隔热层包裹的换热器或系统。因此，可以更好地实现内部流体的更有针对性的温度检测。
在优选的实施方案中，设置至少两个传热介质管道。这些传热介质管道可以用于以相反方向运送传热介质。至少两个传热介质管道铺设在换热器的护套内，例如至少在某些区域平行。因此，例如传热介质管道沿着换热器，即沿着护套以非盘绕区域形式铺设的部分可以存在于相同的管道区域中或交替。优选地，至少两个传热介质管道的盘绕区域共同存在于限定的管道部分中。一个或多个传热介质管道可以在一个端部区域处连接至第二传热介质管道，使得传热介质在这些第二传热介质管道中回流。通过传热介质管道的回流，单个连接端部有可能能够空间接近地供应和除去。此外，避免了由于冷却剂在流动通过换热器的过程中被加热而沿着换热器产生温度下降。这在例如长度为数米的长换热器的情况下是特别有利的。
至少两个传热介质管道的盘绕区域可以额外地共同存在于限定的管道部分中使其相对于彼此缠绕。这造成流体特别有效的彻底混合和用冷却剂的均匀传热。借助于通过传热管道的有效混合，有可能沿着换热器不使用其他混合元件，包括静态混合元件，其主要目的是造成湍流，通常同时产生巨大的背压。因此换热器可以在具有传热介质管道的部分中基本上没有额外的混合元件。
特别地，设置盘绕区域以使粘性流体产生涡流。用于增加湍流的冷却剂管道的特殊形状或盘绕本身是公知的并且可以用于该目的。
优选地，在根据本发明的换热器管道系统中，设置至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个或更多个本文所述的或其他已知的独立换热器。根据本发明的系统的突出之处特别在于多个独立换热器的模块化应用。
在优选的实施方案中，在换热器管道系统中设置一个或多个超压释放设备，优选基于爆破元件的超压设备。超压释放设备的应用是公知的。常见的方法包括例如具有薄膜的爆破片，所述薄膜在高于正常操作压力但是低于管道或容器本身破裂的压力的作用下爆破，因此能够使用外部空间进行压力释放。爆破片例如描述于US 6,241,113，US 3,845,879，US 2008/0202595，EP 1 591 703和US 7,870,865中。一些爆破片可以具有孔从而保证其在多个点处或沿着预定的破裂点裂开。爆破片可以用于试图检测爆破片作用的各种设备中。因此，US 4,079,854描述了一种设备，所述设备具有带刀片的切割装置，所述刀片在压力作用之后割裂凹形爆破片。US 3,872,874描述了一种具有凸形爆破片的爆破片设备，所述爆破片在压力膨胀的情况下挤压剪切刺针。WO 2005/054731涉及一种具有压力检测器的爆破片设置。EP 789 822涉及用于热不稳定粘性复合物(例如纤维素溶液)的压力安全设备，其中爆破元件伸入输送管道的内部。US 5,337,776涉及一种具有超压释放设备的管道，其中爆破片齐平地位于管壁内侧，从而造成用所输送的流体冲洗爆破片。
优选地，超压释放设备在独立换热器的区域之间的连接元件中设置有温度控制装置。根据本发明，具有温度控制装置的部分实现对所传送的流体的特别有效的温度检测和与其相关联的压力检测，使得在这些部分中不需要超压释放设备。由于根据本发明的设置有温度控制装置的换热器形成特别有效的温度均匀性和粘度均匀性，在这些区域中可以有意地避免安装超压释放设备，因为超压释放设备在换热器系统中造成冷斑，因此严重破坏换热器管道的热量管理。因此，超压释放设备主要设置在连接元件上，在所述连接元件中不输送内部温度控制装置。可替代地，混合元件可以设置在超压释放设备的区域中，使得这些设备与均匀的流体接触。超压释放设备的温度也可以通过温度控制装置进行控制。
通过根据本发明的换热器管道系统的设计，可以提供特别长的管道，所述管道允许在整个长度上冷却。这在输送高粘性纺丝溶液时特别重要，在这种情况下反应器和挤出机等之间可跨越数米。示例性设备需要约20米的管道。优选地，提供长度为至少1m，优选至少2m，至少3m，至少4m，至少5m，至少6m，至少7m，至少8m，至少9m，至少10m，至少12m，至少15m的长换热器管道。可以沿着换热器管道系统设置多个换热器，即具有分离的限定温度控制装置的部分。独立换热器的传热管道可以分别供给冷却剂。优选地，管道包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个换热器。独立换热器具有根据本发明的传热介质管道并且可以具有0.2至4m，优选从0.3至3m，特别优选从0.4至2m，特别优选从0.5至1m的尺寸。独立换热器的换热器内部优选在两端开口，并且能够连接其他换热器或其他元件，例如连接件、分流器、过滤器、泵、压力容器或末端设备，例如挤出机和纺丝设备。
优选地，传热介质管道占据根据本发明的系统的一个或多个，特别是所有换热器的长度的至少60％，特别优选至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，至少85％，至少90％，至少95％。
根据本发明的换热器管道系统优选与用于在压力下运送粘性介质的泵操作性连接在一起。特别地，当输送高粘性流体(所述高粘性流体在压力作用下通过换热器压入系统)时，本发明的优点特别明显。
为了产生尽可能低的背压，粘性流体以尽可能小的阻力输送通过换热器。为此，降低温度控制装置的装填密度。特别地，在优选的实施方案中，在换热器的横截面中，至多50％，优选至多45％，至多40％，至多35％，至多30％，至多25％，至多20％，至多15％，至多12％，至多10％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％的横截面内面积由温度控制装置占据。亦即，空余横截面是空余的用于流过流体的剩余横截面部分并且优选为至少50％，特别优选至少55％，至少60％，至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，至少85％，至少90％。
具有内部温度控制装置的换热器可以具有多个具有盘绕的传热介质管道的区域。在传热介质管道的下游盘绕区域中，传热介质管道优选相对于彼此弯曲或形成角度。下游盘绕区域可以例如通过回流的传热介质管道或通过传热管道形成，其中冷却剂以与第一传热介质管道相反的方向运送。
传热介质管道和/或换热器可以由各种材料，例如钢、高级钢、陶瓷、烧结金属、铝、塑料、有色金属或贵金属制成。优选的材料是所有铁、铁合金、铬镍钢、镍钢(例如哈氏合金材料)、钛、钽、碳化硅、玻璃、陶瓷、黄金、白金以及塑料。特殊材料为具有高钼含量的合金，或抗渗锈和缝隙腐蚀的镍、铬和钼合金，或具有高抗拉强度的镍铜合金。材料实例为哈氏合金C(高抗腐蚀性)、哈氏合金B(沉淀硬化的高温合金)、铬镍铁合金(在石化应用中抗应力腐蚀开裂)、耐热铬镍铁合金(高强度，耐高温，抗氧化和抗碳化)、蒙乃尔合金(高抗拉强度，抗腐蚀)。然而传热介质管道和/或换热器也可以由涂覆材料制成。
已知所使用的构造材料的抗腐蚀性，本领域技术人员可以决定对于换热器系统，相对于所运送的流体，可以使用哪些构造材料以及如何将换热器系统构造性连接至设备单元。在用于使由纤维素、氧化胺和水组成的聚合物复合物的温度和粘度均匀化的换热器系统中，应注意不含铁和有色金属。
优选的选择是具有5至100W/mK，特别优选10至60W/mK的导热系数的材料。
在具体实施方案中，换热器的护套隔热和/或可以设置成双管道，因为热交换在内部进行并且基本上不通过护套产生向外传热。
此外，本发明涉及一种通过根据本发明的换热器管道系统或根据本发明的换热器输送粘性流体的方法。同样地，本发明涉及换热器管道系统或换热器用于输送粘性流体的用途。优选地，粘性流体为热不稳定的。热不稳定的流体例如是生物聚合物溶液，纤维素溶液，例如纤维素/氧化胺溶液，特别是氧化叔胺溶液的溶液。一个实例为纤维素NMMO溶液，如在WO 94/28213A1中所述。流体可以是水溶液。热不稳定的流体是在通过换热器和设备系统输送的过程中存在温度升高的危险的流体。温度升高可能例如由于放热反应，特别是化学反应，或由于输送高粘性流体的过程中的摩擦热引起。其他流体特别是工业塑料，可凝固的流体，特别是“热熔体”，例如聚合物、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚乳酸、丙烯等。流体可为触变性流体，特别是纺丝溶液。特别的流体具有至少约40℃、至少50℃、至少55℃、至少60℃、至少65℃、至少70℃、至少75℃的熔融温度，也可达到至多280℃的熔融温度。流体可以在至少40℃、至少50℃、至少55℃、至少60℃、至少65℃、至少70℃、至少75℃、至少约80℃、至少85℃、至少90℃、至少95℃的示例性温度下运送。本发明可以用于耗散放热反应的热量或由于粘性流体的摩擦/压力损失而造成的耗散能量。
在优选的实施方案中，冷却剂通过传热介质管道(在换热器的内部或外部，例如在护套中)运送，所述冷却剂与所输送的粘性流体的温度偏离至多20℃，优选至多15℃，至多12℃，至多10℃，至多9℃，至多8℃，至多7℃，至多6℃，至多5℃，至多4℃，至多3℃。根据本发明的换热器被证实有效，使得小的温差有可能实现令人满意的散热。优选地，冷却剂的温度低于流体温度。
在具体实施方案中，粘性流体在至少15巴(bar)，至少20巴，至少25巴，至少100巴，优选至少200巴，至少300巴，至少400巴，至少500巴，至少600巴，至少700巴，至少800巴输出压力的高压下通过换热器或管道系统输送。在另一实施方案中，根据本发明的换热器管道系统或独立换热器或超压设备用于在最大至多1000巴，优选至多60巴，至多80巴，至多120巴，至多250巴，至多350巴，至多450巴，至多550巴，至多650巴，至多750巴，至多900巴的高压(触发压力)下输送流体。优选地，流体的零剪切粘度在100至15,000Pas的范围内，特别在500至10,000Pas之间。
在优选的实施方案中，本发明定义如下：
1、一种用于输送粘性流体的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有多个，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个作为管道元件的独立换热器，并且具有沿着所述管道系统和在所述管道的横截面中的预定控制的温度和/或压力分布，其特征在于，换热器以沿着所述管道系统的规则间距设置作为管道元件，其中以这样的方式选择所述规则间距从而通过使流体再分层而沿着所述管道系统维持预定的温度和/或压力分布，其中在用于在所述换热器管道中输送的粘性流体的所述换热器中设置温度控制装置，并且任选还设置混合元件从而根据所述管道的横截面在所述管道的横截面中维持预定的温度和/或压力分布，并且其中所述换热器管道系统的长度的至少30％设置有换热器。
2、根据定义1所述的换热器管道系统，其特征在于，换热器的至少一个温度控制装置是传热介质管道或传热介质护套。
3、根据定义1或2所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有独立换热器的错开的内径，所述错开的内径沿着所述管道系统的进程减小。
4、根据定义1至3任一项所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有至少一个分支元件。
5、根据定义1至4任一项所述的换热器管道系统，其中所述换热器管道系统的第一部分的内径与第二部分的比例为至多5:1，优选至少10:9。
6、根据定义1至5任一项所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有换热器，优选对于所述换热器的至少90mm的内径，所述换热器在所述换热器内部具有温度控制装置。
7、根据定义1至6任一项所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有换热器，所述换热器在所述换热器内部之外具有温度控制装置，优选温度控制护套，其中所述换热器的内径为至多130mm。
8、根据定义1至7任一项所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器系统的横截面中和/或纵向方向上的预定的温差为至多5℃。
9、根据定义1至7任一项所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统在至少一个管道部分内部包括混合元件。
10、根据定义6和9所述的换热器管道系统，其中所述混合元件和温度控制装置为所述换热器内部的传热介质管道。
11、根据定义10所述的换热器管道系统，其特征在于，所述内部传热介质管道具有在所述护套方向上的引导区域和盘绕区域。
12、根据定义1至11任一项所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器管道系统的长度为至少1m，优选至少2m，优选至少4m，优选至少6m，优选至少8m，优选至少10m。
13、根据定义1至12任一项所述的换热器管道系统，其特征在于，所述温度控制装置占据所述换热器管道系统的长度的至少60％。
14、根据定义1至13任一项所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器管道系统与用于在压力下运送粘性介质的泵、过滤器、超压调节器、用于加工聚合物溶液的加工设备，例如纺丝设备或挤出设备，或其组合等操作性地连接在一起。
15、根据定义1至14任一项所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有在所述换热器内部的传热介质管道，其中在所述换热器的横截面中，所述传热介质管道占据横截面内部面积的至多40％。
16、一种用于输送粘性流体的换热器，所述换热器具有外部护套和一个或多个内部传热介质管道，特别是冷却剂管道，其特征在于，所述内部传热介质管道具有在所述护套的方向上的引导区域和盘绕区域，其中优选设置两个传热介质管道，所述传热介质管道优选用于以相反方向引导传热介质。
17、根据定义16所述的换热器，其特征在于，传热介质管道可以在一个端部区域处连接至第二传热介质管道，所述第二传热介质管道用于回流所述第二传热介质管道中的传热介质。
18、根据定义16或17所述的换热器，其特征在于，至少两个传热介质管道的盘绕区域共同存在于限定的管道部分中。
19、根据定义16或18所述的换热器，其特征在于，至少两个传热介质管道的盘绕区域相对于彼此扭曲地共同存在于限定的管道部分中。
20、根据定义15至19任一项所述的换热器管道系统，其特征在于，设置所述盘绕区域从而使所述粘性流体产生涡流。
21、根据定义15至20任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器为至少1m，优选至少2m，优选至少4m，优选至少5m长。
22、根据定义15至21任一项所述的换热器，其特征在于，所述传热介质管道占据换热器的长度的至少50％。
23、根据定义15至22任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器与用于在压力下运送粘性介质的泵操作性连接在一起。
24、根据定义15至23任一项所述的换热器，所述换热器具有低传热介质管道装填密度，其中所述传热介质管道占据横截面内面积的至多40％。
25、根据定义15至24任一项所述的换热器，其特征在于，当以横截面观看时，所述传热介质管道的下游盘绕区域相对于彼此弯曲或形成角度。
26、根据定义1至14任一项所述的换热器管道系统，其中所述系统的至少一个部分由根据定义15至25任一项所述的换热器组成。
27、一种通过根据定义1至26任一项所述的换热器管道系统或换热器输送粘性流体的方法，特别是其中所述粘性流体为热不稳定的，并且优选为纤维素溶液。
28、一种通过根据定义1至27任一项所述的换热器管道系统或换热器输送粘性流体的方法，特别是其中所述粘性流体为热不稳定的，优选为包含纤维素和有机溶剂或由纤维素和有机溶剂组成的纤维素溶液。
29、一种通过根据定义1至28任一项所述的换热器管道系统或换热器输送粘性流体的方法，其中所述粘性流体为包含纤维素、氧化胺和水或由纤维素、氧化胺和水组成的纤维素溶液，优选其中所述氧化胺为N-甲基吗啉N-氧化物。
30、一种通过根据定义1至26任一项所述的换热器管道系统或换热器输送粘性流体的方法，其中所述粘性流体为纤维素溶液，并且溶解的纤维素以纤维素衍生物的形式存在于溶液中。
31、一种通过根据定义1至26任一项所述的换热器管道系统或换热器输送粘性流体的方法，其中所述粘性流体为生物聚合物溶液，并且溶解的生物聚合物构成生物基塑料。
32、一种通过根据定义1至26任一项所述的换热器管道系统或换热器输送粘性流体的方法，其中所述粘性流体为生物聚合物溶液，并且溶解的生物聚合物以多糖、蛋白质、核酸的形式存在。
附图说明
进一步通过如下附图和实施例说明本发明，而不限制于本发明的这些具体实施方案。
图1显示了根据本发明的换热器1的纵截面，所述换热器1具有外部护套2和内部区域3和内部冷却剂管道4，所述内部冷却剂管道4具有在护套方向上的引导区域5和盘绕区域6。
图2a、图2b和图2c显示了根据本发明的换热器的三个截面，两个标准纵截面，图2a(截面A-A)和图2b(截面B-B)，和一个横截面，图2c(截面C-C)，在每种情况下具有在盘绕区域中的两个交叉的冷却剂管道。冷却剂管道通过连接管道7彼此连接，使得冷却剂可以在每个第二冷却剂管道中回流。同样显示了冷却剂入口8和出口9。
图3显示了换热器1的横截面，在每种情况下具有在盘绕区域6中的四个交叉的冷却剂管道4。
图4显示了通过分流器10分支的换热器管道，其中独立管道部分通过弯曲部11连接。
图5显示了如WO 94/28213 A1所述的常规流体管道系统中的温度梯度和根据本发明的温度检测中的温度梯度的对比。显示了在非换热器的输送管道部分中的聚合物(纤维素)温度分布。曲线(A)的进程描述了平均温度进程，使得在溶液制备之后，聚合物复合物通过换热器冷却，然后进料至管道并且输送从而加工(挤出)。由于物质输送、过滤和各种转向产生的压力损失导致热量通过摩擦而引入聚合物复合物，因此温度水平在整体上升高。曲线B–管道中心–和B'–管壁–表示根据WO 94/28213 A1的教导的分析，根据所述教导，仅管壁被冷却。可以看出，温度不均匀性随着从溶液制备至加工的距离而增加，因此在管道中的输送过程中而增加，这可以通过两条曲线(B)和(B')的展开表示。WO 94/28213 A1教导了由于自发进行温度管理和热量管理的管道系统，可以产生至多15℃的温差。通过WO 94/28213的教导清楚的是，由于在传送的聚合物或纤维素溶液中的允许的温差，建立和形成大的粘度差。如果不克服这种温度和粘度均匀性，则在用于模制产品的下游加工位置处不可避免地产生制备缺陷，所述缺陷导致在纺丝或挤出的过程中挤出物断裂，附接至其他挤出物，并且因此产生不可使用的最终产物。
图6显示了纤维素溶液在各种设备构造中的温度曲线，其中描绘了3种不同的温度曲线(C、D、E)。
(C)：在纤维素聚合物溶液的溶液制备之后，输送复合物至过滤器，通过过滤器并且进一步输送从而加工形成模制件(挤出)。在曲线C的进程的情况下，仅耗散换热器的耗散热量。
(D)：在纤维素聚合物溶液的溶液制备之后，输送复合物至过滤器，通过过滤器并且进一步输送从而加工形成模制件。在曲线D的进程的情况下，不仅耗散换热器的耗散热量，这在此有助于温度和粘度均匀性，还耗散由升压泵以及由过滤造成的热量。
如通过曲线(D)可见，在输送路径上，在整个换热器管道横截面积上，以及在换热器管道体积上实现温度和粘度均匀性。此外，在整个换热器管道进程上实现复合物温度的均匀性。
(E)：通过根据本发明的系统，还可以以这样的方式进行流体温度的控制，使得在希望流体温度增加的情况下，换热器管道关于压力损失以这样的方式设计尺寸，使得通过摩擦热在换热器处引入希望的温度增加。由于换热器管道被构造设计成间接引导换热器，除了通过摩擦在换热器处引入热量之外，用于增加纤维素溶液的温度的热量也可以通过进料至换热器管道的换热器流体而引入。
图7显示了耗散的热量作为换热器直径/表面积的函数的计算。
此外，关于独立换热器的热流密度指定选择的区域，其中不同换热器的最佳区域位于：
-区域1中：内部仅有静态混合器，通过换热器的护套上的温度控制装置进行外部温度控制
-区域2中：具有内部温度控制的管道静态混合器
-区域1、2中：存在静态混合器或管道静态混合器的区域。直线“最小热流密度”显示了为了例如除去通过管道和混合器在设定温度为95℃的纤维素/NMMO/水流体混合物中产生的摩擦热量而待耗散的最小热量。实线显示最佳耗散的热量。
图8a、图8b显示了不具有换热器的管道的横截面温度分布曲线，流体通过所述管道流动。图8a：直径为25mm的管道；图8b：直径为100mm的管道。温度曲线由上至下显示了1)入口处、b)1m之后、c)3m之后和d)出口处(10m之后)的分布曲线。
具体实施方式
实施例：
根据这些实施例，使用如图2中所示的换热器管道。在该形式中，换热器包括四个冷却剂管道，其中在每种情况下，两个冷却剂管道在端部处附接从而使冷却剂回流。在另一个端部处，设置用于引入和排出冷却剂的连接头。换热器内部在两端开口，并且能够连接其他换热器或其他元件，例如连接件、分流器、过滤器、泵、压力容器或末端设备，例如挤出机等。这种连接示于图3。冷却剂管道占据换热器的内部，其中在每种情况下，两个冷却剂管道具有盘绕区域，所述盘绕区域在相同的部分中具有交叉的管道环路或者因此在另一个部分中具有在护套的方向上的引导区域。这些区域交替变化。与其错开的是另一对冷却剂管道，所述另一对冷却剂管道在相同的部分中均具有盘绕区域和非盘绕区域，其中关于第一对冷却管道，这些盘绕和非盘绕区域以镜像方式存在。
实施例1：
在操作的过程中用纤维素/NMMO/水溶液测试根据图3的换热器管道。在97℃和102℃之间的温度下在溶解设备中制备由12.9％纤维素、76.3％氧化胺(NMMO)和10.8％水组成的不同亚硫酸盐纤维素(制备商MoDo，Sappi Saiccor)的纺丝溶液。
在1200kg/m3的密度下，所述溶液具有15,000Pas的零剪切粘度(在85℃下)。如此获得的纺丝溶液在制备之后在设置有加热的内部静态混合元件(型号：Sulzer SMR)的换热器中调节至95℃的温度。
在换热器出口处，确定输出溶液的温度，其中测量如下温度：
T1＝95.8℃
T2＝96.7℃
T3＝96.1℃
T4＝95.2℃
T5＝97.1℃
通过测量的温度可见，在换热器横截面上达到约1.9℃的温差。
实施例2-空管试验
连续的，将从换热器中输出的纤维素溶液运送至内径为108mm(长度约3米)的空管中。
为了进一步加工，用内径为80mm(长度约2米)的空管将纺丝溶液流分成2股支流。
空管外部设置有温度控制护套，所述温度控制护套上具有隔热层(50mm的隔热层厚度)。
温度控制护套保持82℃的温度。
在空管(长度5米)中的输送路径之后，在两个出口(65mm)之一处确定横截面上的纺丝溶液的温度分布，其中测量如下温度：
T1＝97.8℃(在管中心测量)
T2＝91.7℃
T3＝83.5℃
T4＝89.2℃
T5＝91.1℃
通过测量的温度可见，在空管的横截面上达到约14.3℃的温差。值得注意的是，尽管护套温度较低，测得极高的芯部温度，这可以通过流体极大的剪切热得以解释。
实施例3-具有加热的内部静态混合元件的换热器
本发明的目的是，尽管从外部恒温和引入剪切热，在管道的进程上必须将纺丝溶液的温度和粘度常量保持在恒定水平。为了达到这一目的，通过换热器系统代替上述空管系统。
换热器系统由至少相互连接的换热器组成。
第一个换热器(壳体内径108mm，长度3m)由具有加热的内部静态混合元件(型号：Sulzer SMR)的壳体组成。壳体的温度控制护套连接至内部静态混合元件，其中温度控制介质的温度设置为92℃。
内部静态混合元件具有2m的长度(壳体长度的约65％)。
在第一个换热器元件下游，纺丝溶液经受温度测量，其中在流过换热器之后设定以下温度：
T1＝94.8℃
T2＝94.4℃
T3＝95.1℃
T4＝95.6℃
T5＝95.9℃
通过测量的温度可以看出，达到约1.1℃的温差。值得注意的是，通过根据本发明的设计可以得到在温度和粘度分布方面非常均匀的纺丝溶液，同时可以耗散在换热器系统中引起的流体剪切热。
实施例4-具有内部静态混合元件的换热器
在纺丝溶液流的分配之后，纤维素溶液通过2个平行的结构相同的换热器输送。
两个换热器(壳体内径85mm–长度2m)由具有内部静态混合元件(型号：SulzerSMXL)的壳体组成。壳体的温度控制护套设置成90℃的温度。
内部静态混合元件具有1.2m的长度(壳体长度的约60％)。在两个换热器元件之一下游，纺丝溶液经受温度测量，其中在流过换热器之后设定以下温度：
T1＝95.3℃
T2＝96.7℃
T3＝95.4℃
T4＝96.1℃
T5＝95.5℃
通过测量的温度可以看出，达到约1.4℃的温差。值得注意的是，通过根据本发明的设计可以得到在温度和粘度分布方面非常均匀的纺丝溶液，同时可以耗散在换热器系统中的流体剪切热。
基于温差的数据，计算流体传送系统中的最小和最佳的换热器长度。对于95℃的纤维素/NMMO/水流体的1.5℃的最大差值，在由20个在每种情况下长度为1米并且具有175mm、136mm、108mm、85mm和65mm错开的内径的独立换热器组成的系统中，从第一个泵至挤出机的输送系统的总长度的至少34％通过过滤器和另一泵和换热器运送。在独立换热器元件内，并不是整个长度都设置有传热介质管道，而是要考虑连接件和如果有的话考虑不完全设备，对于内径为175mm的换热器，长度的56.9％，最好是长度的73.1％设置有传热介质。在内径为136mm的换热器中，长度的69.2％，最好是长度的85.8％设置有传热介质。在内径为108mm的换热器中，长度的61.7％，最好是长度的86.7％设置有传热介质。在内径为85mm的换热器中，长度的63.6％，最好是长度的84.1％设置有传热介质。在内径为65mm的换热器中，长度的50.0％，最好是长度的75.0％设置有传热介质。
内径为175至108mm的换热器在内部进行温度控制，内径为85至65mm的换热器在外部进行温度控制，具有内部静态混合器。
对于换热器系统的总长度，基于换热器的长度部分的总和，长度的61.5％，最好是长度的81.0％设置有传热介质。在需要分流元件、过滤器和泵的情况下，长度的97.1％可以设置有传热介质。
实施例5：
通过换热器管道系统将待用作纺丝溶液并且具有如下组成的聚合物溶液从纺丝溶液的制备输送至纺丝机处的纺丝溶液的加工，所述换热器管道系统由换热器和具有爆破元件(作为分配件)的连接件组成。
以如下组成连续制备由MoDo Crown Dissolving DP 510-550和Sappi SaiccorDP 560-580型纤维素的混合物组成的纺丝复合物：纤维素12.9％；氧化胺(NMMO)76.3％；水10.8％。
在进行水酶预处理和悬浮液制备之后，通过在真空下在连续灌注的反应容器中在97至103℃的温度下蒸发过量的水从而进行溶液制备。加入已知的稳定剂从而稳定溶剂NMMO/水。如已知地使用五倍子酸丙酯进行纤维素溶液的稳定化。为了安全制备溶液，监测重金属离子含量并且作为总参数(由金属离子和有色金属离子组成)不超过10ppm的值。
所制备的溶液的密度在室温下为1,200kg/m3。通过纤维素混合组分设定的纺丝复合物的在75℃下测量的零剪切粘度可以为至多15,000Pas。根据纺丝过程中选择的加工温度，零剪切粘度可在500至15,000Pas的范围内变动。由于纺丝溶液的结构粘性性质，对于纺丝剪切速率，取决于所选择的加工温度，粘度降低至低于100Pas的范围并且同样高度取决于纺丝溶液中的纤维素浓度。
在连接件处，在流通过程中，在取样孔取出聚合物复合物从而进行温度测量和粘度测量，其中对于每mm2的特定流量设计附接在连接件中的爆破片的尺寸。
关于温度和粘度的偏差通过10次独立测量并且通过形成平均值而确定。
对比实施例：粘性流体在不具有内部换热器的管道中的模拟传热
使用如WO 94/28213中的具有温度检测但是不具有内部换热器的管道从而评估流过高粘性流体(例如纤维素溶液)时从管道中心至管壁的模拟传热。
在入口(长度0m)处、1m之后、3m之后和出口(长度10m)处测量横截面温度分布曲线。直径为25mm和100mm的管道形成本研究的基础。根据高粘性介质的典型值选择流速(对于25mm的直径为1.13m/min，对于100mm的直径为3.54m/min)。在测量区域的入口处，在横截面上不断施加活塞形状的速度分布。模拟均以层流方式进行。对于25mm的管道壁温为152.7℃，对于直径为100mm的管道壁温为129.9℃(根据WO 94/28213)。流体密度为1200kg/3，热容量为2700J/kgK并且模拟作为温度的线性函数的导热系数(0.23至0.24W/mK)。
在第一计算行程中，模拟在没有热量输入的情况下(流体中无分解反应)通过管道直径影响流体温度的可能性。
25mm管道的横截面温度分布曲线示于图8a。温度曲线由上至下显示了1)入口处、b)1m之后、c)3m之后和d)出口处(10m之后)的分布曲线。明显的是，通过护套，管道也可以在管道中心冷却。
100mm管道的横截面温度分布曲线示于图8b。所显示的温度曲线与图8b相似，其中也仅可以在管道的边缘区域处看到差异。明显的是，通过护套，管道不可以在管道中心冷却。流体的芯部温度可以被低约15℃的壁温影响。
因此，对于这种流体，需要如根据本发明所提供的交替冷却和彻底混合。

Claims (19)

1.一种用于输送粘性流体的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有多个作为管道元件的独立换热器，并且具有沿着所述管道系统和在所述管道的横截面中的预定控制的温度和/或压力分布，其特征在于，换热器以沿着所述管道系统的规则间距设置为管道元件，其中以这样的方式选择所述规则间距从而沿着所述管道系统维持预定的温度和/或压力分布，其中在所述换热器中设置温度控制装置从而控制流体的温度，并且还任选设置混合元件从而根据所述管道的横截面在所述管道的横截面中维持预定的温度和/或压力分布，所述换热器管道系统至少为6m长，其中所述换热器管道系统的长度的至少30％设置有换热器，且每个3米长的部分的至少30％的长度配备有换热器或温度控制装置，并且其中所述换热器管道系统具有独立换热器的错开的内径，所述错开的内径沿着所述管道系统的进程以5:1至6:5的因子减小，其中内部冷却换热器在135mm或更大的内径下被内部冷却，其中换热器适于耗散至少依照如下公式的热流密度：
W1＝0.0051x d2-1.0468x d+63.5；
其中W1为以KW/m3表示的耗散热流密度，d为以mm表示的换热器内径。
2.根据权利要求1所述的换热器管道系统，其特征在于，换热器的至少一个温度控制装置是传热介质管道或传热介质护套。
3.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有至少一个分支元件。
4.根据权利要求1所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有换热器，所述换热器在所述换热器内部具有温度控制装置。
5.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有换热器，所述换热器在所述换热器内部之外具有温度控制装置，其中所述换热器的内径为至多130mm。
6.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器管道系统的横截面中和/或纵向方向上的预定的温差为至多5℃。
7.根据权利要求1所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统在至少一个管道部分内部包括混合元件。
8.根据权利要求4或7所述的换热器管道系统，其中所述混合元件和温度控制装置为所述换热器内部的传热介质管道。
9.根据权利要求8所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器内部的传热介质管道具有在护套方向上的引导区域以及盘绕区域。
10.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，其特征在于，所述温度控制装置占据所述换热器管道系统的长度的至少60％。
11.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器管道系统与用于在压力下运送粘性流体的泵、过滤器、超压调节器或其组合操作性地连接在一起。
12.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，所述换热器管道系统具有在所述换热器内部的传热介质管道，其中在所述换热器的横截面中，所述传热介质管道占据横截面内部面积的至多40％。
13.根据权利要求4所述的换热器管道系统，所述换热器为至少90mm的内径。
14.根据权利要求5所述的换热器管道系统，所述温度控制装置为温度控制护套。
15.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器管道系统的长度为至少8m。
16.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器管道系统的长度为至少10m。
17.根据权利要求1或2所述的换热器管道系统，其特征在于，所述换热器适于耗散至少依照如下公式的热流密度：
W2＝0.0102x d2-2.0935x d+127.07，
其中W2为以KW/m3表示的耗散热流密度，d为以mm表示的换热器内径。
18.一种通过根据权利要求1至17所述的换热器管道系统输送粘性流体的方法，特别地，其中所述粘性流体为热不稳定的粘性流体，和/或生物聚合物溶液。
19.根据权利要求18所述的换热器管道系统输送粘性流体的方法，所述热不稳定的粘性流体为纤维素溶液，所述生物聚合物溶液选自多糖、蛋白质、核酸或其混合物。
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