DD297871A5

DD297871A5 - Anordnung zum stuetzen von rohren fuer waermeaustauscher

Info

Publication number: DD297871A5
Application number: DD88321575A
Authority: DD
Inventors: Harold R Hunt
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1992-01-23
Also published as: US4871016A; SK734488A3; DE3878834T2; ES2038271T3; SK280794B6; CA1290632C; NO170602C; ATE86381T1; NO884997D0; DK622388A; EP0315928A3; EP0315928A2; DE3878834D1; AU593430B2; CZ287638B6; DK170239B1; RU2065555C1; CZ734488A3; HUT51758A; AU2436488A

Abstract

Die Rohre eines Rohrbuendels, durch welche ein Waermeaustauschmedium stroemt, sind von Staeben abgestuetzt, die bezueglich der Fluidstroemungsrichtung in einem bestimmten Winkel angeordnet sind. Bei einer bevorzugten Ausfuehrungsform sind die von Staeben abgestuetzten Rohrbuendel in einem Ruehrbehaelter zwecks Waermeaustausches mit dem Fluid in dem Ruehrbehaelter angeordnet. In einer bevorzugten weiteren Ausfuehrungsform ist der Ruehrbehaelter ein Gaerbehaelter fuer das Herstellen von Bakterien oder Hefe. Fig. 6{Rohre; Rohrbuendel; Waermeaustauschmedium; Staebe; Fluid; Gaerbehaelter; Bakterien; Hefe}

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zu τι Abstützen einer Vielzahl von Rohren, mit einer Wärmeaustauschvorrichtung und mit dem Wärmeaustausch in einem Rührbehäiier.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ein Wärmeaustausch ist bei vielen chemischen Reaktionen erforderlich, entweder um die Reaktionswärme zu entfernen oder c.e Wärme zu schaffen, die erforderlich ist, um die gewünschte chemische Umsetzung zu fördern. Rohrbündel, d. h. Bündel paralleler Rohre, sind ein wirksames Mittel, um einen großen Oberflächenbereich einer Wärmeaustauschfläche dem Reaktionsfluid darzubieten. Ein Problem bei diesen Rohrbündeln besteht darin, daß es erforderlich ist, eine zweckmäßige Abstützung für die einzelnen Rohre zu schaffen, so daß sie ihre strukturelle Beschaffenheit auch bei starken Misch- und Schwingkräften als auch bei thermisch induzierten Spannungen beibehalten. Derartige Kräfte beeinträchtigen insbesondere die einzelnen Rohre eines Rohtbündels, wenn das Fluid, welshes über die Wärmeaustauschfläche geschickt wird, im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrlänge gerichtet ist. Es ist demzufolge erforderlich, eine zweckmäßige* Einrichtung zum Abstützen der einzelnen Rohre eines Rohrbündels vorzusehen, die im Betrieb, beispielsweise in einem Rührbehälter, hohen Spannungen ausgesetzt sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von Stützvorrichtungen der gattungsgemäßen Art auf kostengünstige Weise zu erhöhen.

Darlegung des Wesens dor Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirksame Stützvorrichtung zum Stützen der einzelnen Rohre in einem Bündel paralleler Rohre und einem Rührbehälter mit einer hochwirksamen Wärmeaustauscheinrichtung zu schaffen und ein effektives Verfahren zum Austauschen von Wärme mit einem Fluid in einem Rührbehälter vorzuschlagen.

Die erfindungsgemäße Stützvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von parallelen Rohren ein Rohrbündel mit einer Längsachse bildet, daß die Rohre in einer Vielzahl von parallelen Rohrreihen angeordnet sind, wobei regelmäßige gerade Bahnen von dem Rohrbündel schräg zur Richtung der Rohrreihen definiert sind, daß eine erste Vielzahl von Bahnen vorgesehen ist, die von dem Rohrbündel in einem Winkel von +Θ1 bezüglich der Richtung der Rohrreihen definiert ist, daß eine zweite Vielzahl von Bahnen von dem Rohrbündel in einem Winkel von -Θ1 in bezug auf die Richtung der Rohrreihen definiert ist, daß eine dritte Vielzahl von Bahnen von dem Rohrbündel in einem Winkel von +62 gegen die Richtung der Rohrreihen und eine vierte Vielzahl von Bahnen von dünn Rohrbündel in einem Winkel von -Θ 2 gegen die Richtung der Rohrreihen definiert ist, wobei θ 1 im Bereich von 10° bis 60° und θ 2 in dem Bereich von 40° bis 80° liegen und wobei θ 2 größer als θ 1 ist, dabei ein erstes Band eine äußere Umgrenzung des Rohrbündels umfaßt, eine erste Vielzahl von Stäben an dem ersten Band befestigt ist und sich durch die erste Vielzahl von Bahnen erstreckt, wobei jeder Stab der ersten Vielzahl von Stäben einen ausreichenden Durchmesser aufweist, so daß er die Rohre berührt, welche die Grenzen einer jeden Bahn der ersten Vielzahl von Bahnen definieren, wobei jedes Rohr des Rohrbündels von wenigstens einem Stab der ersten Vielzahl von Stäben berührt wird, und ein zweites Band longitudinal im Abstand von dem ersten Band bezüglich der Längsachse des Rohrbündels beabstandet ist und die Außengrenze des riohrbündels umfaßt und eine zweite Vielzahl von Stäben an dem zweiten Band befestigt ist und sich durch die zweite Vielzahl von Bahnen erstreckt, wobei jeder Stab der zweiten Vielzahl von Stäben einen ausreichenden Durchmesser aufweist, um die Rohre zu berühren, welche die Grenzen einer jeden Bahn der zweiten Vielzahl von Bahnen definieren, wobei jedes Rohr des Rohrbündels von wenigstens einem Stab der zweiten Vielzahl von Stäben berührt wird.

Durch Ausbilden eines Rohrbündels aus Rohren, die voneinander beabstandet sind, um somit die genannte Vielzahl von Bahnen zu schaffen, können Stäbe in der ersten Vielzahl von Bahnen und der zweiten Vielzahl von Bahnen angeordnet sein, um dem Rohrbündel eine verbesserte Fähigkeit zu verleihen, einem schrägen Fluidstrom zu widerstehen.

Erfindungsgemäß ist es, wenn bei dem Rohrbündel längs der dritten Vielzahl von Bahnen und der vierten Vielzahl von Bahnen keine Stäbe angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist auch, daß die Rohre einen Außendurchmesser D aufweisen und daß ein Abstand von wenigstens 2 D zwischen den Rohrreihen vorhanden ist, gemessen von Rohrmitte zu Rohrmitte. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß ein Abstand in dem Bereich von 2D bis 4D /wischen benachbarten Rohrreihen vorhanden ist, daß benachbarte Rohre in der gleichen Rohrreihe in einem Abstand von 1,5D bis 2,5D angeordnet sind, gemessen von Rohrmitte zu Rohrmitte, und daß der Abstand zwischen Rohrreihen größe·' als der Abstand zwischen benachbarten Rohren in der gleichen Reihe ist. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß die Rohre ii > einem Dreieckmuster ausgelegt sind. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß ein Mantel das Rohrbündel umgibt, dessen Längsachse parallel zu und im Abstand von der Längsachse des Rohrbündels vorgesehen ist, und daß das Rohrbündel in dem Mantel zwischen der Längsachse des Mantels und einer Innenfläche des Mantels angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist auch, daß der Mantel eine im allgemeinen zylindrische Innenfläche aufweist, daß die Rohrreihen längs Sehnen quer zur zylindrischen Innenfläche des Mantels angeordnet sind und daß der Innendurchmesser des Mantels wenigstens das 2,5fache der Länge der Rohrreihen ist. Ebenso ist erfindungsgemäß, wenn der Innendurchmesser des Mantels im Bereich des 2,5- bis 5fachen der Länge der Rohrreihen liegt, daß eine Vielzahl von Rohrbündeln umfangsmäßig an der Innenfläche des Mantels angeordnet ist und daß sich längs der Achse des Mantels ein Rührer befindet, um einen Fluidstrom schräg durch die Vielzahl der Rohrbündel zu bewirken. Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß eine erste Strebe sich von dem Rohrbündel schräg zu den Rohrreihen erstreckt und das erste Band mit der zylindrischen Innenfläche des Mantels verbindet, und daß sich eine zweite Strebe von dem Rohrbündel schräg zu den Rohrreihen erstreckt und das zweite Band mit der zylindrischen Innenfläche des Mantels verbindet. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß eine Vielzahl von Streben vorgesehen ist, welche das erste Band mit dem zweiten Band verbindet, und daß diese Vielzahl von Streben einem Drehweg um einen Abschnitt des Rohrbündels folgen. Erfindungsgemäß ist auch, daß ein Einlaßsammeirohr mit jeder Rohrreihe verbunden sind. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß jedes Rohrbündel 3 bis 10 Rohrreihen umfaßt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid durch Rohrbündel gebildet sind, welche längs Sehnen aufgereiht werden, die sich in das umgerührte Fluid von einer Stelle neben einem allgemein zylindrischen Abschnitt einer Seitenwand des Behälters erstrecken, daß jedes Rohrbündel aus ungefähr 2 bis 20 Reihen von Rohren gebildet wird und die Rohre in benachbarten Reihen so versetzt sind, daß sie in einem Dreieckmuster ausgelegt sind, daß die einzelnen Rohre in jeder Reihe mit einer radialen Abstützung durch ein Paar von Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen versehen sind, daß jede Leit- bzw. Umlenkvorrichtung ausreichend viel Stäbe enthält, so daß jedes Rohr in dem Rohrbündel auf zwei Seiten von jeder Leit- bzw. Umlenkvorrichtung abgestützt ist und daß das Paar der Leit· bzw. Umlenkvorrichtungen zusammen alle vier Seiten eines jeden Rohres abstützt, so daß jedes Rohr des Rohrbündels mit einer Radialstütze versehen ist. Erfindungsgemäß ist auch, daß die Stäbe einer ersten Leit- bzw. Umlenkvorrichtung des Paares der Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen in einem Winkel von ungefähr +91 und die Stäbe einer zweiten Leit- bzw. Umlenkvorrichtung in einem Winkel von ungefähr -Θ1, jeweils in bezug auf die Richtung der Rohrreihen angeordnet sind, wobei θ 1 im Bereich von ungefähr 10° bis 60° liegt. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die Rohre einen Außendurchmesser D aufweisen, daß der Abstand zwischen benachbarten Rohren der gleichen Reihe im Bereich von ungefähr 1,5 D bis ungefähr 2,5 D liegt, daß der Abstand zwischen benachbarten Rohrreihen in dem Bereich von ungefähr 2D bis ungefähr 4D liegt und daß die Mäbe einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,5D bis ungefähr D aufweisen. Ebenso ist erfindungsgemäß, daß jedes Rohrbündel ungefähr 3 bis 12 Rohrreihen umfaßt. Das offene Netz der Stäbe schafft eine Rohrstütze, ohne übermäßh eine Fluidströmung zu beschränken. Wegen einer hohen Querströmung durch das Rohrbündel ist der Druckabfall, der durch die Anordnung der Stäbe in jeder verfügbaren Bahn hervorgerufen wird, nicht so groß wie bei im wesentlichen longitudinaler Strömung des Fluids an der Mantelseite. Die zusätzlichen Stäbe, die in jeder Leit- bzw. Umlenkvorrichtung angeordnet sind, gestatten eine radiale Abstützung mit weniger Umlenk- bzw. Leitvorrichtungen als wenn jede Umlenkvorrichtung eine weit geringere Anzahl von Stäben enthält, als sie von dem Bündel an der Stelle der Leitvorrichtung untergebracht werden kann.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand derzugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1: einen Längsschnitt einer Rohrbündelanordnung; Fig. 2 und3: Schnittansichten durch die Anordnung nach Fig. 1 entsprechend den Linien 2-2 bzw. 3-3; Fig. 4: eine Schnittansicht eines Teiles des Rohrbündels nach Fig. 1 gemäß der Linie 4-4; Fig. 5: perspektivisch einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und Fig. 6: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform, wo Teile der Vorrichtung

weggebrochen sind.

In Fig. 1 ist eine Vielzähl von parallelen Rohren 10 gezeigt, die ein Rohrbündel 20 bilden, welches eine Längsachse aufweist, die parallel zu den Rohren 10 verläuft. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 sind die Rohre in einer Vielzahl paralleler Rohrleitungen angeordnet. Regelmäßige gerade Bahnen 24; 26; 28 und 30 werden von dem Rohrbündel schräg zur Richtung der Rohrreihe 22 definiert. Die Rohre sind so ausgelegt, daß eine erste Vielzahl von Bahnen 28 durch das Rohrbündel in einem Winkel von ungefähr +61 unter Bezugnahme auf die Richtung der Rohre begrenzt ist; eine zweite Vielzahl von Bahnen 30 durch das Rohrbündel ist unter einem Winkel von -Θ1 in bezug auf die Richtung der Rohrreihen 22 definiert. Eine dritte Vielzahl von Bahnen 26 ist von den Rohren in dem Rohrbündel definiert und liegt in einem Winkel von +0 2 in bezug auf die Rohrreihen 22, und eine vierte Vielzahl von Bahnen 24 ist von dem Rohrbündel in einem Winkel von -02 in bezug auf die Richtung der Rohrreihen 22 definiert. 01 beträgt von ungefähr 10 bis ungefähr 60°. θ 2 boträgt ungefähr 40 bis ungefähr 80°. θ 2 ist ebenfalls größer als θ 1.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Rohre des Bündels von Stabumlenk- bzw. Leitvorrichtungen abgestützt, die von einem Band oder Ring und einer Vielzahl von Stäben gebildet sind, die an dem Band befestigt sind. Nach Fig. 2 umgibt ein erstes Band 32 eine äußere Begrenzung des Rohrbündels 20. Eine erste Vielzahl von Stäben 34 ist an dem ersten Band 32 befestigt und erstreckt sich d irch die erste Vielzahl von Bahnen 28. Die Stäbe der ersten Vielzahl von Stäben weisen einen ausreichenden Durchmesser auf, so daß sie die Rohre 10 berühren, welche die Grenzen einer jeden Bahn der ersten Vielzahl von Bahnen 28 definieren, und jedes Rohr 10 des Rohrbündels 20 wird von wenigstens einem Stab 34 der ersten Vielzahl von Stäben berührt. Nach Fig. 3 ist ein zweites Band 36 longitudinal im Abstand von dem ersten Band 32 in bezug auf die Längsachse des Rohrbündels 20 (siehe Fig. 1) im Abstand angeordnet und umfaßt die äußere Umgrenzung des Rohrbündels. Eine zweite Vielzahl von Stäben 38 ist an dem zweiten Band 36 befestigt und erstreckt sich durch die zweite Vielzahl von Bahnen 30. Jeder Stab 38 der zweiten Vielzahl von Stäben weist ebenfalls einen ausreichenden Durchmesser auf, um die Rohre zu berühren, welche die Grenzen einer jeden Bahn der zweiten Vielzahl von Bahnen 30 definieren. Jedes Rohr 10 des Rohrbündels 20 wird von wenigstens einem Stab der zweiten Vielzahl von Stäben berührt.

Es ist bevorzugt, daß das Rohrbündel 20 sich dadurch auszeichnet, daß Stäbe fehlen, die sich längs der dritten Vielzahl von Bahnen 24 und der vierten Vielzahl von Bahnen 26 erstrecken. Mit Hilfe komplementärer Stäbe, die in einem Winkel von nahezu 90° in bezug zueinander angeordnet sind, kann die Stabilität und Festigkeit des Rohrbündels erhöht werden. Es ist demzufolge bevorzugt, daß der Winkel zwischen der ersten Vielzahl von Bahnen und der zweiten Vielzahl von Bahnen, in welcher die Stäbe angeordnet sind, von ungefähr 60° bis ungefähr 120° reicht.

Der Abstand zwischen den Rohren kann durch den Außendurchmesser D der Rohre 10 des Rohrbündels 20 beschrieben werden. Im allgemeinen sind die Rohrreihen 22 in einem Abstand von wenigstens 2 D voneinander getrennt, gemessen von Rohrmitte zu Rohrmitte. Normalerweise reicht der Abstand zwischen den benachbarten Rohrreihen 22 von ungefähr 2 D bis ungefähr 4 D. Benachbarte Rohre in der gleichen Reihe sind normalerweise in einem Abstand im Bereich von ungefähr 1,5D bis ungefähr 2,5D voneinander getrennt, gemessen von Mitte zu Mitte. Der Abstand zwischen den Rohrreihen ist im allgemeinen größer als der Abstand zwischen benachbarten Rohren in der gleichen Reihe. Es ist weiterhin bevorzugt, daß die Rohre in einem Dreieckmuster ausgelegt sind, so daß Fluid, welches schräg durch das Rohrbündel strömt, über die Rohre anstatt durch die Kanäle in den Bahnen strömt, woraus sich ein schlechter Wärmeaustausch ergeben würde.

Unter Bezug auf Fig. 1 ist jede Rohrreihe 22 mit einem Einlaßrohr 1 und einem Auslaßrohr 7 verbunden. Das Einlaßrohr 3 kann gewünschtenfalls, beispielsweise aus Raumgründen, unterhalb der Rohrreihen und dem Auslaßrohr gegenüberliegend angeordnet sein. Ein Fluideinlaß 1 erstreckt sich durch eine Seitenwand 40 des Behälters, um Fluid in das Einlaßrohr 3 zu leiten. Ein Fluidauslaß 11 erstreckt sich durch die Kesselwand, um aus dem Auslaßrohr 7 und aus dem Behälter Fluid abzuziehen. Steigrohre 42 verbinden das Einlaßrohr 3 mit einem unterteilten Sammelrohr 5, an welchem die Rohrreihe 22 der Rohre 10 angeordnet ist. Ein Steigrohr 44 verbindet das Sammelrohr 5 mit dem Auslaßrohr 7.

Unter Bezugnahme auf Fig.4 unterteilt eine Trennplatte 46 das Sammelrohr 5 bzw. die Rohrleitung in eine Einlaßkammer 48 und eine Auslaßkammer 50. Das Steigrohr 42 verbindet die Einlaßkammer 48 mit dem Einlaßrohr 3. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Rohre 10 je eine Bajonettrohranordnung 52, die am Sammelrohr 5 befestigt ist. Die Bajonettrohranordnung 52 umfaßt ein erstes Innenrohr 54 (das Bajonett) und ein zweites äußeres Rohr 56 (den Mantel), der konzentrisch um das Innenrohr 54 angeordnet ist. Ein erstes Ende des Innenrohres 54 ist mit einem Durchgang durch die Trennplatte 46 verbunden. Ein zweites Ende 58 des Innenrohres 54 ist im Abstand von einer Endkappe 60 des äußeren Rohres 56 angeordnet. Das äußere Rohr 56 ist mit einem Durchgang durch die Seitenwand des Sammelrohres 5 verbunden, so daß ein Strömungsweg von der Einlaßkammer 48 durch das Innenrohr 54, zum zweiten Ende der Bajonettrohranordnung 52 und von dort durch einen Ringraum 62, der zwischen dem Innenrohr 54 und dem äußeren Rohr 56 begrenzt ist, zu der Auslaßkammer 50 der Rohrleitung 5 gebildet ist. Aus der Auslaßkammer 50 strömt das Fluid durch ein Steigrohr 44 zum Auslaßrohr 7 und wird am Fluidauslaß 11 aus der Vorrichtung abgezogen.

Das Rohrbündel ist vorzugsweise in Verbindung mit einem Wärmeaustauschverfahren in einem Rührbehälter angeordnet. Das Fluid in dem Rührbehälter strömt durch das Rohrbündel und zwischen den Rohren der parallelen Reihen paralleler Rohre. Der Behälter weist einen Rührer 64 auf, der längs der Mittelachse des Mantels 66 angeordnet ist, siehe Fig. 6. Eine Vielzahl von Rohrbündeln ist vorzugsweise um die Innenfläche des Mantels zwischen der Längsachse des Mantels und einer Innenfläche des Mantels angeordnet. Die Rohrreihen sind vorzugsweise längs Sehnen aufgereiht, die sich durch einen im allgemeinen zylindrischen Abschnitt der Seitenwand des Behälters erstrecken. Allgemein bilden 2 bis ungefähr 20 Rohrreihen ein Rohrbündel, und die Rohre in benachbarten Reihen sind so versetzt, daß die Rohre in einem Dreieckmuster ausgelegt sind. Vorzugsweise besteht jedes Rohrbündel aus 3 bis ungefähr 12 Rohrreihen. Die einzelnen Rohre sind, wie dies oben erläutert ist, mit Hilfe eines Paares von Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen mit einer radialen Stütze versehen, wobei jede Umlenk- bzw. Leitvorrichtung ausreichend Stäbe umfaßt, so daß jedes Rohr in dem Rohrbündel an zwei Seiten von jeder Leitvorrichtung abgestützt ist und das Paar der Umlenk- bzw. Leitvorrichtungen zusammen alle vier Seiten eines jeden Rohres abstützt, so daß die Radialabstützung geschaffen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich eine erste Strebe 70 quer zum Rohrbündel 20 in bezug auf die Rohrreihen 22 und verbindet das erste Band 32 mit einer Innenfläche der Seitenwnad 40, Fig.2. Eine zweite Strebe 72 erstreckt sich ähnlich von dem Rohrbündel 20 quer zu den Rohrreihen 22 und verbindet das zweite Sand 36 mit einer Innenfläche der Seitenwand 40, Fig. 3. Zusätzliche Streben 74; 75 verbinden wenigstens eines der Bänder 32; 36 mit der Mantelinnenfläche. Die Streben 74 und 75 erstrecken sich von dem Rohrbündel 20 im allgemeinen parallel zur Richtung der Rohrreihen 22. Um dem Rohrbündel 20 eine größere Steifigkeit zu verleihen, kann eine Vielzahl von Querstreben 78 vorgesehen sein, um das erste Band 32 mit dem zweiten Band 36 zu verbinden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform folgen die Querstreben einem Drehweg, der sich um einen ersten Umfangsabschnitt des Rohrbündels erstreckt, so daß dem Bündel eine größere Beständigkeit gegen ein Verwinden verliehen wird.

Wenn das Rohrbündel in einem Gärbehälter für die Herstellung von Hefe oder Bakterien verwendet werden soll, ist es gewünscht, daß die Konstruktion ausreichend offen ist, um zwischen Ai beitsgängen 6in intensives Reinigen zu ermöglichen. Ein großer Abstand zwischen den einzelnen Rohren des Rohrbündels ist somit wünschenswert. Um die weit voneinander beabstandeten Rohre abzustützen, sind relativ groß bemessene Stützstäbe erforderlich. Es kann ebenfalls wünschenswert sein, die Stäbe in schiefen Winkeln durch das Rohrbündel zu positionieren, so daß der aufgrund des größeren Abstandes zwischen den Rohrreihen vergrößerte Stabdurchmesser auf ein Minimum herabgesetzt wird. Wenn der Abstand zwischen benachbarten Rohren in der gleichen Reihe im Bereich von ungefähr 1,5 D bis ungefähr 2,5 D liegt, wobei D der Außendurchmesser der Rohre ist, liegt der Abstand zwischen benachbarten Rohrreihen im Bereich von ungefähr 2 D bis ungefähr 4 D, und die Stäbe haben einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,5d bis ungefähr D

In Fig.6 ist eine bevorzugte Ausführungsform für einen Gärbehälter erläutert.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein Behälter 160 mit einer Welle 130 versehen, die von einer Antriebseinrichtung 139 antreibbar ist. An der Welle 130 sind zwei Flügel 156 und 158 befestigt, die aus Scheiben 152 bzw. 154 aufgebaut sind, an denen entsprechend eine Vielzahl von Blättern 151; 153 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Behälterhöhe, Breite, den Abmessungen der Wärmaaustauscheinrichtung u. dgl. kann eine größere Anzahl von Flügeln verwendet werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist es bevorzugt, daß der am nächsten am Boden angeordnete) Rührer in enger Nähe zu einer Abgabevorrichtung 149 angeordnet ist, um somit den Sauerstoffübergang in das Gärfluid zu erleichtern. Durch den Ausdruck „enge Nähe" soll ausgedrückt werden, daß der am nächsten am Boden angeordnete Rührer und die Abgabevorrichtung voneinander einen Abstand aufweisen, der ungefähr Vs bis Vio des Flügeldurchmessers beträgt.

Zusätzliche Flügel können an der Welle 130 in einer Vielzahl von Ausbildungen verwendet werden. Zur leichteren Anordnung an der Rührwelle können mehrere Flügel gleichmäßig längs der Welle im Abstand voneinander angeordnet sein, wobei der oberste Flügel vorzugsweise in einer Höhe von ungefähr 60% der Behälterhöhe angeordnet ist, wie dies in Fig. 6 für den Flügel 158 angedeutet ist.

Die allgemeinen Abmessungen des Behälters 160 sind vorzugsweise so gewählt, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser allgemein im Bereich von ungefähr 0,1; 1 bis zu 10:1 liegt. Vorzugsweise ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,3:1 bis zu 5:1, wobei ein besonders bevorzugtes Verhältnis von Länge zu Durchmesser im Bereich /on ungefähr 1:1 bis 4:1 bei einem Gärbetrieb liegt.

Wärmeaustauschfluid wird parallelen Rohren 140 über eine Einlaßeinrichtung zugeführt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Das Fluid strömt durch den Einlaß 142 und wird durch ein Rohr 171 auf Sammelrohr 172 und in Rohre 140 verteilt. Nach Durchströmen des Rohres 140 wird das Wärmeaustauschfluid aus den Sammelrohren 172 über ein Rohr 173 gesammelt und über eine Auslaßeinrichtung 144 abgeführt. Wenigstens zwei Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen, welche je eine erste Einlaß- und eine erste Auslaßeinrichtung und parallele Rohre 140 umfassen, sind in dem Behälter vorgesehen. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, umfaßt jede Leitvorrichtung ein Bündel paralleler Rohrreihen. Die Rohre 140 jeder Leitvorrichtung weisen eine Länge von ungefähr 25 bis 90% der Länge des geraden Abschnittes des Behälters auf, wobei der gewölbte Behälterkopf nicht mitumfaßt ist. Es kann eine unterschiedliche Anzahl von Rohrbündeln in Abhängigkeit von der Größe der Rohrbündel, der Anzahl von Rohren pro Bündel u.dgl. verwendet werden. Es können bis 30 Bündel pro Behälter verwendet werden, wobai der Bereich von 4 bis 24 Umlenk- bzw. Leitvorrichtungen pro Behälter bevorzugt ist.

Alternativ können die Rohrbündel als geschichtete Reihe einer Vielzahl von Bündeln angeordnet sein, wobei jedes von ihnen kürzer als die Gesamtlänge der Rohrbündel im Gärbehälter ist. Durch Zusammenbauen der Bündel als geschichtete Reihe kurzer Segmente mit einer Gesamtlänge entsprechend 25 bis 90% der Gesamtlänge des geraden Behälterteils können kürzere Rohre verwendet werden, die beständiger gegen Schwingungen und Wärmespanrungen während des in dem Behälter durchgeführten Umsetzprozesses sind. Bis zu 10 Rohrbündelanordnungen, die insgesamt ungefähr 25 bis 90% der Länge des geraden Behälterabschnittes besitzen, können gestapelt sein, um die geforderte Wärme- und Kühlkapazität zu schaffen. Die Behälter 151 können an der Scheibe 152 auf verschiedene Weise angeordnet sein, beispielsweise können die Behälter 151 rechtwinklig zur Ebene der Scheibe und auf einem radialen Vorsprung von der Vertikalachse der Scheibe oder auch so an der Scheibe angeordnet sein, daß sie gegen die Achse der Scheibe einen Winkel bilden. Es lassen sich euch andere Flügelausbildungen, wie beispielsweise Axialstromflügel, schiffsschraubenartige Flügel u. dgl. verwenden. Die obere Grenze des Flügeldurchmessers wird von dem Innendurchmesser der Rohrbündel definiert, welche für den Gärbehälter die Wärmeaustauscheinrichtung bilden. Ein Flügeldurchmesser, der sich dieser oberen Grenze nähert, wird zu einer maximalen Mischleistung pro Flügel beitragen. Es ist bevorzugt, daß der Flügeldurchmesser nicht kleiner als ungefähr 10% des Innendurchmessers des Behälters ist; im allgemeinen wird der Flügeldurchmesser ungefähr 50% des Gesamtinnendurchmessers des Behälters nicht überschreiten. Vorzugsweise wird ein Flügeldurchmesser von ungefähr 20% bis 35% des Innendurchmessers des Flügels eingesetzt.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Gärbehälter, der Behälter 160, mit einem ersten Einlaß 146, einem zweiten Einlaß 147 und einem Gaseinlaß 145 versehen. Während der Behälter 160 die beiden Einlasse 146 und 147 aufweist, kann das gesamte Medium dem Gärbehälter über lediglich eine Einlaßeinrichtung oder eine Vielzahl von Einlaßeinrichtungen zugeführt werden, wobei verschiedene Komponenten separat zugegeben werden. Für viele Gärverfahren ist es beispielsweise wünschenswert, die Nährstoffe und die Kohlenstoff- und Energiequelle als separate Ströme zuzuführen, weshalb der Behälter 160 nach Fig.6 mit den beiden separaten Einlaßeinrichtungen ausgerüstet ist. Während die Einlasse 146 und 147 je mit einem Auslaßdurchgang gezeigt sind, kann durch Verwenden von Einlassen mit einer Vielzahl von Auslaßdurchgängen oine bessere Verteilung des Mediums

erreicht werden. Zusätzlich können dio Einlaßdurchgänge an verschiedenen Stellen des Gärbehälters angeordnet sein, wobei siehäufig so angeordnet sind, wie dies aus Gründen der Wirtschaftlichkeit zweckmäßig erscheint.

Der Gaseinlaß 146 wird zum Zuführen von Sauerstoff und gegebenenfalls von Stickstoff zu dem Gärbehälter verwendet. Über

den Gaseinlaß 145 eingeleitetes Gas tritt in den Gäibehälter durch die Abgabevorrichtung 149 ein. Die Abgabevorrichtung istsymmetrisch um die Längsachse des Gärbehälters angeordnet und weist eine Seitenfläche auf, die eine Vielzahl von Löchernenthält. Der Durchmesser der Abgabevorrichtung ist vorzugsweise nicht größer als der Durchmesser des am nächsten am Bodenangeordneten Flügels, unter welchem die Seitenfläche der Abgabevorrichtung vorzugsweise nahe angeordnet ist.

Das Zuführen von Gas, die Anordnung des Flügel* 156 in enger Nähe der Abgabevorrichtung 149 und die Lage der Rohrbünde¹

tragen zu einem extrem hohen Sauerstoffübergang bei, der mit dem beschriebenen Gärbehälter möglich ist. Der Gärbehälterweist Sauerstoffumsetzraten im Bereich von wenigstens 300 Millimol Sauerstoff pro Liter pro Stunde (mmol Oj/l/h) auf.

Zusätzlich ist die Wärmeabziehfähigkeit des Gärbehälters ausreichend, um die hohen Wärmemengen abzuleiten, die beim Gärvorgang entstehen, wobei große Wärmemengen als Ergebnis des hohen Sauerstoffniveaus erzeugt werden, das für die Gärbrühe zur Verfügung steht. Somit ist eine Wärmeableitung in der Größenordnung von wenigstens ungefähr 36Kcal/Liter/ Stunde mit der beschriebenen Gärvorrichtung möglich. Der Gärbehälter ist weiterhin mit einer Einrichtung zum Entfernen von Ferment, d. h. mit einem Durchgang 148, versehen. Wenn

das Gärverfahren kontinuierlich durchgeführt wird., kann über den Durchgang 148 das Ferment kontinuierlich oderintermittierend abgezogen werden, während frische Nährstoffe über die Einlasse 146; 147 und den Gaseinlaß 145 zugeführtwerden.

Der Gärbehälter ist weiterhin mit wenigstens einer Einrichtung zum Entgasen von Schaum, beispielsweise mit einem Schaumbrecher ausgerüstet, oder es ist die Anordnung von Elementen nach Fig. 6 vorgesehen. Kegel 162 sind an einer Welle

angeordnet, die von einer Antriebseinrichtung 166 drehbar ist. Das Auftreffen von schäumendem Ferment auf die sichdrehenden Kegel 162 verursacht ein Aufbrechen des Schaumes, wobei Flüssigkeit in den Hauptteil des Gärbehälters zurückkehrt,während aus dem Schaum befreites Gas aus dem Gärbehälter über eine Leitung 168 austritt. Während wenigstens ein

Schaumbrecher an dem Gärbehälter vorgesehen ist, kann ein Aufbrechen einer für ein gegebenes Gärverfahren errechneten Schaummenge auch erfolgen, -venn eine zweckmäßige Anzahl von Schaumbrechern um den gewölbten Abschnitt des Gärbehälters angeordnet ist. Ein wäßriges Gärverfahren erfordert molekularen Sauerstoff, der mittels eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases, wie

beispielsweise Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder selbst im wesentlichen reinen molekularen Sauerstoff zugegeben ist,so daß das Ferment einen Sauerstoffpartialdruck aufweist, der ausreichend ist, um das Wachsen der Mikroorganismen oderbiochemisches Umwandeln zu unterstützen. Durch Verwendung von oxygeniertem Kohlenwasserstoffsubstrat kann die

Gesamtsauerstoffnachfrage zum Wachsen oder Umwandeln der Mikroorganismen herabgesetzt werden, wenn ein Paraffin

verwendet wird.

Der in der Gärstufe eingesetzte Druck kann innerhalb eines großen Bereiches liegen. Typische Überdrücke liegen im Bereich von

0 bis 10,5, vorzugsweise zwischen 0 und 4,2 und insbesondere zwischen 2,45 und 2,8 bar, wobei ein Ausgleich der Anlage- und

Betriebskosten gegen die Sauerstoffflüssigkeit erzielt ist. Ein höherer als der atmosphärische Druck ist vorteilhaft, weil derartige Drücke dazu neigen, die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im wäßrigen Ferment zu erhöhen, woraus sich seinerseits eine Zunahme der Zellenwachstumsgeschwindigkeit ergibt. Gleichzeitig wird dieses durch die Tatsache ausgeglichen, daß höhere Drücke die Anlage- und Betriebskosten erhöhen. Die Anordnung der Rohre 140 ist innerhalb des Behälters 160 mit Hilfe von Streben 121; 123; 125; 127 fixiert, die ihrerseits mit

einem Ende an dem Mantel 66 befestigt sind (siehe auch Fig. 2 und 3).

Es lassen sich zweckmäßige Änderungen bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen vornehmen, ohne sich jedoch dabei

vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Claims

1. Stützvorrichtung, insbesondere für Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Vielzahl von parallelen Rohren ein Rohrbündel mit einer Längsachse bildet, daß die Rohre in einer Vielzahl von parallelen Rohrreihen angeordnet sind, wobei regelmäßige gerade Bahnen von dem Rohrbündel schräg zur Richtung der Rohrreihen definiert sind, daß eine erste Vielzahl von Bahnen vorgesehen ist, die von dem Rohrbündel in einem Winkel von +Θ1 bezüglich der Richtung der Rohrreihen definiert sind, daß eine zweite Vielzahl von Bahnen von dem Rohrbündel in einem Winkel von -Θ1 in bezug auf die Richtung der Rohrreihen definiert ist, daß eine dritte Vielzahl von Bahnen von dem Rohrbündel in einem Winkel von +02 gegen die Richtung der Rohrraihen und eine vierte Vielzahl von Bahnen von dem Rohrbündel in einem Winkel von -Θ2 gegen die Richtung der Rohrreihen definiert ist, wobei θ 1 im Bereich von 10° bis 60° und θ2 in dem Bereich von 40° bis 80° liegen und wobei θ 2 größer als θ 1 ist,

b) ein erstes Band eine äußere Umgrenzung des Rohrbündels umfaßt,

c) eine erste Vielzahl von Stäben an dem ersten Band befestigt ist und sich durch die erste Vielzahl von Bahnen erstreckt, wobei jeder Stab der ersten Vielzahl von Stäben einen ausreichenden Durchmesser aufweist, so daß er die Rohre berührt, welche die Grenzen einer jeden Bahn der ersten Vielzahl von Bahnen definieren, wobei jedes Rohr des Rohrbündels von wenigstens einem Stab der ersten Vielzahl von Stäben berührt wird,

d) ein zweites Band longitudinal im Abstand von dem ersten Band bezüglich der Längsachse des Rohrbündfels beabstandet ist und die Außengrenze des Rohrbündel umfaßt und

e) eine zweite Vielzahl von Stäben an dem zweiten Band befestigt ist und sich durch die zweite Vielzahl von Bahnen erstreckt, wobei jeder Stab der zweiten Vielzahl von Stäben einen ausreichenden Durchmesser aufweist, um die Rohre zu berühren, welche die Grenzen einer jeden Bahn der zweiten Vielzahl von Bahnen definieren, wobei jedes Rohr des Rohrbündels von wenigstens einem Stab der zweiten Vielzahl von Stäben berührt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Rohrbündel längs der dritten Vielzahl von Bahnen und der vierten Vielzahl von Bahnen keine Stäbe angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gek ,inzeichnet, daß die Rohre einen Außendurchmesser D aufweisen und daß ein Abstand von wenigstens 2D zwischen den Rohrreihen vorhanden ist, gemessen von Rohrmitte zu Rohrmitte.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand in dem Bereich von 2 D bis 4D zwischen benachbarten Rohrreihen vorhanden ist, daß benachbarte Rohre in der gleichen Rohrreihe in einem Abstand von 1,5D bis 2,5D angeordnet sind, gemessen von Rohrmitte zu Rohrmitte, und daß der Abstand zwischen Rohrreihen größer als der Abstand zwischen benachbarten Rohren in der gleichen Reihe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in einem Dreieckmuster ausgelegt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mantel das Rohrbündel umgibt, dessen Längsachse parallel zu und im Abstand von der Längsachse des Rohrbündels vorgesehen ist, und daß das Rohrbündel in dem Mantel zwischen der Längsachse des Mantels und einer Innenfläche des Mantels angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel eine im allgemeinen zylindrische Innenfläche aufweist, daß die Rohrreihen längs Sehnen quer zur zylindrischen Innenfläche des Mantels angeordnet sind und daß der Innendurchmesser des Mantels wenigstens das 2,5fache der Länge der Rohrreihen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Mantels im Bereich des 2,5- bis 5fachen der Länge der Rohrreihen liegt, daß eine Vielzahl von Rohrbündeln umfangsmäßig an der Innenfläche des Mantels angeordnet ist und daß sich längs der Achse des Mantels ein Rührer befindet, um einen Fluidstrom schräg durch die Vielzahl der Rohrbündel zu bewirken.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Strebe sich von dem Rohrbündel schräg zu den Rohrreihen erstreckt und das erste Band mit derzylind' Ischen Innenfläche des Mantels verbindet, und daß sich eine zweite Strebe von dem Rohrbündel schräg zu den Rohrreihen erstreckt und das zweite Band mit der zylindrischen Innenfläche des Mantels verbindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Streben vorgesehen ist, welche das erste Band mit dem zweiten Band verbindet, und daß die.^ce Vielzahl von Streben einem Drehweg um einen Abschnitt des Rohrbündels folgen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßsammeirohr mit jeder Rohrreihe und ein Auslaßsammeirohr mit jeder Rohrreihe verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohrbündel 3 bis 10 Rohrreihen umfaßt.

13. Verfahren zum Austauschen von Wärme mit einem Fluid in einem Rührbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid durch Rohrbündel strömt, die 3us parallelen Reihen paralleler Rohre gebildet sind, welche längs Sehnen aufgereiht werden, die sich in das umgerührte Fluid von einer Stelle neben einem allgemein zylindrischen Abschnitt einer Seitenwand des Behälters erstrecken, daß jedes Rohrbündel aus ungefähr 2 bis 20 Reihen von Rohren gebildet wird und die Rohre in benachbarten Reihen so versetzt sind, daß sie in einem Dreieckmuster ausgelegt sind, daß die einzelnen Rohre in jeder Reihe mit einer radialen Abstützung durch ein Paar von Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen versehen sind, daß jede Leit- bzw. Umlenkvorrichtung ausreichend viel Stäbe enthält, so daß jedes Rohr in dem Rohrbündel auf zwei Seiten von jeder Leit- bzw. Umlenkvorrichtung abgestützt ist und daß das Paar der Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen zusammen alle vier Seiten eines jeden Rohres abstützt, so daß jedes Rohr des Rohrbündels mit einer Radialstütze versehen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe einer ersten Leit- bzw. Umlenkvorrichtung des Paares der Leit- bzw. Umlenkvorrichtungen in einem Winkel von ungefähr +Θ1 und die Stäbe einer zweiten Leit- bzw. Umlenkvorrichtung in einem Winkel von ungefähr -01, jeweils in bezug auf die Richtung der Rohrreihen angeordnet sind, wobei θ 1 im Bereich von ungefähr 10° bis 60° liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre einen Außendurchmesser (D) aufweisen, daß der Abstand zwischen benachbarten Rohren der gleichen Reihe im Bereich von ungefähr 1,5 D bis ungefähr 2,5 D liegt, daß der Abstand zwischen benachbarten Rohrreihen in dem Bereich von ungefähr 2 D bis ungefähr 4 D liegt und daß die Stäbe einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,5D bis ungefähr D aufweisen.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohrbündel ungefähr 3 bis 12 Rohrroihen umfaßt.