DE102011121543A1 - Rohrbündelreaktor - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrbündelreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen, mit einem Bündel Reaktionsrohre, das von einem zylindrischen Reaktormantel umschlossen ist, der einen Mantelraum ausbildet, in dem die Reaktionsrohre von einem Wärmeträger umströmt werden, wobei die Reaktionsrohre von einem Reaktionsgas durchströmt werden, ferner mit einem Wärmeträger-Vorlaufringkanal und einem Wärmeträger-Rücklaufringkanal, die den Reaktormantel in jeweils einem Endbereich des Zylinders umschließen und mit dem Mantelraum über eine Vielzahl von Mantelöffnungen in Strömungsverbindung stehen, wobei zumindest der Rücklaufringkanal frei von Unterkanälen ist, und mit einer außenliegenden Pumpe, deren Eintritt an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal und deren Austritt an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal angeschlossen ist und die den Wärmeträger in einem Kreislauf durch den Vorlaufringkanal, den Mantelraum und den Rücklaufringkanal umwälzt.
- Ein Rohrbündelreaktor ist ein Festbettreaktor, der die Möglichkeit bietet, zwischen dem in dem Festbett reagierenden Prozessgasgemisch bzw. Reaktionsgas und einem separaten Wärmeträger einen Wärmeaustausch herbeizuführen. Dabei kann die Reaktion prinzipiell sowohl eine endotherme wie auch eine exotherme sein. Das Festbett – im Wesentlichen ein granularer Katalysator – befindet sich in den Rohren (Reaktionsrohren) eines allgemein vertikal angeordneten Reaktionsrohrbündels, deren beide Enden abgedichtet in Rohrböden festgelegt sind und die innerhalb eines das Rohrbündel umgebenden Reaktormantels von dem Wärmeträger umspült werden. Das Prozessgasgemisch wird den Reaktionsrohren über eine den betreffenden Rohrboden überspannende Reaktorhaube zu- und ebenso über eine den anderen Rohrboden überspannende Reaktorhaube abgeführt. Der Wärmeträger, häufig ein Salzbad, wird mit einer oder mehreren Pumpen umgewälzt und von einem oder mehreren Wärmetauschern je nach der Art des Reaktionsprozesses erwärmt bzw. gekühlt. Er wird dem Reaktorinneren in der Regel durch den Reaktormantel umgebende Ringkanäle, die sich in der Nähe der Rohrböden befinden und die mit dem Mantelinneren, im folgenden auch als Mantelraum bezeichnet, über eine Vielzahl von Mantelöffnungen in Verbindung stehen, zu- bzw. abgeführt. Die Pumpen als auch die Wärmetauscher liegen gewöhnlich außerhalb des Reaktormantels.
- Um für sämtliche Rohre des Reaktors – ein moderner Rohrbündelreaktor kann bis zu 30000 Rohre oder mehr enthalten – im Interesse eines einheitlichen Reaktionsablaufs und damit einer hohen Ausbeute und guten Selektivität des Reaktionsprodukts ein möglichst gleiches Temperaturprofil zu erhalten, kommt es darauf an, Unterschiede des Wärmeträgers bezüglich Temperatur und Strömungszustand in jeder zu den Reaktionsrohren senkrecht stehenden Ebene möglichst gering zu halten.
- Voraussetzung für einen gleichmäßigen Wärmeübergang im Reaktorinneren sind gleiche in den Reaktor einströmende und aus dem Reaktor ausströmende Volumenströme über den Reaktorumfang. Dies wird im Allgemeinen dadurch erreicht, dass die Mantelöffnungen zwischen den Ringkanälen und dem Reaktorinneren dem jeweilig lokal vorherrschenden Strömungsdruck entsprechend über den Reaktorumfang unterschiedliche Durchtrittsquerschnitte aufweisen.
- Zur Schaffung von konstanten Betriebsbedingungen bezüglich des Wärmeträger-Volumenstroms durch den Kühler schlägt die
DE1963394 A ein Reaktorsystem vor, bei dem im Gehäuse des Wärmetauschers ein regelbarer Bypass vorgesehen ist, der je nach Kühlungsbedarf mehr oder weniger Wärmeträger zu den Wärmeübertragungsflächen leitet. Der Gesamtvolumenstrom durch den Kühler wird dadurch konstant gehalten. In einem Ausführungsbeispiel sind Pumpe und Wärmetauscher an gegenüberliegenden Seiten des Reaktors angeordnet. Bei dieser Anordnung wird der aus dem Wärmetauscher herausgeführte Wärmeträger zum oben gelegenen Wärmeträger-Rücklaufringkanal geführt. Dort teilt er sich auf die beiden Ringkanalhälften auf und vereinigt sich im Verlauf des Strömungsweges mit den aus den Mantelöffnungen des Reaktors austretenden erwärmten Wärmeträgerströmen. Am Ende des Ringkanals vereinigen sich die beiden Wärmeträgerströme und werden zur Pumpe geführt. Diese fördert den Wärmeträger-Gesamtstrom in den Wärmeträger-Vorlaufringkanal, wo sich dieser wieder auf die beiden Ringkanalhälften verteilt und über Mantelöffnungen in den Reaktor hineinströmt. Am anderen, stromabwärtigen Ende der Ringkanalhälften wird ein Teil des Wärmeträgers wieder zurück in den Wärmetauscher geführt. Gesonderte Vorrichtungen zur Mischung der aus dem Reaktor und aus dem Wärmetauscher kommenden Wärmeträgerströme sind nicht vorgesehen. Die Durchmischung erfolgt hauptsächlich durch die Pumpe, die der Wärmeträger mit einem hohen Grad an Verwirbelung – d. h. mit zahlreichen und/oder ausgedehnten Wirbelgebieten – durchströmt. Ein hoher Verwirbelungsgrad reduziert jedoch den Wirkungsgrad der Pumpe und erfordert umso mehr Pumpenleistung. - Für große Reaktoren mit entsprechend großer erforderlicher Pumpenleistung schlägt die
DE3409159 A1 eine Aufteilung der Pumpenleistung auf zwei Pumpen vor, die an entgegengesetzten Stellen an die Ringkanäle angeschlossen werden. Hierdurch werden die maximalen Förderwege verringert und der Leistungsbedarf wird überproportional verringert. Der Wärmetauscher soll symmetrisch zwischen beiden Pumpen angeordnet werden und mit beiden Ringkanälen in Verbindung stehen. Der Rücklauf des Wärmetauschers ist über Stellglieder einstellbar, um die Temperatur der beiden Seiten des Reaktors regeln zu können. Gesonderte Mischvorrichtungen sind auch hier nicht vorgesehen. Die Durchmischung erfolgt auch hier hauptsächlich durch die beiden Pumpen. - Die Pumpe(n) und der Wärmetauscher können auf unterschiedliche Arten am Reaktor angeordnet werden. So wird in der
WO2004/052525 A1 - Die Strömungsführung bei der Anordnung mit 180°-Versatz von Pumpe und Wärmetauscher ist identisch mit der wie bei
DE1963394 A beschriebenen. Bei der Anordnung mit 90°-Versatz befindet sich im Wärmeträger-Vorlaufringkanal weiterhin ein Trennblech zur Steuerung der Wärmeträgerströme in das Reaktorinnere und in den Wärmetauscher. - Die
DE 101 37 768 A1 stellt bei derartigen Reaktoren fest, dass eine Mischung des Wärmeträgers über dessen Strömungsquerschnitt im Reaktor nur in sehr begrenztem Maße stattfindet. Strebt man eine Umwälzpumpe mit hohem Wirkungsgrad an, ist auch die Mischwirkung der Pumpe unzureichend. Es wird als erforderlich angesehen, die unterschiedlich temperierten Wärmeträgerströme aus dem Reaktor und aus dem Wärmetauscher kommend noch vor Eintritt in die Pumpe weitgehend zu vermischen. Es wird vorgeschlagen, den aus dem Reaktor durch die Mantelöffnungen abgeführten Wärmeträger unmittelbar nach dem Eintritt desselben in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal zusammen mit dem von dem außenliegenden Wärmetauscher kommenden Wärmeträger in einem in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal eingebauten Mischkanal zu vermischen. Mittels eines ebenfalls in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal eingebauten Verteilerkanals wird der vom Wärmetauscher kommende Wärmeträger in eine Vielzahl von feinen Einzelstrahlen aufgeteilt, die gleichmäßig in die durch die Mantelöffnungen kommenden Wärmeträger-Teilströme verteilt und vermischt werden. - Die zur Umwälzung des Wärmeträgers verwendeten Pumpen haben die Aufgabe, große Volumenströme bei relativ kleiner Förderhöhe umzuwälzen. Solange keine besonderen Anforderungen vorliegen, werden die Pumpen möglichst einfach ausgeführt, d. h. sie bestehen aus einem zylindrischen Pumpengehäuse und werden der Aufgabe entsprechend mit Axiallaufrädern ausgestattet. Die Pumpen werden üblicherweise zwischen oberem und unterem Ringkanal angeordnet wie in
4 derDE10137768 A1 dargestellt. Wegen der hohen Temperaturen des Wärmeträgers ist man jedoch bestrebt, möglichst viele Teile der Pumpe und den Antriebsmotor außer halb des Wärmeträgersystems anzuordnen. Von daher wäre es ideal, wenn nur das Laufrad Berührung zum Wärmeträger hat. Dies bedingt jedoch lange Verbindungswellen zwischen Antriebsmotor und dem Laufrad der Pumpe. Zur Gewährleistung eines schwingungsarmen Betriebs muss die Welle geeignet gelagert werden, bevorzugt ohne Berührung zum Wärmeträger. Damit ist eine fliegende Lagerung des Laufrads erforderlich. Um einen ausreichenden Abstand zur kritischen Drehzahl zu erhalten, muss die Welle entsprechend steif ausgeführt sein. Der fliegende Teil der Verbindungswelle sollte somit aus Kosten- und Bauraumgründen möglichst kurz sein. Hierfür sind jedoch besondere konstruktive Maßnahmen notwendig. - Eine Konstruktion in dieser Hinsicht ist aus der
JP59138794 A - Die
DE10127365 A1 ist eine Weiterentwicklung derJP59138794 A - In der
WO2004/052526 A1 - In einer weiteren Ausführungsform wird ein Zweizonenreaktor mit relativ kurzen Reaktionszonen beschrieben, bei dem Pumpe und Wärmetauscher an verschiedenen Stellen am Reaktorumfang angeordnet sind. Die Pumpen der beiden Reaktionszonen werden auf gleicher Höhe angeordnet, vorzugsweise im Bereich der oberen Zone. Dadurch kann die Pumpenwelle verkürzt und die Betriebssicherheit erhöht werden. Diese Konstruktion bedingt entsprechende Umlenkungskanäle, um den Wärmeträger an die gewünschten Stellen der Ringkanäle zu führen. Es werden verschiedene Möglichkeiten von Verbindungskanälen zwischen Pumpe und Ringkanälen vorgestellt. Weiterhin ist eine Injektorpumpe dargestellt, die den Druck im Zulaufbereich der Pumpe erhöht und damit das Kavitationsverhalten bei leistungsstarken Pumpen verbessert.
- Eine Mischvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE2245442 A bekannt. Dort ist ein Drallmischer zur Unterstützung der Entstehung von Turbulenzen beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus einer Vielzahl von verdrehten streifenförmigen Elementen, die in verschiedenen Kombinationen parallel und in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein können. Der Drehsinn von hintereinander liegenden Elementen kann gleich oder gegengleich sein. Die zum Mischen erforderliche Energie wird durch die Bewegung der Flüssigkeit gewonnen, die durch die Vorrichtung strömt. - Die bekannten Lösungen zur Führung des Wärmeträgers durch ein Reaktorsystem beschäftigen sich in erster Linie mit der Beeinflussung der Mengen einzelner Volumenströme. Werden Wärmeträgerströme unterschiedlicher Temperatur zusammengeführt, so wird stillschweigend davon ausgegangen, dass sich diese auch ohne zusätzliche Vorrichtungen hinreichend miteinander vermischen oder die Umwälzpumpe diese Mischung bewirkt. Dies ist tatsächlich bei einer wirkungsgradoptimierten – d. h. strömungsoptimierten, verwirbelungsarmen – Pumpe nicht der Fall, wie in
DE10137768 A1 beschrieben. - Die
DE10137768 A1 schlägt eine Mischvorrichtung noch im Wärmeträger-Rücklaufringkanal von. Die vorgeschlagene Lösung ist jedoch sehr aufwändig, da der vom Wärmetauscher kommende gekühlte Wärmeträgerstrom gleichmäßig über die Lauflänge des Ringkanals verteilt werden muss. Das erfordert einen zusätzlichen Verteilerkanal mit entsprechend angepassten Öffnungen. Zudem erzeugen der Verteilerkanal und der anschließende Mischkanal einen hohen Druckverlust, was im Wärmetauscher zu einem unerwünschten Rückstau führt. Ferner kommt es längs des Strömungswegs zu unerwünschten Wärmeübergängen zwischen den Teilkanälen. - Ein externer Mischer vor dem Eintritt in die Pumpe, wie in der
WO2004/052526 A1 - Für die Erzielung eines hohen Pumpenwirkungsgrades ist nicht nur ein strömungsoptimierter verwirbelungsarmer Zulauf zu dem und Durchlauf durch das Pumpenlaufrad wesentlich, sondern auch ein ebenso strömungsoptimierter Strömungskanal auf der Druckseite des Laufrades, da andernfalls – wie bei
DE 10137768 A1 oderWO 2004/052526 A1 - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rohrbündelreaktor der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe wirtschaftlicher möglich ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Rohrbündelreaktoren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
- Die erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktoren ermöglichen eine Erhöhung des Wirkungsgrades ihrer außenliegenden Pumpe, indem sie durch eine geeignete bauliche Ausbildung die für die Wirkungsgraderhöhung notwendige Optimierung der Wärmeträgerströmung durch die Pumpe unterstützen.
- So wird mit der Lösung nach Anspruch 1 eine Reduzierung der Mischwirkung in einer strömungsoptimierten Pumpe kompensiert durch eine besondere Ausbildung des Wärmeträger-Rücklaufringkanals, mit der äußerst kostengünstig eine wirksame Durchmischung des aus dem Mantelraum austretenden Wärmeträgers mit dem aus dem Haupt-Wärmetauscher rücklaufenden Wärmeträger, die zueinander eine Temperaturdifferenz von üblicherweise 20 K bis 100 K aufweisen, erreicht wird. Dabei ist der Wärmeträger-Rücklaufringkanal über seine komplette Länge und über seinen kompletten Querschnitt als Rotationsmischer ausgebildet, wobei der gesamte Rücklauf des Wärmetauschers an dessen Anschlussstelle – aufgeteilt auf die beiden Ringkanalabschnitte – in den kompletten Ringkanalquerschnitt eingeleitet wird. Um eine schnelle und vollständige Durchmischung des Wärmeträger-Rücklaufs aus dem Wärmetauscher mit den aus dem Mantelraum durch die Mantelöffnungen eintretenden Wärmeträger-Teilströmen zu erzielen, weist jeder Abschnitt des Wärmeträger-Rücklaufringkanals mindestens zwei Vorrichtungen auf, mit denen der Rücklaufstrom um die Längsachse der Ringkanalabschnitte in Rotation versetzt wird. Diese Vorrichtungen sind längs der Ringkanalabschnitte verteilt angeordnet, sodass der Rücklaufstrom kurz nach seinem Eintritt in den Ringkanalabschnitt in Rotation versetzt wird und bis unmittelbar vor dem Zusammentreffen mit dem Wärmeträgerstrom aus dem anderen Ringkanalabschnitt am Austritt aus dem Wärmeträger-Rücklaufringkanal, d. h. am Zulauf zur außenliegenden Pumpe, in Rotation verbleibt. Eine schnelle und vollständige Durchmischung des Rücklaufstroms mit den aus den Mantelöffnungen quer zum rotierenden Rücklaufstrom austretenden Teilströmen ist somit gewährleistet. Eine gleichmäßige Durchmischung – d. h. gleiche Temperaturen in den durchmischten Wärmeträgerströmen – in den beiden Ringkanalabschnitten im Verhältnis zueinander wird dadurch gewährleistet, dass das Mengenverhältnis der aus dem Haupt-Wärmetauscher in die Ringkanalabschnitte eingeleiteten Abschnitts-Wärmeträgerströme zueinander dem Längenverhältnis der beiden Ringkanalabschnitte zueinander entspricht. Die Mantelöffnungen sind nach Art und Größe so ausgebildet, dass der Wärmeträgerstrom über den Umfang gleichverteilt aus dem Mantelraum in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal eintritt. Der Wärmeträger-Gesamtstrom aus dem Wärmeträger-Rücklaufringkanal ist somit über seinen gesamten Querschnitt vollständig und gleichmäßig durchmischt, wenn er in die außenliegende Pumpe eintritt, sodass dort keine Mischung mehr stattfinden muss. Die Pumpe kann daher ausschließlich strömungsoptimiert sein – d. h. ohne Rücksicht auf irgendeine noch zu erzielende Mischwirkung. Der Einsatz einer solchen Hochleistungspumpe ermöglicht es wiederum, den Reaktor mit nur einer Pumpe betreiben zu können.
- Bei der Lösung gemäß Anspruch 11 wird eine reduzierte Mischwirkung in der Pumpe durch einen zweiten Wärmeträger-Rücklaufringkanal kompensiert, der einen konzentrischen, axial nach oben gerichteten Bereich des Pumpengehäuses umschließt und mit dem Zulauf zum Propeller bzw. Laufrad über eine Vielzahl von über den Umfang des Pumpengehäuses verteilten Öffnungen in Strömungsverbindung steht und an den der Austritt des Haupt-Wärmetauschers angeschlossen ist, anstatt an den den Mantelraum umschließenden Wärmeträger-Rücklaufringkanal gemäß der Lösung nach Anspruch 1. Der konzentrische, axial nach oben gerichtete Bereich des Pumpengehäuses im Zulaufbereich zum Propeller bewirkt eine rotationssymmetrische Anströmung des Propellers. Diese wird mit dem zweiten, diesen Bereich umschließenden Wärmeträger-Rücklaufringkanal dazu genutzt, den Rücklaufstrom aus dem Haupt-Wärmetauscher über den gesamten Umfang des Zulaufbereiches verteilt dem Wärmeträgerstrom zuzudosieren, der aus dem Mantelraum über den ersten Wärmeträger-Rücklaufringkanal kommt und im Zulaufbereich rotationssymmetrisch – d. h. ebenfalls über den gesamten Umfang des Zulaufbereichs – verteilt ist. Hierdurch wird auf einfache Weise bereits durch die Ausbildung der Zudosierung eine wirksame weitgehende Durchmischung des aus dem Mantelraum austretenden Wärmeträgers mit dem Wärmetauscher-Rücklauf erzielt, so dass ein langer Strömungsweg bis zum Eintritt in den Propeller zur ausreichenden Durchmischung nicht mehr notwendig ist. Dadurch kann der Propellerbereich wiederum ausschließlich für eine Optimierung der Wärmeträgerströmung – d. h. des Pumpenwirkungsgrades – ausgebildet sein.
- Als weitere Lösung schlägt Anspruch 13 vor, die Strömung des Wärmeträgers auf der Druckseite des Propellers durch eine besondere Ausbildung des Umlenkungsbereiches der Wärmeträgerströmung aus der Vertikalen in die Horizontale zu optimieren und dabei gleichzeitig die Kosten für die Herstellung des Umlenkungsbereiches zu reduzieren. Dadurch, dass die Wände des Umlenkungsbereiches nur aus der Verschneidung zweier Zylinder gebildet sind, von denen einer vertikal in Strömungsrichtung und der andere horizontal senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers verläuft, wird zum einen eine äußerst verwirbelungsarme Umlenkung des Wärmeträgers erzielt, da keine toten Ecken – d. h. keine Totwassergebiete – entstehen und scharfe Umlenkungen und plötzlich Querschnittserweiterungen vermieden werden. Zum anderen wird eine Fertigung aus einfachen, kostengünstigen Bauteilen ermöglicht. Diese verwirbelungsarme Umlenkung ist selbst schon eine Optimierung der Strömung und bewirkt eine Erhöhung des Pumpenwirkungsgrades. Sie ermöglicht darüber hinaus aber auch noch eine weitere Strömungsoptimierung im stromaufwärtigen Bereich, da diese nicht mehr durch eine im Umlenkungsbereich entstehende Strömung mit umfangreichen Wirbelgebieten zunichte gemacht wird.
- Vorzugsweise ist bei einem Rohrbündelreaktor nach Anspruch 1 der Austritt des Haupt-Wärmetauschers durch einen Anschlusskanal an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal angeschlossen und sind in diesem Anschlusskanal Einrichtungen zum anteilsmäßigen Aufteilen des Wärmetauscher-Rücklaufs auf die beiden Ringkanalabschnitte angeordnet. Hierdurch kann der Rücklaufringkanal von solchen Einrichtungen freigehalten werden – bis auf eine Trennwand zur Teilung des Rücklaufringkanals in die beiden Ringkanalabschnitte, so dass in den Ringkanalabschnitten ausschließlich Vorrichtungen zum Erzeugen der Rotation und diese auch in unmittelbarer Nähe der Anschlussstelle angeordnet werden können. Zudem können Einflüsse aus dem Anschlusskanal selbst durch die entsprechenden Einrichtungen im Anschlusskanal auch wieder ausgeglichen werden.
- Dabei kann z. B. in günstiger Weiterbildung der Erfindung die Länge der Strömungswege vom Austritt des Haupt-Wärmetauschers zu den beiden Abschnitts-Anschlussstellen voneinander abweichen und die Ausbildung und/oder Anordnung der Aufteil-Einrichtungen im Anschlusskanal auch diese Abweichungen ausgleichen. Wenn der Anschlusskanal beispielsweise bogenförmig ausgebildet ist, sodass der radial innere Strömungsweg kürzer ist als der radial äußere Strömungsweg, kann der Haupt-Wärmetauscher möglichst nahe an der Außenseite des Reaktormantels montiert werden, wodurch zum einen der Bauraumbedarf reduziert wird und zum anderen die Abstützung des Haupt-Wärmetauschers an der Abstützung des Reaktormantels einfacher ausgebildet werden kann.
- In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Neben-Wärmetauscher an den Haupt-Wärmetauscher angeschlossen und ist der Rücklauf jedes Neben-Wärmetauschers ebenfalls über die Aufteil-Einrichtungen geführt. Solche Neben-Wärmetauscher sind Wärmetauscher für weitere Prozessschritte, beispielsweise Eintrittsgas-Vorwärmer oder Dampfüberhitzer. Ein direkter Anschluss von Neben-Wärmetauschern an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal würde eine Schieflage in dem Mengenverhältnis der in den Ringkanalabschnitten strömenden Wärmeträgermengen erzeugen. Wenn der Rücklauf jedes Neben-Wärmetauschers an den Haupt-Wärmetauscher angeschlossen ist und der Rücklauf über die Aufteil-Einrichtungen geführt ist, wird der Rücklauf automatisch mit verteilt und somit keine Schieflage erzeugt. Ein direkter Anschluss von Neben-Wärmetauschern an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal ist allenfalls denkbar, wenn vernachlässigbare Wärmeträgermengen eingeleitet werden.
- Vorteilhafterweise sind die Anschlussstelle des Haupt-Wärmetauschers und die der außenliegenden Pumpe um 90° bis 180° zueinander versetzt angeordnet. Wenn die Länge eines Ringkanalabschnitts mindestens ein Viertel des Umfangs des Reaktormantels beträgt, wird bereits mit einer relativ geringen Anzahl von Vorrichtungen zum Erzeugen einer Rotation des Rücklaufstroms – d. h. mit relativ geringer Rotationsgeschwindigkeit – eine ausreichende Mischwirkung erzielt. Bei einem Versatz von 180° liegt Symmetrie vor, was die Konstruktion und Fertigung insbesondere der Aufteil-Einrichtungen erheblich vereinfacht.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei Vorrichtungen zum Erzeugen einer Rotation jeweils Leitbleche, die an mindestens einer der Kanalwände angebracht und dazu ausgelegt sind, senkrecht zur Ringkanallängsachse in dem Rücklaufstrom eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente zu erzeugen. Auf diese Weise wird mit geringem technischen Aufwand eine Rotation in dem Rücklaufstrom um die Längsachse der Ringkanalabschnitte erzeugt.
- Dabei ist besonders bevorzugt in Strömungsrichtung der aus den Mantelöffnungen austretenden Wärmeträger-Teilströme jeweils eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Rotation angeordnet, die dem jeweiligen Teilstrom durch eine Umlenkung eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufprägt. Hierdurch wird die Mischwirkung eindeutiger, da jedem aus den Mantelöffnungen austretenden Wärmeträger-Teilstrom eine Vorrichtung zugeordnet ist, die den Teilstrom in eine zum Rücklaufstrom tangentiale Richtung umlenkt und somit die Mischwirkung verstärkt.
- Vorteilhafterweise ist am Zusammenlauf der zwei Ringkanalabschnitte vor der Pumpe eine Vorrichtung zur Aufhebung der Rotation angebracht. Auf diese Weise werden Verwirbelungsgebiete im zusammengeführten Wärmeträger-Gesamtstrom weitestgehend vermieden und wird somit die Strömung hinsichtlich einer Verbesserung des Wirkungsgrades der Pumpe optimiert.
- In besonders günstiger Weiterbildung der Erfindung weist dabei die Vorrichtung mehrere horizontale, vertikal beabstandete Bleche auf, die sich nach der in Strömungsrichtung der Ringkanalabschnitts-Wärmeträgerströme jeweils letzten Mantelöffnung über die gesamte Breite der beiden Ringkanalabschnitte bis in den Pumpenzulauf hinein erstrecken und so Zwischenräume mit jeweils zwei Eintrittsseiten in den Ringkanalabschnitten und einer Austrittsseite im Pumpenzulauf ausbilden. Eine Aufhebung der Rotation im Wärmeträgerstrom wird somit auf äußerst wirksame und dabei kostengünstige Weise erzielt.
- Besonders bevorzugt sind dabei die Zwischenräume abwechselnd über die Höhe auf einer der beiden Eintrittsseiten zumindest teilweise verschlossen. Hierdurch wird eine Schichtung der beiden aufeinandertreffenden Wärmeträgerströme aus den Ringkanalabschnitten und damit eine weitere Verbesserung der Mischung dieser beiden Abschnitts-Wärmeträgerströme erzielt.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Rohrbündelreaktors nach Anspruch 11 sind die Pumpengehäuseöffnungen als Zudosiereinrichtungen ausgebildet und in Axialrichtung der Pumpe mindestens zwei Reihen von Zudosiereinrichtungen übereinander angeordnet, wobei die Reihen in Radialrichtung der Pumpe zueinander versetzt in den Zulauf münden. Mit dieser sowohl in axialer als auch in radialer Richtung versetzten Einleitung des Rücklaufs aus dem Haupt-Wärmetauscher in den Zulauf der Pumpe wird eine besonders fein verteilte Zudosierung erreicht, so dass durch die Zudosierung eine äußerst intensive Durchmischung erzielt wird und somit ein extrem kurzer Strömungsweg von der Zudosierungsstelle zum Propeller ausgebildet sein kann.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Rohrbündelreaktors nach Anspruch 13 weist die außenliegende Pumpe auf der Druckseite des Propellers einen Diffusor auf, dessen Querschnittserweiterung zumindest teilweise durch einen konvergierenden Kern erzeugt wird. Die Diffusorwirkung unter weitgehender Vermeidung von Strömungsablösungen von den Wänden des Strömungskanals ermöglicht eine optimale Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie. Dabei ermöglicht die Anordnung eines konvergierenden Kerns, die Kanalaußenwand mit einem konstanten Durchmesser auszubilden – d. h. als Zylinderabschnitt auszubilden.
- Vorzugsweise schließt sich an den Umlenkungsbereich abströmseitig ein Kanal an, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung erweitert. Mit dieser Maßnahme wird ein weiterer Diffusor vom Austritt aus der Pumpe bis zum Eintritt in den Wärmeträger-Vorlaufringkanal gebildet, wodurch die oben erwähnte Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie noch weiter optimiert wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber nach näher erläutert. Es zeigen:
-
1a und1b in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktors, wobei1b ein Querschnitt längs Line Ib-Ib in1a ist; -
2a eine Querschnittsansicht längs Linie IIa-IIa in1b , mit einer ersten Ausführungsform für Vorrichtungen zum Erzeugen einer Rotation des Rücklaufstroms um die Längsachse der Ringkanalabschnitte; -
2b eine Querschnittsansicht längs Linie IIb-IIb in2a ; -
3 eine der2a ähnliche Querschnittsansicht mit einer zweiten Ausführungsform für Vorrichtungen zum Erzeugen einer Rotation des Rücklaufstroms um die Längsachse der Ringkanalabschnitte; -
4a eine Draufsicht längs Linie IVa-IVa in4b , mit einer Vorrichtung zur Aufhebung der Rotation; -
4b einen Querschnitt längs Linie IVb-IVb in4a ; -
4c in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umlenkungsbereiches auf der Druckseite eines Pumpenpropellers; -
4d eine Schnittansicht längs Linie IVd-IVd in4c ; -
5a in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine Pumpe einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktors; -
5b in vergrößerter Darstellung das Detail Vb aus5a ; -
5c in vergrößerter Darstellung das Detail Vc aus5a ; -
5d eine Draufsicht längs Linie Vd-Vd in5c ; -
6 in schematischer Darstellung eine Teilquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktors, mit einer Ausführungsform für einen Haupt-Wärmetauscher; -
7a einen Längsschnitt durch einen Wärmeträger-Vorlaufringkanal, längs Linie VIa-VIIa7b ; und -
7b einen Querschnitt längs Linie VIIb-VIIb in7a , mit dem sich an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal anschließenden Teil des Mantelraums. - Die
1a und1b zeigen einen Rohrbündelreaktor1 , der einen Reaktorhauptteil2 , eine außenliegende Wärmeträgerpumpe3 , einen außenliegenden Haupt-Wärmetauscher4 sowie einen außenliegenden Neben-Wärmetauscher5 aufweist. - Der Reaktorhauptteil
2 weist einen zylindrischen Reaktormantel6 auf, der ein (in1b nicht dargestelltes) Bündel vertikaler Reaktionsrohre7 umschließt. Die Reaktionsrohre7 sind an ihren beiden Enden abdichtend in einem oberen bzw. unteren Rohrboden8 ,9 befestigt. Reaktormantel6 und Rohrböden8 ,9 bilden gemeinsam einen Mantelraum10 aus, in dem die Reaktionsrohre7 von einem Wärmeträger11 umströmt werden. Die Reaktionsrohre7 werden im dargestellten Ausführungsbeispiel von oben nach unten von einem Reaktionsgas12 durchströmt. - Über beide Rohrböden
8 ,9 erstrecken sich Reaktorhauben13 ,14 , im dargestellten Ausführungsbeispiel über dem oberen Rohrboden8 als Gaseintrittshaube13 und über dem unteren Rohrboden9 als Gasaustrittshaube14 . Die Enden der Reaktionsrohre7 sind offen und stehen mit den Reaktorhauben13 ,14 in Strömungsverbindung. Das Reaktionsgas12 strömt aus einer nicht dargestellten Zuleitung durch einen Einlassstutzen15 in die Gaseintrittshaube13 und von dort durch die Reaktionsrohre7 hindurch. Aus den Reaktionsrohren7 strömt das reagierte Gas12 in die Gasaustrittshaube14 und von dieser durch einen Gasaustrittsstutzen16 in eine hier nicht dargestellte Ableitung. - Der Reaktormantel
6 ist nahe der beiden Rohrböden8 ,9 jeweils von einem Ringkanal17 ,18 umschlossen, der mit dem Mantelraum10 über eine Vielzahl von Mantelöffnungen19 , die in dem Reaktormantel6 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, in Strömungsverbindung steht. Die Mantelöffnungen19 sind nach Art und Größe so ausgebildet, dass der Wärmeträger11 über den Umfang gleichverteilt in den Mantelraum10 eintritt bzw. aus diesem austritt. - Im dargestellten Ausführungsbeispiel strömt der Wärmeträger
11 aus dem Mantelraum10 in den in1a oberen Ringkanal17 , der im Folgenden als Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 bezeichnet wird, und von dort über eine Zulaufleitung20 zum Zulauf bzw. Eintritt21 der Pumpe3 . Der Austritt22 der Pumpe3 ist über eine Austrittsleitung23 an den in1a unteren Ringkanal18 , der im Folgenden als Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 bezeichnet wird, angeschlossen, so dass der Wärmeträger11 aus der Pumpe3 in den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 strömt und von dort aus durch die Mantelöffnungen in den Mantelraum10 hineinströmt. - Ein Teil des Wärmeträgerstroms
11 strömt von dem Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 über eine Anschlussleitung24 zu dem Haupt-Wärmetauscher4 und von diesem über eine Rücklaufleitung25 zum Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 . Der Eintritt26 des Haupt-Wärmetauschers4 ist somit an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 angeschlossen, und der Austritt27 des Haupt-Wärmetauschers4 an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 . - Der Neben-Wärmetauscher
5 ist parallel zum Haupt-Wärmetauscher4 geschaltet. Der Eintritt28 des Neben-Wärmetauschers5 ist über eine Eintrittsleitung29 an die Anschlussleitung24 des Haupt-Wärmetauschers4 angeschlossen. Der Austritt30 des Neben-Wärmetauschers5 ist über eine Austrittsleitung31 an den Haupt-Wärmetauscher4 angeschlossen, so dass der Rücklauf32 aus dem Neben-Wärmetauscher5 über die Rücklaufleitung25 aus dem Haupt-Wärmetauscher4 in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 eingeleitet wird. - In
1b ist ein Horizontalschnitt durch den Rohrbündelreaktor1 aus1a in Höhe des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 dargestellt. Insbesondere sind der1b die Strömungswege des Wärmeträgers11 aus dem Mantelraum10 und aus dem Neben- und dem Haupt-Wärmetauscher4 ,5 in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 und aus diesem in die Pumpe3 zu entnehmen. - Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlussstellen
33 ,34 der Pumpe3 und des Haupt-Wärmetauschers4 an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 um etwa 150° bzw. 210° zueinander versetzt. Sie liegen einander also nicht diametral gegenüber, so dass der Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 einen kürzeren und einen längeren Ringkanalabschnitt35 ,36 aufweist. - Aus dem Mantelraum
10 tritt der Wärmeträger11 durch Mantelöffnungen19 , die über den gesamten Umfang des Reaktormantels6 verteilt angeordnet sind, in die Ringkanalabschnitte35 ,36 ein. - Die Austritts- bzw. Rücklaufleitung
25 , mit der der Haupt-Wärmetauscher4 an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 angeschlossen ist, ist als bogenförmiger Anschlusskanal ausgebildet. In ihm ist eine Aufteil-Einrichtung37 eingebaut, mit der das Mengenverhältnis der in die beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 eingeleiteten Wärmeträgermengen bzw. -ströme38 ,39 zueinander so eingestellt ist, dass dieses Mengenverhältnis dem Längenverhältnis dieser Ringkanalabschnitte35 ,36 zueinander entspricht. Dazu weist die Aufteil-Einrichtung37 eine Trennwand40 auf, die in dem Anschlusskanal25 in dessen Längsrichtung von dessen Eintrittsbereich aus bis zum Reaktormantel6 verläuft. Sie erstreckt sich vertikal über die gesamte Höhe des Anschlusskanals25 und ist mit dessen Wänden dicht verschweißt. Im Ringkanal17 erstreckt sich die Trennwand40 vertikal senkrecht zur Längsrichtung der Ringkanalabschnitte35 ,36 über den gesamten Querschnitt des Ringkanals17 und teilt diesen in die beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 . Mit der oberen und unteren Wand des Ringkanals17 und mit dem Reaktormantel6 ist sie dicht verschweißt. Im Eintrittsbereich des Anschlusskanals25 ist die Trennwand40 mit einem zu ihr querverlaufenden Blech41 verschweißt, das zusammen mit den Wänden des Anschlusskanals25 Zudosieröffnungen42 ,43 für den Wärmeträger-Rücklauf in die beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 ausbildet. Die Größe der Zudosieröffnungen42 ,43 ist so ausgebildet, dass das Mengenverhältnis der in die beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 einströmenden Wärmeträgerströme38 ,39 dem Längenverhältnis der beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 entspricht. - An den Haupt-Wärmetauscher
4 wiederum ist der Neben-Wärmetauscher5 angeschlossen, dessen Wärmeträger-Rücklauf32 durch den Haupt-Wärmetauscher4 hindurch zum Anschlusskanal25 strömt und mittels diesem entsprechend dem oben beschriebenen Mengenverhältnis auf die beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 mitaufgeteilt wird. - In den Ringkanalabschnitten
35 ,36 sind eine Vielzahl von Vorrichtungen44 angeordnet, die in dem Rücklaufstrom45 ,46 , der sich in den Ringkanalabschnitten35 ,36 aus dem Rücklauf38 ,39 aus dem Haupt- und dem Neben-Wärmetauscher4 ,5 sowie den durch die Mantelöffnungen19 aus dem Mantelraum10 eintretenden Wärmeträger-Teilströmen47 zusammensetzt und im Folgenden auch als Gesamt-Rücklaufstrom bezeichnet wird, eine Rotation um die Längsachse der Ringkanalabschnitte35 ,36 erzeugen. Die Wärmeträger-Teilströme47 aus den Mantelöffnungen19 treffen quer auf den in Längsrichtung der Ringkanalabschnitte35 ,36 jeweils strömenden Gesamt-Rücklaufstrom45 ,46 auf, so dass durch die Rotationsmischung eine besonders effektive Durchmischung erfolgt. - Der Rücklauf
38 ,39 aus den Wärmetauschern5 ,4 und die durch die Mantelöffnungen19 eintretenden Wärmeträger-Teilströme47 vereinigen sich somit zu einem Gesamt-Rücklaufstrom45 ,46 , dem die jeweils stromabwärts noch eintretenden Wärmeträger-Teilströme47 zugemischt werden. - Vor dem Zulauf zur außenliegenden Pumpe
3 vereinigen sich die beiden Gesamt-Rücklaufströme45 ,46 aus den beiden Ringkanalabschnitten35 ,36 zu einem einzigen Wärmeträger-Gesamtstrom48 , der in die Pumpe3 eintritt. - Die beiden aufeinander treffenden Gesamt-Rücklaufströme
45 ,46 aus den beiden Ringkanalabschnitten35 ,36 weisen gleiche Temperaturen auf, da zum einen eine gleichmäßige Durchmischung des Wärmeträger-Rücklaufs38 ,39 mit den Wärmeträger-Teilströmen47 aus dem Mantelraum10 in beiden Ringkanalabschnitten35 ,36 erfolgt und darüber hinaus die Strömungsmengen in den Ringkanalabschnitten35 ,36 deren Längenverhältnis entspricht, so dass in beiden Ringkanalabschnitten35 ,36 nicht nur eine gleichermaßen wirksame Durchmischung, sondern dabei auch die gleiche Mischtemperatur erzielt wird. - Die
2a und2b zeigen eine erste Ausführungsform für im Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 angeordnete Vorrichtungen zum Erzeugen einer Rotation des Rücklaufstroms um die Längsachse der Ringkanalabschnitte. - In
2a ist der Teil eines Mantelraums10 des Reaktors1 dargestellt, an den ein Abschnitt35 eines Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 angrenzt. Die den Mantelraum10 vertikal durchlaufenden Reaktionsrohre7 sind nur schematisch durch ihre Längsachsen dargestellt. Die Reaktionsrohre7 münden in den oberen Rohrboden8 , in dem sie gas- und flüssigkeitsdicht befestigt sind, und stehen mit der den Rohrboden8 überspannenden (hier nicht dargestellten) oberen Reaktorhaube13 in Strömungsverbindung. Der Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 ist an die Außenseite des Reaktormantels6 angeschweißt und steht mit dem Mantelraum10 über eine Vielzahl von Mantelöffnungen19 in Strömungsverbindung. Die Mantelöffnungen19 sind über den gesamten Umfang des Reaktormantels6 verteilt angeordnet, so dass auch eine entsprechend verteilte Vielzahl von Wärmeträger-Teilströmungen47 durch die Mantelöffnungen19 aus dem Mantelraum10 in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 eintritt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mantelöffnungen19 auf halber Höhe des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 angeordnet. - An der den Mantelöffnungen
19 gegenüberliegenden vertikalen Außenwand49 des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 sind schräg verlaufende Strömungsleitbleche50 angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung von oben nach unten verlaufen. Diese Strömungsleitbleche50 erstrecken sich um eine vorgegebene Strecke in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 hinein, vorzugsweise um 10% bis 40% der lichten Breite des Ringkanals17 . Die Neigung der Strömungsleitbleche50 gegenüber der Horizontalen beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 20°. Abhängig von den Gegebenheiten, z. B. Art des Wärmeträgers und Abmessungen des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 , liegt die Neigung vorzugsweise im Bereich von 10° bis 45°. - Auf diese Weise wird mit geringem Fertigungsaufwand der Rücklaufstrom
45 über den gesamten Querschnitt des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 in Rotation gebracht und so eine äußerst wirksame Vermischung mit den aus den Mantelöffnungen19 quer eintretenden Wärmeträger-Teilströmen47 erzielt, so dass eine vollständige Durchmischung gewährleistet ist. - Der aus den Wärmetauschern
4 ,5 in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 eintretende Wärmeträgerstrom38 ,39 durchströmt den gesamten Querschnitt des jeweiligen Ringkanalabschnitts35 ,36 zwischen dessen Außenwänden6 ,49 ,51a ,51b . Irgendwelche Einbauten, die den Rücklaufstrom45 ,46 auf nur einen Teil des Querschnitts beschränken, sind nicht notwendig. Sowohl der Wärmetauscher-Rücklauf38 ,39 als auch die Wärmeträger-Teilströme47 aus den Mantelöffnungen19 werden unmittelbar in den sollen Querschnitt des Rücklaufringkanals17 eingeleitet und dort durchmischt. - Bei der in
3 dargestellten Ausführungsform ist im Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 vor jeder Mantelöffnung19 ein Strömungsleitblech52 angeordnet, das den Wärmeträger-Teilstrom47 unmittelbar nach dessen Eintritt in den Rücklaufringkanal17 in Richtung dessen Bodenblech51b umleitet und auf diese Weise dem in axialer Richtung strömenden Gesamt-Rücklaufstrom45 ,46 in Querrichtung exzentrisch zuführt. Diese exzentrische Zuleitung der Wärmeträger-Teilströme47 versetzt den Rücklaufstrom45 ,46 in Rotation, was wiederum eine wirksame Durchmischung von Rücklaufstrom45 ,46 und Wärmeträger-Teilstrom47 bewirkt. - In den
4a bis4d ist eine strömungsoptimierte Pumpe3 einschließlich Pumpenzulauf20 ,21 , Pumpenpropeller bzw. -laufrad53 und Pumpenablauf22 ,23 dargestellt. Wie in4b dargestellt, grenzen in diesem Ausführungsbeispiel der Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 und der Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 auf halber Höhe des Reaktormantels6 unmittelbar aneinander an und erstrecken sich bis nahe an den oberen bzw. unteren Rohrboden8 ,9 . -
4a zeigt den Zusammenlauf der beiden Gesamt-Rücklaufströme45 ,46 bzw. Abschnitt-Wärmeträgerströme aus den beiden Ringkanalabschnitten35 ,36 zu einem gemeinsamen Wärmeträger-Gesamtstrom48 und den Zulauf20 ,21 zum Propeller bzw. Laufrad53 . Am Zusammenlauf ist eine Vorrichtung54 zur Aufhebung der Rotation in den ankommenden Abschnitts-Wärmeträgerströmen45 ,46 angeordnet. Die Vorrichtung54 weist mehrere vertikal übereinander geschichtete, horizontal verlaufende und vertikal beabstandete Bleche55 auf. Die Bleche55 erstrecken sich über die gesamte Breite des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 bzw. der beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 . Sie sind zwischen den letzten Mantelöffnungen19 der beiden Ringkanalabschnitte35 ,36 am Reaktormantel6 angeschweißt und erstrecken sich in einen Zulaufkanal20 hinein, an dessen Wänden56 sie ebenfalls angeschweißt sind. Die Zwischenräume57 zwischen den Blechen55 bilden in jedem Ringkanal35 ,36 eine Eintrittsseite58 ,59 und im Zulaufkanal20 eine Austrittsseite60 aus. Sie können über die Höhe abwechselnd auf einer der beiden Eintrittsseiten58 ,59 mittels einer Sperrwand58a ,59a zumindest teilweise verschlossen sein. In den Zwischenräumen57 sind Strömungsleitbleche60a angeordnet. Die Abschnitts-Wärmeträgerströme45 ,46 durchströmen die Zwischenräume57 zwischen den Blechen55 und strömen dann gemeinsam als Wärmeträger-Gesamtstrom48 in einen ringförmigen Pumpeneintrittsraum61 , der zum Pumpenlaufrad53 führt. - Das Pumpenlaufrad
53 ist oberhalb des Wärmeträger-Rücklaufringkanals17 angeordnet und von einer Einlaufdüse62 in Umfangsrichtung umschlossen. Der Wärmeträger11 ,48 durchströmt den Pumpeneintrittsraum61 zunächst von unten nach oben und dann das Laufrad53 von oben nach unten. - Über dem Pumpenlaufrad
53 und der Einlaufdüse62 ist ein kreisringförmiges Eintrittsleitblech63 koaxial angeordnet, das in radialer Richtung bogenförmig mit konvexer Oberseite ausgebildet ist. Dieses Eintrittsleitblech63 bewirkt eine möglichst verwirbelungsarme rotationssymmetrische Strömungsumkehr des Wärmeträgerstroms48 zum Pumpenlaufrad53 hin. Ein Teil des Wärmeträgerstroms48 wird längs der Unterseite des Eintrittsleitbleches63 zum Pumpenlaufrad53 hingeführt, der andere Teil längs der Oberseite des Eintrittsleitbleches63 durch dessen zentrale Öffnung64 hindurch. - An ihrem stromabwärtigen Ende ist die Einlaufdüse
62 in Umfangsrichtung dicht mit einem koaxial angeordneten Kegelmantel65 verbunden, der sich in Strömungsrichtung erweitert und ein Austrittsleitrad66 mit Innenverdränger67 umschließt. Der lichte Durchmesser des Kegelmantels65 an seinem sich verjüngenden stromaufwärtigen Endes entspricht in etwa dem Außendurchmesser des Pumpenlaufrades53 . Der Innenverdränger67 ist zylindrisch ausgebildet und innerhalb des Kegelmantels65 koaxial angeordnet. Er ist über radial verlaufende Austrittsleitflügel68 des Austrittsleitrades66 an dem Kegelmantel65 befestigt. - Stromabwärts schließt sich an den Kegelmantel
65 ein zylinderförmiger Diffusormantel69 an, in dem ein Kerndiffusor70 koaxial angeordnet ist, der sich bis zum stromabwärtigen Ende des Diffusormantels69 erstreckt. Der Kerndiffusor70 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende am Innenverdränger67 befestigt und verjüngt sich bzw. konvergiert bis zu seinem stromabwärtigen Ende, so dass sich entsprechend der Strömungsquerschnitt im Diffusormantel69 erweitert. Die Diffusorwirkung unter weitgehender Vermeidung von Strömungsablösungen von den Wänden des Diffusormantels69 ermöglicht eine optimale Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie und führt somit zu einer Erhöhung des Pumpenwirkungsgrades. An ihren Verbindungsstellen71 ,72 sind die Durchmesser von Kegelmantel65 und Diffusormantel69 sowie von Innenverdränger67 und Kerndiffusor70 jeweils gleich, so dass Querschnittssprünge nicht vorhanden sind. - Ein zylindrisches Pumpengehäuse
73 umschließt Diffusormantel69 , Kegelmantel65 , Einlaufdüse62 und Eintrittsleitblech63 und ist an den Austritt des Zulaufkanals20 und damit der Vorrichtung54 zur Aufhebung der Rotation des Wärmeträgerstroms45 ,46 angeschlossen. - Das Pumpengehäuse
73 bildet zwischen zylindrischer Gehäusewand74 einerseits und Diffusormantel69 , Kegelmantel65 sowie Einlaufdüse62 andererseits den ringförmigen Pumpeneintrittsraum61 aus, in dem der aus den geschichteten Blechen55 austretende Wärmeträgerstrom48 sich um den gesamten Umfang vom Diffusormantel69 , Kegelmantel65 und Einlaufdüse62 verteilt und nach oben strömt. Unmittelbar vor dem Eintritt von oben in die Einlaufdüse62 kehrt das bogenförmige Eintrittsleitblech63 den Wärmeträgerstrom48 von seiner nach oben gerichteten Strömung in die nach unten gerichtete Strömung hin zum Pumpenlaufrad53 um. - In einem vorgegebenen Abstand oberhalb des Eintrittsleitbleches
63 ist ein horizontaler Trennboden75 eingezogen, der an den Wänden74 des Pumpengehäuses73 befestigt ist und den Pumpeneintrittsraum61 nach oben von einem Ausgleichsgefäß76 trennt. In dem Ausgleichsgefäß76 befindet sich ebenfalls Wärmeträger11 , der durch (hier nicht dargestellte) Ausgleichsöffnungen in den Pumpeneintrittsraum61 eintreten und aus diesem austreten kann, um thermisch bedingte Volumenänderungen auszugleichen. Das Ausgleichs- bzw. Ausdehnungsgefäß76 wird durch eine obere Begrenzungswand bzw. einen Deckel77 des Pumpengehäuses73 abgeschlossen. Den unteren Abschluss78 des Pumpengehäuses73 bildet ein horizontaler Boden, durch den der Diffusormantel69 hindurchtritt. Der Boden78 ist mit der Außenseite des Diffusormantels69 dicht verschweißt. - Auf dem Deckel
77 des Pumpengehäuses73 ist eine (nicht dargestellte) Lagerung der Pumpenwelle80 und ein Motor79 zum Antrieb des Pumpenlaufrads53 angeordnet. Er ist mit dem Pumpenlaufrad53 über eine Pumpenwelle80 verbunden, die mittels einer oberen Wellendurchführung81 den Deckel77 und mittels einer unteren Wellendurchführung82 den Trennboden75 durchläuft. - Im Pumpenablauf
22 ,23 , d. h. auf der Druckseite des Laufrads53 , wird der Wärmeträgerstrom48 , der vertikal den Diffusor69 ,70 verlässt, mittels eines Umlenkbereiches83 in die Horizontale umgelenkt. Der Umlenkbereich83 ist stromaufwärts an den Diffusormantel69 und stromabwärts an einen Anschlussstutzen84 angeschlossen, der seinerseits an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 angeschlossen ist. - Der Umlenkbereich
83 ist aus Teilstücken zweier sich schneidender Zylinder85 ,86 zusammengesetzt. Der eine Zylinder85 verläuft vertikal in Strömungsrichtung sowohl innerhalb als auch außerhalb des Pumpengehäuses73 . Innerhalb des Pumpengehäuses73 bildet er den zylindrischen Diffusormantel69 und außerhalb die vertikalen Teile der Wandung des Umlenkbereiches83 . Im Umlenkbereich83 sind Strömungsleitbleche83a angeordnet, die eine gleichmäßige Umlenkung des Wärmeträgerstroms bewirken. Die Strömungsleitbleche83a sind vorzugsweise einfach gekrümmt in Form eines Zylinder-Teilstückes oder eines Polygonzuges. - Der andere Zylinder
86 verläuft horizontal quer zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers11 ,48 , wie in4c als Kreis dargestellt. Von diesem „horizontal verlaufenden Zylinder” wird nur der als Volllinie gezeichnete Teil87 verwendet, d. h. der in4c als Viertelkreis dargestellte Teil87 . Der gestrichelt dargestellte restliche Teil des Kreises dient hier nur der Darstellung der zylindrischen Ausgangsform. - Der Durchmesser der beiden Zylinder
85 ,86 kann unterschiedlich sein, wie in4c dargestellt, so dass die Längsachsen88 ,89 der Zylinder85 ,86 sich nicht schneiden. Die Längsachse89 des Zylinders86 wird bevorzugt so angeordnet, dass der Teil87 tangential in den Boden des Anschlussstutzens84 übergeht. - In
4d sind die Anteile der beiden Zylinder85 ,86 an der Ausbildung des Umlenkbereiches83 in einer Draufsicht dargestellt. Ferner ist der Anschlussstutzen84 mit der Anschlussnaht90 zum Umlenkbereich83 dargestellt. Der Anschlussstutzen erweitert sich vom Umlenkungsbereich83 zum Anschluss an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 hin, wodurch auch im Anschlussstutzen84 noch eine Diffusorwirkung und damit eine weitere Optimierung der Strömungsverhältnisse erzielt wird. - Die seitlichen – in
4d oberen und unteren – gekrümmten Seitenwände des Umlenkungsbereiches83 werden von Teilen des vertikal verlaufenden Zylinders85 gebildet. Die sich daran in Strömungsrichtung anschließenden geraden – in4d nach links verlaufenden – geneigten Seitenwände werden von dem Anschlussstutzen84 gebildet. Die stromabwärtige – in4d rechte – Abschlusswand sowie die daran anschließende, in der Zeichnungsebene liegende untere Wand werden durch die oben beschriebenen (gekrümmten) Wandteile87 des horizontalen Zylinders86 – wie in4c dargestellt – gebildet. - In
5a ist ein ähnlicher Ausschnitt aus einem Rohrbündelreaktor dargestellt wie in4b , wobei jedoch der Austritt27 des Haupt-Wärmetauschers4 an die Pumpe3 angeschlossen ist. - Bei dieser Ausführungsform besteht der Rücklaufstrom
91 im Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 nur aus dem Wärmeträger11 aus dem Mantelraum10 des Reaktors1 . Eine Vermischung mit dem Rücklauf92 aus dem Haupt-Wärmetauscher4 erfolgt erst im Pumpeneintrittsraum61 . - Bei der Ausführungsform gemäß
5a weist das Pumpengehäuse73 einen Ringkanal93 auf, der – im dargestellten Ausführungsbeispiel in Höhe des Pumpenlaufrades53 – die Gehäusewand74 vollständig umschließt und mit dem ringförmigen Pumpeneintrittsraum61 über eine Vielzahl von Pumpengehäuseöffnungen94 in Strömungsverbindung steht. Sie sind über den gesamten Umfang der Gehäusewand74 verteilt angeordnet. Die Pumpengehäuseöffnungen94 können in mehreren Reihen übereinander, d. h. in Strömungsrichtung des Wärmeträgers11 , angeordnet sein. Vorzugsweise sind sie als Zudosiereinrichtungen95 ausgebildet, die auch in radialer Richtung – d. h. quer zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers11 – versetzt zueinander in den Pumpeneintrittsraum61 münden. Auf diese Weise wird der Wärmetauscher-Rücklauf92 bereits fein verteilt dem Wärmeträgerstrom91 aus dem Mantelraum10 zugeführt, so dass schon hierdurch eine weitgehende Durchmischung erfolgt und kein langer Strömungsweg bis zum Eintritt in das Pumpenlaufrad53 benötigt wird, um die Durchmischung in ausreichendem Maße durchzuführen. - Der Strömungskanal stromabwärts des Pumpenlaufrades
53 mit Kegelmantel65 und Innenverdränger67 sowie Diffusormantel69 und Kerndiffusor70 entspricht im wesentlichen dem aus4b , wobei Innenverdränger67 und Kerndiffusor70 hier nicht dargestellt sind. - Bei der in
5a dargestellten Ausführungsform wird jedoch ein Teil des durchmischten Wärmeträgerstroms48 aus dem Umlenkbereich83 auf der Druckseite des Pumpenlaufrades53 in den Haupt-Wärmetauscher4 geleitet. Die Anschlussleitung96 vom Umlenkbereich83 zum Haupt-Wärmetauscher4 weist ein Ventil97 auf, mit dem die Strömungsmenge eingestellt werden kann. - Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Eintrittsleitblech
63 angeordnet, das den Wärmeträgerstrom91 von einer nach oben gerichteten Strömungsrichtung im ringförmigen Pumpeneintrittsraum61 in eine nach unten zum Pumpenlaufrad53 hin gerichtete Strömungsrichtung umkehrt. - Der Pumpeneintrittsraum
61 ist ebenfalls hier durch einen Trennboden75 nach oben gegenüber einem Ausgleichsgefäß76 abgetrennt. Das Ausgleichsgefäß76 ist durch einen Deckel77 nach oben geschlossen. Auf dem Deckel77 ist ein Motor79 angeordnet, der über eine Pumpenwelle80 , die den Deckel77 und den Trennboden75 mittels zugehöriger Wellendurchführungen81 ,82 durchläuft, mit dem Laufrad verbunden ist, um dieses anzutreiben. - Im Pumpeneintrittsraum
61 nahe dem Trennboden75 oberhalb des Eintrittsleitbleches63 ist an der Pumpenwelle80 noch eine Radialpumpe98 befestigt. Im Trennboden75 sind im Bereich der Radialpumpe98 Durchtrittsöffnungen99 angeordnet, mit denen das Ausgleichsgefäß76 mit dem Pumpeneintrittsraum61 in Strömungsverbindung steht. Der Pumpeneintrittsraum61 ist in Höhe der Radialpumpe98 mittels eines Steigrohrs100 mit einem Überlaufgefäß101 verbunden, das seinerseits wiederum mit dem Ausgleichsgefäß76 in Strömungsverbindung steht. - Mittels der Radialpumpe
98 wird der Wärmeträger11 in Richtung Pumpenlaufrad53 gedrückt bzw. stromaufwärts des Laufrades53 – d. h. auf dessen Eintritts- bzw. Saugseite – ein zusätzlicher Druck erzeugt, der ein Kavitationsrisiko für das Laufrad53 ausschließt. - Erforderlichenfalls fördert die Radialpumpe
98 Wärmeträger11 aus dem Ausgleichsgefäß76 in den Eintrittsbereich des Pumpenlaufrades53 , wobei zu viel geförderter Wärmeträger11 über das Steigrohr100 in das Überlaufgefäß101 und von dort zurück in das Ausgleichsgefäß76 fließen kann. - Durch den Flüssigkeitsstand bzw. -druck im Steigrohr
100 wird ein entsprechender Flüssigkeitsdruck im Pumpeneintrittsraum61 erzeugt. Wenn die Flüssigkeit – d. h. der Wärmeträger11 – gerade eben aus dem Steigrohr100 überläuft, ist ein idealer Zustand erreicht, weil dann durch die Radialpumpe98 nicht zuviel Wärmeträger11 gefördert wird und dabei der maximal mögliche Flüssigkeitsdruck – die sogenannte Standhöhe102 – erreicht ist. - In den
5c und5d ist die Radialpumpe98 detailliert dargestellt. Sie weist eine Reihe von Schaufelrädern103 auf, die im wesentlichen radial verlaufen und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt auf einer horizontalen Scheibe104 angeordnet sind. Diese horizontale Scheibe104 ist an der Pumpenwelle80 drehfest befestigt und erstreckt sich in radialer Richtung – gemeinsam mit den Schaufelrädern103 – bis zu einem vorgegebenen Abstand von der Gehäusewand74 der Pumpe3 . - Die Radialpumpe
98 ist im Pumpeneintrittsraum61 nahe dem Trennboden75 angeordnet. Der Trennboden75 erstreckt sich von der Gehäusewand74 aus in radialer Richtung bis zur Pumpenwelle80 und bildet um diese herum einen Ring von Durchtrittsöffnungen99 vom Ausgleichsgefäß76 zum Pumpeneintrittsraum61 aus, durch die hindurch der Wärmeträger11 vom Ausgleichsgefäß76 in die Radialpumpe98 strömt. Die Radialpumpe98 fördert den Wärmeträger11 aus dem Ausgleichsgefäß76 in den Eintrittsbereich des Pumpenlaufrades53 . - In
6 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Haupt-Wärmetauscher4 dargestellt. Sein Eintritt26 ist an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 und sein Austritt27 an dem Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 angeschlossen. Der Wärmetauscher4 weist ein Bündel vertikaler Wärmetauscherrohre105 auf, deren beide Enden offen und an ihrem Außenumfang in einem oberen bzw. unteren Rohrboden106 ,107 abdichtend befestigt sind. Die im oberen Rohrboden106 befestigten Rohrenden münden in eine längliche, sich in vertikaler Richtung erstreckende Vorkammer108 , die den oberen Rohrboden106 überspannt. Die in dem unteren Rohrboden106 befestigten Rohrenden münden in eine Haube109 , die den unteren Rohrboden107 überspannt. Die Wärmetauscherrohre105 sind nur schematisch anhand ihrer Längsachsen dargestellt. - Ein Wärmetauschergehäuse
110 umschließt das Bündel Wärmetauscherrohre105 , die Rohrböden106 ,107 sowie die Haube109 und etwa die untere Hälfte der Vorkammer108 , die alle in dem Wärmetauschergehäuse110 von dem Wärmeträger11 aus dem Mantelraum10 des Reaktors1 umspült werden. Dieser Wärmeträger11 wird im Kreislauf durch den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 , den Mantelraum10 , den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 umgewälzt, wobei ein Teil des Wärmeträgers11 vom Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 durch das Wärmeträgergehäuse110 zum Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 strömt. - Die Wärmetauscherrohre
105 , die Haube109 und ein Teil der Vorkammer108 ist mit einem zweiten Wärmeträger111 – im folgenden als Wärmetauscher-Wärmeträger111 bezeichnet – gefüllt. Dieser Wärmetauscher-Wärmeträger111 hat eine Siedetemperatur, die dafür geeignet ist, den Mantelraum-Wärmeträger11 durch Verdampfungskühlung zu kühlen. Soweit der bei der Verdampfungskühlung entstehende und sich in der Vorkammer108 sammelnde Dampf112 nicht in der Vorkammer108 kondensiert und wieder nach unten zurückläuft, wird der Dampf112 nach oben durch einen Austrittsstutzen113 abgeleitet. - Der von dem Wärmetauschergehäuse
110 umschlossene Teil der Vorkammer108 , d. h. der von dem Mantelraum-Wärmeträger11 umspülte Teil der Vorkammer108 , ist mit einer Isolierschicht114 , die auf der Außenwand der Vorkammer108 angebracht ist, gegen die Temperatur des Mantelraum-Wärmeträgers11 isoliert. - Der obere Rohrboden
106 liegt unterhalb der Unterkante115 eines Anschlusskanals25 , der den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 mit dem Austritt27 aus dem Wärmetauscher4 verbindet. - Der untere Rohrboden
107 liegt unterhalb des Wärmeträger-Vorlaufringkanals18 . Eine Anschlussleitung24 mündet etwas oberhalb des unteren Rohrbodens107 in das Wärmeträgergehäuse110 und führt den Mantelraum-Wärmeträger11 nach unten in den Haupt-Wärmetauscher4 . - Vom oberen Ende des Wärmetauschergehäuses
110 aus verläuft ein Überlaufrohr118 zunächst um eine vorgegebene Strecke schräg nach oben, bis der lichte Querschnitt119 des Überlaufrohres118 um einen vorgegebenen vertikalen Abstand120 über dem Pegel121 des Mantelraum-Wärmeträgers11 in dem Wärmetauschergehäuse110 liegt. Danach erstreckt sich das Überlaufrohr118 vertikal nach unten und mündet in einem Abscheider122 , der beispielsweise als abgedeckte Grube oder abgedecktes Gefäß ausgebildet sein kann. Aus der Abdeckung123 des Abscheiders122 heraus erstreckt sich ein Entlüftungsrohr124 , das zu einem sicheren Ort hin entlüftet. - Das Überlaufrohr
118 dient zum Abführen von plötzlichen Gaseinbrüchen in den Räumen, die von dem Mantelraum-Wärmeträger11 gefüllt sind. Beispielsweise können solche Gaseinbrüche aus geplatzten Reaktions- oder Wärmetauscherrohren7 ,105 resultieren. Durch das Überlaufrohr118 wird dann das entstehende Flüssigkeits-/Gasgemisch abgeführt. Im Abscheider122 trennen sich die flüssigen und gasförmigen Bestandteile voneinander, wobei die Flüssigkeit125 sich unten im Abscheider sammelt und die Gase durch das Entlüftungsrohr124 an einen sicheren Ort abgeleitet werden. - In den
7a und7b sind Mantelöffnungen19 im Detail dargestellt am Beispiel von Mantelöffnungen19 , die den Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 mit dem Mantelraum10 verbinden. Die Art und Größe der Mantelöffnungen19 ist so ausgebildet, dass der Wärmeträger11 über den Umfang möglichst gleichverteilt aus dem Mantelraum10 in den Wärmeträger-Rücklaufringkanal17 oder aus dem Wärmeträger-Vorlaufringkanal18 in den Mantelraum10 eintritt, wobei im letzteren Fall der Wärmeträger11 auch möglichst radial in den Mantelraum10 eintreten soll. - Vorzugsweise liegen die Mantelöffnungen
19 mittig zur Querstromhöhe126 , d. h. mittig zwischen Rohrboden8 ,9 und Umlenkblech127 oder mittig zwischen zwei Umlenkblechen127 . - Die Breite
128 der Mantelöffnungen19 beträgt vorzugsweise 50 mm bis 500 mm, wobei das Verhältnis der Breite128 der Mantelöffnungen19 zu der Breite129 des Steges130 zwischen benachbarten Mantelöffnungen19 vorteilhafterweise im Bereich von 0,5 bis 10 liegt. Die maximale Höhe131 der Mantelöffnungen19 im Verhältnis zur Höhe132 des Ringkanals17 ,18 liegt meist im Bereich von 20% bis 90%. - Das Verhältnis der Breite
129 des Steges130 zwischen benachbarten Mantelöffnungen19 zur Teilung133 der Reaktionsrohre7 , d. h. zum Achsabstand der Reaktionsrohre7 , wiederum liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10. Und der Abstand134 des Reaktormantels6 zum Außendurchmesser des Rohrbündels sollte im Größenbereich von 1 bis 20 Rohrteilungen133 liegen. - Im Ringkanal
17 ,18 ist an jeder Mantelöffnung19 ein Lochblech135 angeordnet, das die Mantelöffnung19 zumindest teilweise abdeckt. Dabei kann das Lochblech135 vor oder hinter der Mantelöffnung19 angeordnet oder in diese eingesetzt sein. Die Lochbleche135 nebeneinander liegender Mantelöffnungen19 können unterschiedlich ausgebildet sein entsprechend unterschiedlichen Strömungsbedingungen. Das Verhältnis von Lochteilung136 , d. h. des Achsabstandes der Löcher137 , zu Lochdurchmesser138 liegt vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 4,0. Die Lochbleche135 können auch jeweils als Lochblechpaket ausgebildet sein, das mehrere hintereinander liegende Lochbleche135 mit deckungsgleichen Lochmustern aufweist. Das Verhältnis der Gesamtdicke eines solchen Lochblechpaketes oder – bei der Anordnung nur eines Lochbleches135 vor einer Mantelöffnung19 – der Dicke dieses einzelnen Lochbleches135 zum Lochdurchmesser138 liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 2,0. Die Löcher137 können schräg zur Radialrichtung verlaufen, um den Wärmeträger11 in eine bestimmte Richtung zu lenken. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 1963394 A [0005, 0008]
- DE 3409159 A1 [0006]
- WO 2004/052525 A1 [0007]
- DE 10137768 A1 [0009, 0010, 0016, 0017, 0019]
- JP 59138794 A [0011, 0012]
- DE 10127365 A1 [0012]
- WO 2004/052526 A1 [0013, 0018, 0019]
- DE 2245442 A [0015]
Claims (5)
- Rohrbündelreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen, mit – einem Bündel Reaktionsrohre, das von einem zylindrischen Reaktormantel umschlossen ist, der einen Mantelraum ausbildet, in dem die Reaktionsrohre von einem Wärmeträger umströmt werden, wobei die Reaktionsrohre von einem Reaktionsgas durchströmt werden; – einem Wärmeträger-Vorlaufringkanal und einem Wärmeträger-Rücklaufringkanal, die den Reaktormantel in jeweils einem Endbereich des Zylinders umschließen und mit dem Mantelraum über eine Vielzahl von Mantelöffnungen in Strömungsverbindung stehen; – genau einer außenliegenden Pumpe, deren Eintritt an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal und deren Austritt an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal angeschlossen ist und die den Wärmeträger in einem Kreislauf durch den Vorlaufringkanal, den Mantelraum und den Rücklaufringkanal umwälzt; – einem in den Kreislauf geschalteten außenliegenden Haupt-Wärmetauscher, dessen Austritt an den Eintrittsbereich der Pumpe angeschlossen ist und über den ein Teil des Wärmeträgerstroms als Wärmetauscher-Rücklauf in den Eintrittsbereich eingeleitet wird, – wobei die Pumpe ein Pumpengehäuse mit einem Propeller aufweist und das Pumpengehäuse im Zulauf zum Propeller einen konzentrischen, axial nach oben gerichteten Bereich hat, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zweiter Wärmeträger-Rücklaufringkanal (
93 ) den nach oben gerichteten Bereich des Pumpengehäuses (73 ) umschließt und mit dem Zulauf (61 ) zum Propeller (53 ) über eine Vielzahl von Pumpengehäuseöffnungen (94 ) in Strömungsverbindung steht, die gleichmäßig über den Umfang des Pumpengehäuses (73 ) verteilt sind, und – der Austritt (27 ) des Haupt-Wärmetauschers (4 ) an den zweiten Wärmeträger-Rücklaufringkanal (93 ) angeschlossen ist. - Rohrbündelreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpengehäuseöffnungen (
94 ) als Zudosiereinrichtungen (95 ) ausgebildet und in Axialrichtung der Pumpe (3 ) mindestens zwei Reihen von Zudosiereinrichtungen (95 ) übereinander angeordnet sind, wobei die Reihen in Radialrichtung der Pumpe (3 ) zueinander versetzt in den Zulauf (61 ) münden. - Rohrbündelreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit – einem Bündel Reaktionsrohre, das von einem zylindrischen Reaktormantel umschlossen ist, der einen Mantelraum ausbildet, in dem die Reaktionsrohre von einem Wärmeträger umströmt werden, wobei die Reaktionsrohre von einem Reaktionsgas durchströmt werden; – einem Wärmeträger-Vorlaufringkanal und einem Wärmeträger-Rücklaufringkanal, die den Reaktormantel in jeweils einem Endbereich des Zylinders umschließen und mit dem Mantelraum über eine Vielzahl von Mantelöffnungen in Strömungsverbindung stehen; – mindestens einer außenliegenden Pumpe, deren Eintritt an den Wärmeträger-Rücklaufringkanal und deren Austritt an den Wärmeträger-Vorlaufringkanal angeschlossen ist und die den Wärmeträger in einem Kreislauf durch den Vorlaufringkanal, den Mantelraum und den Rücklaufringkanal umwälzt; dadurch gekennzeichnet, dass die außenliegende Pumpe (
3 ) einen Propeller (53 ) aufweist, der auf seiner Druckseite einen Umlenkungsbereich (83 ) der Strömung (48 ) aus der Vertikalen in die Horizontale aufweist, dessen Wände durch die Verschneidung zweier Zylinder (85 ,86 ) entstehen, von denen einer (85 ) vertikal in Strömungsrichtung und der andere (86 ) horizontal senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft. - Rohrbündelreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die außenliegende Pumpe (
3 ) auf der Druckseite des Propellers (53 ) einen Diffusor (69 ,70 ) aufweist, dessen Querschnittserweiterung zumindest teilweise durch einen konvergierenden Kern (70 ) erzeugt wird. - Rohrbündelreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Umlenkungsbereich (
83 ) abströmseitig ein Kanal (84 ) anschließt, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung erweitert.
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- 2011-10-13 DE DE201110121543 patent/DE102011121543A1/de not_active Withdrawn
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