DE10146394B4

DE10146394B4 - Kontinuierlich arbeitender Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10146394B4
Application number: DE2001146394
Authority: DE
Inventors: Helmut Wöhrl; Johannes Löcher
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: DE10146394A1

Abstract

Kontinuierlich arbeitender Wärmetauscher, der einen inneren Wärmetauscher (2) mit einem Kühlmediumeintritt und -austritt und einen um den inneren Wärmetauscher (2) angeordneten, mit einem Kühlmedium durchströmbaren äußeren Wärmetauscher (1) und dazwischen einen Raum für Heiz-Kühlgut aufweist, der nach außen vom äußeren Wärmetauscher (1) und nach innen vom inneren Wärmetauscher (2) begrenzt wird und einen Zulauf und einen Ablauf für das Heiz-Kühlgut aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen kontinuierlich arbeitenden Wärmetauscher.

DE 41 15 201 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Mischen von Mehr-Komponentengemischen, bei der die einzelnen Komponenten zusammengeführt und in einem Mischer gemischt werden, der Statik-Mischelemente enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher den Mischer 3 umgibt, der bei der Außerbetriebnahme der Vorrichtung mit einem Kältemittel und bei Inbetriebnahme mit einem Wärmemittel beaufschlagbar ist.

Bekannt sind Mischer zum Kühlen/Heizen hochviskoser Flüssigkeiten, sogenannte statische Mischer mit spezieller Einrichtung zum Kühlen bzw. Heizen. Diese haben den großen Nachteil, dass sie einen hohen Druckverlust aufweisen. Diese Wärmetauscher sind in verschiedener Form (auch Eigenkonstruktionen) speziell zum Kühlen hochviskoser Flüssigkeiten (gerade im Bereich der Silikonherstellung) vielfach im Einsatz.

Der hohe Druckverlust des bekannten statischen Wärmetauschers zwingt zum Betrieb einer Anlage auf hohem Druckniveau mit den damit verbundenen Nachteilen, wie ein hoher mechanischer Verschleiß an Pumpen sowie hohe Nenndruckstufen für Rohrleitungen etc. Mit der Zunahme der gewünschten Temperaturdifferenz gerade beim Kühlen steigt die Länge des statischen Kühlers und damit der Druckverlust. Bei längerem Stillstand der Anlage, kann der Druckverlust in Folge des Abkühlens des zu kühlenden Mediums mit dem damit verbundenen Anstieges der Viskosität Werte erreichen, die den Nenndruck der Anlage um ein Vielfaches übersteigen können. Beim Aufheizen kann der Stillstand zu Schädigung der Grenzschicht an der Wärmetauscherfläche führen. Gerade bei Verwendung eines Wärmetauscher für unterschiedliche Viskositäten ist eine optimale Auslegung für den gesamten Viskositätsbereich unmöglich.

Die zum effektiven Wärmaustausch notwendige Turbulenz im Heiz-Kühlraum ist bei hochviskosen Produkten, wo grundsätzlich im laminaren Bereich gearbeitet wird, quasi nur durch entsprechende Einbauten, wie sie im oben genannten statischen Mischer/Wärmetauscher realisiert sind, oder durch mechanische Bewegung in Form von Rührern o.ä. erreichbar. Dies ist zur Zeit möglich in diskontinuierlichen Mischern oder in dynamischen Mischern der Fa. Linden. Beides mit bescheidenem Erfolg, weil nur der Mischerraum mit einem Heiz-Kühlmantel umgeben ist. Gerade der Kühleffekt wird teilweise durch den Eintrag der elektrischen Energie für die Mischerelemente wieder zerstört. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere ein wirksamer und preiswerter Wärmetaustauscher von hochviskosen Flüssigkeiten über einen weiten Viskositätsbereich.

Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierlich arbeitender Wärmetauscher, der einen inneren Wärmetauscher (2) mit einem Kühlmediumeintritt und -austritt und einen um den inneren Wärmetauscher (2) angeordneten, mit einem Kühlmedium durchströmbaren äußeren Wärmetauscher (1) und dazwischen einen Raum für Heiz-Kühlgut aufweist, der nach außen vom äußeren Wärmetauscher (1) und nach innen vom inneren Wärmetauscher (2) begrenzt wird und einen Zulauf und einen Ablauf für das Heiz-Kühlgut aufweist.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist vorzugsweise zum Kühlen/Aufheizen von hochviskosen Flüssigkeiten, d.h Flüssigkeiten über 1 Pa·s, vorzugsweise für 1–200 000 Pa·s, bevorzugt 1000 Pa·s–50 000 Pa·s, besonders bevorzugt 100–10 000 Pa·s, wie sie bei der Silikonherstellung und Lebensmittelindustrie eingesetzt werden, kann aber auch niedrigviskose Flüssigkeiten kühlen/heizen. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher arbeitet kontinuierlich, das bedeutet, dass das Kühl-/Heizgut (d.h. das zu kühlende bzw. aufzuheizende Gut) fortlaufend durch den Wärmetauscher gepumpt wird, wobei vorzugsweise eine Pumpe verwendet wird, wobei es sich bei der Pumpe vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe, Kreiselpumpe oder Kolbenpumpe handelt, wobei die Verdrängerpumpe besonders bevorzugt ist. Der innere Wärmetauscher kann prinzipiell jede Raumform annehmen, wie rechteckig, würfelförmig, kugelförmig etc., bevorzugt jedoch eine längliche Form, wobei eine rechteckige Form möglich ist, eine zylinderförmige jedoch besonders bevorzugt ist. Durch diesen Wärmetauscher wird eine Kühl-Heizflüssigkeit, wie ein Öl oder bevorzugt Wasser bzw. Dampf gepumpt. Dabei kann die Kühl-Heizflüssigkeit einfach herein gepumpt werden und an anderer Stelle wieder abgelassen oder sie wird im Falle des Kühlens über ein Steigrohr im Inneren des Wärmetauscher auf einem höheren Niveau im Wärmetauscher abgelassen, um so bevorzugt die bereits angewärmte und durch die Konvektion nach oben gestiegene Kühlflüssigkeit abzulassen. Das Kühl-Heizgut selbst wird in einen Raum gepumpt, der zwischen dem inneren Wärmetauscher und dem äußeren Wärmetauscher ausgebildet ist. Die Form des Raums für das Kühlgut richtet sich entsprechend nach der Raumform des inneren Kühlers. Bevorzugt ist der Raum für das Kühl-Heizgut zylinderförmig um den inneren Wärmetauscher ausgebildet, der einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei der Einlaß und der Auslaß sich jeweils oben und unten an dem vorzugsweise zylinderförmigen Raum für das Kühlgut befinden. Der äußere Wärmetauscher bildet den Raum für das Kühl-Heizgut von seiner äußeren Seite, wobei der äußere Wärmetauscher, dieselben Raumformen annehmen kann wie der innere Wärmetauscher. Der innere Wärmetauscher hat vorzugsweise in seinem unteren Teil den Einlaß für die Kühlflüssigkeit, der in einer bevorzugten Ausführungsform der gemeinsame Einlaß für den inneren und den äußeren Kühler sein kann, wobei der Zulauf der Kühlflüssigkeit sich dann zum inneren und äußeren Kühler verzweigt. Der äußere Kühler hat den Auslaß für die Kühlflüssigkeit vorzugsweise in seinem oberen Teil. Im Falle des Erwärmens ist dies umgekehrt.

In dem Raum für das Kühl-Heizgut ist zumindest ein Abstreifer vorhanden, der das Kühl-Heizgut von den Wänden des Raums für das Kühl-Heizgut entfernt, wobei bei einer entsprechenden Gestaltung des Abstreifers auch ein Mischeffekt erzielbar ist, vorzugsweise sind ein Abstreifer am inneren und äußeren Wärmetauscher sowie ein Abstreifer am Kopf des inneren Wärmetauschers vorhanden.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann vorzugsweise nach dem Mischen durchlaufen werden. Er ist aber auch vor dem Mischen einsetzbar oder in allen Fällen, in denen ein Wärmeaustausch von viskosen, vorzugsweise fließ- oder pumpfähigen Stoffen erforderlich ist.

Die Erfindung wird nun im folgenden an Hand von 1 erläutert.
In 1 wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher in einer Schnittansicht dargestellt. Dieser Wärmetauscher ist zylinderförmig. Der äußere Wärmetauscher (1) bildet mit seinem äußeren Heiz-Kühlmantel (11) einen äußeren Mantel des Wärmetauscher, der unten einen gemeinsamen Kühlmediumeintritt /Heizmediumaustritt (12) für den äußeren und inneren Wärmetauscher aufweist, wobei er sich zum inneren Wärmetauscher (2) hin verzweigt. Des weiteren weist der äußere Wärmetauscher (1) eine Kühlmediumaustritt/Heizmediumeintritt (13) auf, der oben am äußeren Wärmetauscher angeordnet ist. An diesen äußeren Wärmetauscher (1) schließt sich nach Innen der Raum für das Heiz-Kühlgut (15) an, der unten einen Produkt Ein- oder Auslaß (10) und oben einen weiteren Ein- oder Auslaß (9) aufweist. In seinem Inneren sind ein Abstreifer (3) am äußeren Wärmetauscher (1) und ein Abstreifer (4) am inneren Wärmetauscher (2) und ein Abstreifer (5) am Kopf des inneren Wärmetauscher angeordnet. Diese Abstreifer werden über den Antriebsmotor (6) und die Antriebswelle (7) angetrieben. Der Raum für das Heiz-Kühlgut (15) ist zum Getrieberaum über eine Dichtung (8) abgeschirmt. Im Inneren des Wärmetauscher befindet sich der zylinderförmige innere Wärmetauscher (2), in dessen Mitte sich ein Steigrohr (16) befindet, über das oben das erwärmet Kühlwasser nach Außen durch den Kühlwasserauslaß (14) abläuft (bzw. in umgekehrter Richtung im Falle des Heizmediums).
Vorteil der Erfindung ist, dass der Wärmetauscher für die Aufgabe des Wärmeaustausches zum äußeren Heiz-Kühlmantel einen zusätzlichen Zylinder im Wärmetauscher-Raum erhält. In beiden zylindrischen Körpern – dem Wärmetauscher-Raum wie dem zusätzlichen Heiz-Kühlzylinder – wird kontinuierlich das zu heizende/kühlende Produkt von je einem Abstreifer erneuert, d.h. das von anderen Wärmetauschern, insbesondere Kühlern, bekannte Anbacken des gekühlten und damit höherviskosen Produktes ist hier ausgeschlossen. Des weiteren kann dieser „Inline-Wärmetauscher" unter Drücken bis ca. 150 bar und damit (ohne eigenen nennenswerten Druckverlust) in kontinuierlichen Anlagen online betrieben werden. Die Hauptaufgabe dieses modifizierten Mischers ist der Wärmeaustausch, wobei bei entsprechender Gestaltung der Abstreifer auch ein Mischeffekt erzielbar ist. Ein Hauptvorteil des neuen Wärmetauschers liegt neben seiner technischen Einfachheit und damit günstigem Preis-Leistungsverhältnis in seinem sehr geringen Druckverlust bei gleichzeitig effizienter Heiz-Kühlleistung. Dies ist nicht zuletzt auf die Dichtung (8) zurückzuführen.
Keinen negativen Einfluss auf die Effizienz des Wärmetauscher hat die Viskosität des Heiz-Kühlgutes.

Claims

Kontinuierlich arbeitender Wärmetauscher, der einen inneren Wärmetauscher (2) mit einem Kühlmediumeintritt und -austritt und einen um den inneren Wärmetauscher (2) angeordneten, mit einem Kühlmedium durchströmbaren äußeren Wärmetauscher (1) und dazwischen einen Raum für Heiz-Kühlgut aufweist, der nach außen vom äußeren Wärmetauscher (1) und nach innen vom inneren Wärmetauscher (2) begrenzt wird und einen Zulauf und einen Ablauf für das Heiz-Kühlgut aufweist.
2. Kontinuierlich arbeitender Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum für das Heiz-Kühlgut zumindest ein Abstreifer (3) vorhanden ist, der das Heiz-Kühlgut an den Wänden des innerer und/oder äußeren Wärmetauschers kontinuierlich abstreift und erneuert.