DE1063188B - Waermeaustauscher aus undurchlaessigem Kohlenstoff oder Graphit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Eine der wichtigsten Aufgaben, welche im- chemischen Apparatebau verlangt wird, ist jene, die den Wärmeaustausch zwischen chemisch sehr aggressiven Medien betrifft. Es ist bekannt, daß für diesen Zweck Apparaturen benutzt werden, welche aus für Flüssigkeiten und Gase undurchlässigem Kohlenstoff bzw. undurchlässigem Graphit bestehen.

So sind Wärmeaustauscher aus Graphit bekannt, bei denen die dem Wärmeaustausch unterzogenen Medien sich entlang den drei Dimensionen des Raumesbewegen, jedoch werden beide Medien jeweils für sich in voneinander getrennten Rohren geführt, so daß sie nicht durch eine einzige Rohrwand voneinander getrennt sind. Sie ergeben somit einen nicht besonders günstigen Wärmeaustausch. *5

Weiter sind Wärmeaustauscher bekannt, mit von dem einen Medium durchnossenen, in Schichten kreuzförmig übereinander angeordneten Rohren, deren Zwischenräume von dem anderen Medium durchflossen werden. Ein Nachteil dieser Wärmeaustauscher besteht darin, daß das zu kühlende Medium, beispielsweise ein heißes Gas, die einzelnen übereinander- bzw. untereinanderliegenden Rohrschichten senkrecht durchströmen kann, ohne daß es von seiner Strömungsrichtung jeweils von den kreuzförmig angeordneten ^a5 Rohren, die von dem Kühlmittel durchflossen werden, abgelenkt wird. Hierbei stellen die Kühlrohre praktisch ein Rost dar mit erheblich größeren Zwischenräumen im Verhältnis zu dem Durchmesser der Rohre.

Schließlich sind Graphitwärmeaustauscher mit Kühlrohren bekannt, bei denen diese in den einzelnen Schichten versetzt zueinander angeordnet sind. Der Abstand der Rohre einer Schicht ist jedoch größer als ihr Durchmesser. Es kommt hinzu, daß die Rohre der einzelnen Schichten, die kreuzförmig zueinander verlaufen, sowie die waagerecht benachbarten Rohre durch senkrechte Wände voneinander getrennt sind, so daß das zu kühlende Medium aufgeteilt durch eine Vielzahl lamellenartig angeordneter Zwischenräume geführt wird. Derartige Wärmeaustauscher können wegen ihrer Zwischenwände nur begrenzt Anwendung finden. Sie stellen zudem eine verhältnismäßig komplizierte und teure Bauart dar, deren Wirkungsgrad nicht groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Wärmeaustauscher weiterzuentwickeln und zu verbessern, insbesondere den Wirkungsgrad bei bewußt einfach gehaltener Konstruktion zu erhöhen.

Die Erfindung betrifft demgemäß einen Wärmeaustauscher aus undurchlässigem Kohlenstoff oder—5ß-Graphit in Parallelepipedform mit von dem einen Medium durchflossenen, in Schichten kreuzförmig übereinander angeordneten Rohren, deren Zwischenräume von dem anderen Medium durchflossen werden.

Wärmeaustauscher aus undurchlässigem Kohlenstoff oder Graphit

Anmelder: Elettrocarbonium S. p.A., Narni (Italien)

Vertreter: H. Meissner und Dipl.-Ing. H. Meissner jun., Patentanwälte, Bremen, Bahnhofstr. 28/31

Bieanspruciite Priorität: ' Italien vom 26. Oktober 1955 "

Dr. Angiolo Gemmi, Terni, und Carlo Negretto, Mailand (Italien), sind als Erfinder genannt worden

Die Erfindung besteht bei einem derartigen Wärmeaustauscher nunmehr darin, daß die Rohre der einzelnen Schichten mit in gleicher Richtung verlaufenden Rohren in an sich bekannter Weise in Querrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand der Rohre einer Schicht voneinander kleiner als der Durchmesser der Rohre ist. Hierdurch wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß beispielsweise das zu kühlende Medium gezwungen ist, während des Wärmeaustausches dauernd seine Richtung zu wechseln, indem es während des Durchganges durch jede einzelne Schicht gegen die äußeren Oberflächen der gekreuzten Rohre aufprallt, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmeaustausches wesentlich erhöht wird.

Die Merkmale der Unteransprüche stellen eine, vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung dar.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, die beispielsweise Ausführungen der Erfindung zeigen, nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Fig. IA zeigt einen Aufriß eines Wärmeäus' tauschers, teilweise geschnitten, in Parallelepipedform;" - Fig. IB zeigt einen Querschnitt des Wärmeaustauschers, ebenfalls in Parallelepipedform gemäß Fig.lA;

Fig. 2 A zeigt in Ansicht, teilweise geschnitten, einen -Wärmeaustauscher in polyedrischer Form;

Fig. 2 B zeigt einen Querschnitt dieses Wärmeaustauschers in polyedrischer Form gemäß Fig. 2 A.

Wenn man die Fig. 1A und 1B betrachtet, so bemerkt man die metallischen Platten 1, welche durch

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Claims (3)

Zugbolzen 2 die einzelnen Körper, aus· welchen der Wärmeaustauscher besteht, eng zusammenhalten. Jeder einzelne Körper besteht aus je zwei gleichen genau bearbeiteten Elektrographitplatten b und c, in welchen die Ausnehmungen für die Rohre d und für die Querzugbolzen 3 vorgesehen sind. Natürlich hat auch dieses Material bzw. dessen Fugen alle Imprägnationsbehandlungen mit Kunstharzlösungen sowie Kittungen durchgemacht, die notwendig sind, um deren Undurchlässigkeit und hohe mechanische Festigkeit zu gewährleisten, welche die Apparatur besitzen muß. Natürlich müssen auch die angewendeten Imprägnationsharze sowie Kittmaterialien vollständig widerstandsfähig gegen die aggressiven Medien sein, für welche der Wärmeaustauscher bestimmt ist. Die undurchlässigen Elektrographitrohre d werden mit Hilfe eines Spezialkittes, welcher ebenfalls in bezug auf die aggressiven Medien inert ist, in den Platten des Gehäuses jedes einzelnen Körpers befestigt. Die Rohre der einen Schicht sind rechtwinklig zu den Rohren der zweiten Schicht angeordnet, und ihre Anzahl unterscheidet sich um ein Rohr von den beiden nächstliegenden parallelgerichteten Gruppen mit dem Zweck, die Rohre in der Vertikalen versetzt angeordnet zu haben, wie es aus den Zeichnungen ersichtlich ist, damit das passierende Medium den gewünschten Pralleffekt erfährt. Das für die Herstellung der metallischen Umlenkhauben 4, 5, 6 — sie haben den Zweck, die Flüssigkeit in das Innere der Rohre, die durch die beiden Gehäuseplatten begrenzt sind, einfließen zu lassen — verwendete Material soll so gewählt werden, daß dem chemischen Angriff Rechnung getragen wird; in den meisten Fällen werden diese metallischen Elemente aus innen mit Gummi ausgekleidetem Gußeisen hergestellt, welches ausgezeichnet dem Zweck entspricht. Wenn dann die in Rede stehende Apparatur als Kühler angewendet wird, so können die metallischen Elemente einfach aus Eisen bestehen, welches mit einem Antirostlack bestrichen ist. Mittels der quer angeordneten Anzugbolzen 3 werden die metallischen Umlenkhauben an die Wandplatten angelegt, indem man eine entsprechende Dichtungsmasse dazwischensetzt, welche die Dichtheit gewährleistet. Will man z. B. eine Gesamtwärmeaustauschfläche 5" erhalten, so bildet man, um die Anzahl der erforder- liehen Einzelkörper zu errechnen, den Quotienten — wobei s die mittlere wirksame Oberfläche des Einzelkörpers darstellt. Ist dieser Quotient keine ganze Zahl, so erhöht man auf die nächsthöhere ganze Zahl. Beim Zusammenbau werden alle Einzelkörper durch die obere und untere Elektrographitkalotte a sowie die vier Längszügbolzen 2 zusammengehalten. Nun kann man an die Montage der metallischen Teile herangehen, und zwar hat man die Anzahl der notwendigen metallischen Elemente für Einzelkörper in Elektrographit wie folgt: 2 Stück vom Typ IV, 2 Stück vom Typ VI und 4w — 2 Stück vom Typ V. Ein anderes Beispiel des Wärmeaustausches in polyedrischer Form gemäß der Erfindung wird schematisch in der Zeichnung wiedergegeben (Fig. 2 a und 2 b). Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung ergibt einen Koeffizienten für die Wärmeübertragung, welcher gewöhnlich etwa den doppelten Wert hat im Vergleich zu den Rohrbündelaustauschern. Wohlverstanden bei gleichen Arbeitsbedingungen, hat man z.B. im Falle eines Rohrbündelwärmeaustauschers für die Wärmeübertragung einen Koeffizienten von 750 bis 1000 Kcal/m2/h/°C festgestellt, so ergibt sich für den Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung dieser Koeffizient mit 1500 bis 2000 Kcal/m2/h/°C. Bei der Berechnung des Nutzeffektes muß man berücksichtigen, daß man außer einer erhöhten Wärmeaustauschfläche gemäß der Erfindung auch noch den Effekt des kontinuierlichen Wirbels der Medien hat, welche abzukühlen oder zu erwärmen sind, hervorgerufen durch die gekreuzte Anordnung der Rohre, welche in dem Weg des zu kühlenden oder zu erwärmenden Mittels eingeschaltet sind. Überdies soll hinzugefügt werden, daß ein Wärmeaustauscher, der nach der gegenwärtigen Erfindung konstruiert ist, auch als Diffusions- oder Absorbtionsapparat angewendet werden kann. Man kann z. B. durch den Wärmeaustauscher, welcher in der Zeichnung angeführt ist, ein Medium fließen lassen, welches von oben eingeführt wird, während man von unten im Gegenstrom ein Gas einführt, welches z. B. von der Flüssigkeit absorbiert werden soll. Wenn z. B. bei der Absorbtion Wärme frei wird, so können die gekreuzten Rohre sehr gut für die entsprechende Kühlung Sorge tragen. Auf diese Weise kann der Wärmeaustauscher gemäß Erfindung für Reaktionen angewendet werden, für welche sonst normalerweise Zusatzapparaturen angewendet werden müßten, wie z. B. Absorbtionstürme mit Raschigringen od. ä. Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher aus undurchlässigem Kohlenstoff oder Graphit in Parallelepipedform mit von dem einen Medium durchflossenen, in Schichten kreuzförmig übereinander angeordneten Rohren, deren Zwischenräume von dem anderen Medium durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre der einzelnen Schichten mit in gleicher Richtung verlaufenden Rohren in an sich bekannter Weise in Querrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand der Rohre einer Schicht voneinander kleiner als der Durchmesser der Rohre ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen den gekreuzten Rohren entstandenen Räumen Absorbtions-, Diffusions- oder Waschreaktionen im Gegenstrom stattfinden können.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe anstatt der Parallelepipedform eine polyedrische Form besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 083 004;
USA.-Patentschrift Nr. 2 656 157;
Chemie-Ingenieur-Technik, 27. Jahrgang, 1955, Nr. 6, S. 367 und 368.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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