DD235272A1 - Fluessigkeitsgegenstrom-waermetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Waermetauscher zur Behandlung der in Zuckerfabriken anfallenden breifoermigen Nachprodukte. Durch die Erfindung wird mit einfachen Mitteln bei hoeherem Wirkungsgrad ein gleichmaessiger, kontinuierlicher Kuehl- bzw. Wiedererwaermungsprozess und somit eine hoehere Zuckerausbeute erreicht. Das Wesen der Erfindung besteht in einer Verbesserung der Rohrglieder zur Fuehrung des Waermetauschermediums und ihrer Anordnung, wobei sich die Rohrglieder aus v-foermigen Rohrabschnitten 4v und Zwischenrohrabschnitten 4k, die die Schenkelenden der v-foermigen Abschnitte wechselweise verbinden, zusammensetzen. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsgegenstrom-Wärmetauscher zur Kühlung und geringen Wiedererwärmung von in Zuckerfabriken anfallenden breiförmigen Nachprodukten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das in Zuckerfabriken anfallende breiförmige Nachprodukt besteht aus Zuckerkristallen und interkristallinem Sirup, die aus dem Vakuumkrstiallisator abgeführt werden. Die Temperatur des Nachproduktes von etwa 75-80⁰C ist langsam und gleichmäßig auf 35-40⁰C abzukühlen. Die Geschwindigkeit der Abkühlung darf dabei einen Wert von 0,8-1,0°C/h nicht überschreiten. Infolge der Abkühlung wird der interkristalline Sirup übersättigt, wobei sich an der Oberfläche der Kristalle Zucker absondert. Bei richtiger Abkühlung wird ein hoher Anteil an interkristallinem Sirup gewonnen und die aus dem Herstellungsprozeß abgeführte Melasse besitzt nur noch einen minimalen Zuckeranteil. Die aus dem Kühler herauskommende breiförmige Masse wird in eine Zentrifuge geleitet, um die Zuckerkristalle von der den Muttersirup darstellenden Melasse zu trennen. Zum Zentrifugieren ist jedoch der infolge der Abkühlung außerordentlich zähflüssig gewordene Brei von der erreichten Temperatur von 35-40⁰C auf 45-50⁰C wieder zu erwärmen.

Für die Abkühlung und Wiedererwärmung der breiförmigen Nachprodukte werden in den Zuckerfabriken Wärmeaustauscher eingesetzt.

In diesen Vorrichtungen spielt die gleichförmige, kontinuierliche und in kleinen Wärmestufen erfolgende Abkühlung eine wichtige Rolle. Ein großer Temperaturunterschied zwischen dem Brei und dem Kühlelement führt nämlich zur Entstehung von solchen neuen Kristallzentren, die im Vergleich zu den im Brei befindlichen Kristallzentren kleinere Abmessungen besitzen und somit durch Zentrifugieren nicht zurückgehalten werden können. Sie werden gemeinsam mit der Melasse abgeführt, wodurch die Ausbeute an Zucker bzw. der Wirkungsgrad an Zuckergewinnung geringer wird.

Diese Anforderungen erfüllt ein Gegenstromwärmetauscher um so vorteilhafter, je kleiner die Änderung des Temperaturunterschiedes zwischen dem Gegenstrom und dem abzukühlenden Brei ist, d. h. je kleiner die entstehenden Wärmeabstufungen im Brei sind, wobei diese Wärmestufen nur im geringeren Maße von der theoretischen kontinuierlichen Kühlkurve abweichen sollten.

Die bisher bekannten Kühlsysteme konnten jedoch diesen Forderungen nicht in entsprechenderweise genügen. In älteren Einrichtungen wurde keine Gegenstromkühlung verwendet. Ihr Wirkungsgrad war demzufolge auch nicht annähernd ausreichend. In den moderneren Vorrichtungen werden bereits mehrere Gegenstromkühlsäulen und im allgemeinen eine wiedererwärmende Säule verwendet, bei denen der Wärmetausch mittels Gegenstromflüssigkeit erfolgt. Von diesen Vorrichtungen sind hauptsächlich zwei Varianten bekannt geworden.

Bei der ersten Variante wird die Kühlflüssigkeit in der Säule entgegen dem nach unten strömenden Brei in Rohrschlangen, die mehrere waagerechte Ebenen aufweisen, von unten nach oben geführt und zwischen diesen Rohrschlangen der Brei mittels Rührschaufeln gerührt. Ein Nachteil dieser Variante besteht darin, daß nicht nur durch die Kühlwirkung der in einzelnen Ebenen angeordneten Rohrschlangen größere Wärmestufen in der Temperatur des Breies entstehen, sondern auch die unterschiedlichen Temperaturen der Kühlflüssigkeit in jeweiligen Ebenen der Rohrschlangen und die verschiedene Temperatur des dazwischen gerührten Breis innerhalb dieser größeren Wärmestufen eine gleichmäßige Kühlung nicht zulassen.

Die zweite Variante ist ähnlich wie die erste aufgebaut, jedoch mit dem Unterschied, daß die waagerecht angeordneten Rohrschlangen durch Kühlscheiben ersetzt werden, in denen das Kühlwasser gleichmäßig fließt. Die infolge der abschnittsweisen Kühlung entstehenden größeren Wärmestufen im Brei werden jedoch auch bei dieser Variante nicht beseitigt. Dies führt wiederum zur Entstehung von nicht erwünschten kleinen kristallinen Zentren.

Bei beiden Lösungen besteht außerdem der gemeinsame Nachteil, daß bei Beschädigung des Kühlrohrsystems die gesamte Säule und somit im allgemeinen das ganze System für die Dauer der Reparatur außer Betrieb gesetzt werden muß. Hierdurch entsteht mitunter ein bedeutender Ausfall an Produktionskapazität.

Diese Nachteile werden durch die Lösung nach HU-PS 182 274 beseitigt, bei der, abweichend von den bisher bekannten Vorrichtungen, die dem Wärmetausch dienenden waagerechten Scheiben bzw. Rohrschlangen durch senkrecht angeordnete Rohrschlangen ersetzt wurden. Diese Anordnung verfügt über bedeutende Vorteile. So erfolgt der Wärmetausch weitaus kontinuierlicher in mehreren vernachlässigbar kleinen Wärmestufen. Bei Beschädigung einer Rohrschlange verringert sich zwar nach Ausschalten der betreffenden Rohrschlange der Wirkungsgrad der Vorrichtung, der Herstellungsprozeß muß jedoch nicht abgebrochen werden.

In dieser Lösung wird der Brei nicht gerührt, sondern die Rohrschlangen drehen sich. In den einzelnen Ebenen greifen Bremsarme in die Zwischenräume der Rohrschlange ein und verhindern, daß sich der Brei gemeinsam mit den Rohrschlangen umwälzt.

Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß auch diese Vorrichtung mit Nachteilen behaftet ist. Da die Bremsarme nur in bestimmten senkrechten Abständen angeordnet sind, führen die zweigartig zwischen den Bremsarmen herausragenden Rohrschleifen den Brei in bestimmtem Maße doch mit sich. Insbesondere dann, wenn die herausragenden senkrechten Schleifen der senkrecht verlaufenden Rohrschlangen gegen den verhältnismäßig großen Widerstand des Breis statisch abgestützt werden müssen. Die je

eine Abzweigungsgruppe gittermäßig abstützende Stützkonstruktion führt ebenfalls einen Teil des Breis mit sich. Dieser Effekt wird noch dadurch erhöht, daß sich der Brei häufig auf der Rohrschlange ablagert und sich zusätzlich das aufzubringende Drehmoment erhöht. Die Stützkonstruktion führt weiterhin zu einer Vergrößerung des Gewichtes und der Kosten der Vorrichtung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Nachteile, wobei durch die erfindungsgemäße Lösung bei geringem anlagenseitigen Aufwand das Enstehen von unerwünschten kristallinen Zentren weitgehend ausgeschlossen und eine höhere Zuckerausbeute erzielt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindugn

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu entwickeln, die keine Stützkonstruktion erfordert und eine dichtere Anordnung der Bremsarme ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rohrglieder aus v-förmigen Rohrabschnitten, deren Schenkel übereinanderliegend in mehreren Ebenen angeordnet sind, und Zwischenrohrabschnitten bestehen, die die Schenkelenden zwischen den jeweiligen Ebenen wechselweise verbinden und an die drehende Rohrachse des Wärmeaustauschers angeschlossen

Durch die Ausbildung können die Bremsarme in jedem Zwischenraum der Rohrglieder angeordnet werden, wodurch der Brei eine bessere Abbremsung erfährt. Gleichzeitig wird das Entfernen des sich an den oberen und unteren Rand der v-förmigen Rohrabschnitte ablagernden und dadurch den Widerstand erhöhenden Breis erleichtert.

Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der Bremsarme von der der Rohrglieder abweicht und ihre Anordnung zueinander in den jeweiligen Ebenen versetzt ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Kühl- und Wiedererwärmungssäule, Fig. 2: einen Querschnitt durch die Säule entlang der Ebene A gemäß Fig. 1, Fig. 3: die Perspektive eines Ausschnittes eines Rohrgliedes.

In der Mitte einer stehenden Säule 1 - Fig. 1 - ist eine sich drehende Rohrachse 2 mit innenliegenden Fallrohren 3 angeordnet, auf deren Außenmantel Rohrglieder 4 vorgesehen sind. Die Rohrglieder 4 werden durch Zwischenrohrabschnitte 4k, die sich an den Außenmantel des Rohres 2 anschmiegen und mittels Schellen befestigt sind, und den in mehreren Ebenen befindlich v-förmigen Rohrabschnitten 4v gebildet. Die Rohrglieder 4 sind unten mit den Fallrohren 3 verbunden, während sie oben in eine Kammer 10 münden, die mit einer Auslaßöffnung 11 versehen ist. Die Fallrohre 3 sind oben in eine Kammer 8 eingebunden, die mit einer Einlaßöffnung 9 versehen ist. An die Säule 1 schließt sich oben eine mit einer Einlaßöffnung 7 versehene Kammer 6 an, während sie unten eine Auslaßöffnung 12 aufweist. An den Innenmantel der Säule 1 sind in den jeweiligen Ebenen der Rohrabschnitte 4ν Bremsarme 5 zueinander versetzt angeordnet, die in den Zwischenräumen der Rohrglieder 4 eingreifen, wobei die Anzahl der Bremsarme 5 von der Anzahl der Rohrglieder 4 abweicht

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Der abzukühlende bzw. später wieder aufzuwärmende Brei gelangt über die Einlaßöffnung 7 in die Kammer 6, von dort in die Säule 1 und verläßt diese über die Auslaßöffnung 12. Die im Gegenstrom geführte Flüssigkeit zum Kühlen bzw. Erwärmen wird über die Einlaßöffnung 9, die Kammer 8 und die Fallrohre 3 in die Rohrglieder 4 geleitet, strömt in diesen nach oben, führt den Wärmetausch durch und wird danach oben über die Kammer 10 durch die Auslaßöffnung 11 abgeleitet. Da sich währenddessen die Rohrachse 2 mit den Rohrgliedern 4 dreht, und die Säule 1 mit dem darin befindlichen Brei steht, wird durch die Bremsarme 5 verhindert, daß die Rohrglieder 4 während der Drehbewegung den Brei mit sich reißen. Diese Bremsarme 5 bewirken gleichzeitig eine Reinigung der v-förmigen Rohrabschnitte 4v, so daß der sich gegebenenfalls daran ablagernde Brei die drehende Fläche der v-Rohrabschnitte 4v nicht vergrößern kann. Da die Bremsarme 5 in ihrer Anzahl von der Anzahl der Rohrglieder 4 abweichen, und zueinander versetzt angeordnet sind, gelangen sie zeitmäßig nacheinander zusammen mit je zwei v-Rohrabschnitten 4v in Kontakt mit dem Brei, wodurch bei der reinigenden Funktion keine stoßartigen Widerstände hervorgerufen werden. Die Ausbildung der einzelnen Rohrglieder ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Gegenstand der Erfindung wurde an einer einzigen Säule erläutert. Die Anlage besteht aber aus mehreren, in Reihe geschalteten Säulen, wobei der Brei solange von einer Säule in die nächste geleitet wird, bis die gewünschte Abkühlung erreicht wurde. Anschließend erfolgt in einer analog aufgebauten Säule die Wiedererwärmung des Breis auf die gewünschte Temperatur, wobei das Wärmeträgermedium wieder im Gegenstrom zugeführt wird. Die einzelnen Säulen können in ihrer konstruktiven Ausführung vom obigen Beispiel abweichend, ausgebildet werden. So kann die Anzahl der Rohrglieder 4 und der Bremsarme 5 vom dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen, wenn beispielsweise auf Grund unterschiedlicher Konsistenz der Breimassen nicht zwischen jedem v-förmigen Rohrabschnitt 4v ein Bremsarm 5 anzuordnen ist. Ferner ist eine andere Ausbildung der Kammern 6, 8 und 10 und eine andere Zu- und Ableitung des Breis und der den Wärmetausch durchführenden'Flüssigkeit möglich. Anstelle der Fallrohre 3 kann eine äußere Rohrleitung vorgesehen werden und die Führung der Wärmeaustauschflüssigkeit in die Rohrglieder 4 von unten nach oben erfolgen.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher besitzt gegenüber den bisher bekannten Lösungen - HU-PS 128 274 bei gleicher Anzahl von Rohrgliedern und waagerechten Rohrabschnitten einen wesentlich höheren Wirkungsgrad beim Wärmeaustausch. So hat sich durch die v-förmige Ausbildung der Rohrabschnitte 4v der Wirkungsgrad auf das Zweifache erhöht.

Claims (2)

1. Patentanspruch:

   1. Flüssigkeitsgegenstrom-Wärmeaustauscher zur Behandlung der in Zuckerfabriken anfallenden breiförmigen Nachprodukte, bestehend aus schlangenförmigen Rohrgliedern, die auf den Außenmantel einer, sich in einer Kühl- bzw. Wiedererwärmungssäule drehenden Rohrachse angeordnet sind, während am Innenmantel der Säule Bremsarme, die in den Zwischenraum zwischen den Rohrgliedern eingreifen, befestigt und mehrere Kühl- bzw. Wiedererwärmungssäulen in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrglieder (4) aus v-förmigen Rohrabschnitten (4v), die in mehreren Ebenen angeordnet sind, und Zwischenrohrabschnitten (4c) bestehen, die die Schenkelenden der v-förmigen Rohrabschnitte (4) wechselweise verbinden und an die Rohrachse angeschlossen sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bremsarme (5) von der Anzahl der Rohrglieder (4) abweicht und die Bremsarme (5) zueinander versetzt, in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

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