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Reaktionsapparat mit ringförmigem Kontaktrohrbündel und Umwälzsystem
In einem Reaktionsapparat zur Durchführung endothermer oder exothermer chemischer
Reaktionen über Katalysatoren wird zur gleichmäßigen Zuführung oder Abführung der
Wärme mit Vorteil ein Flüssigkeitsbad verwendet, das die Außenseite der Kontaktrohre
beaufschlagt und z.B. durch einen Propeller umgewälzt wird. Zum Wiederherstellen
der Ausgangstemperatur wird der Flüssigkeitsstrom dann an Heizflächen bzw. Kühlflächen
vorbeigeführt. Um die bei einem exothermen Prozeß frei werdende Wärme nutzbar zu
machen, können als Kühlflächen z. B. die Siederohre eines Dampfkessels verwendet
werden.
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Eine besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich, wenn das Kontaktrohrbündel
ringförmig ausgebildet und radial nach innen durch ein zentrales Leitrohr begrenzt
wird, das an beiden Enden offen ist und nicht bis an die Rohrböden heranreicht.
Es besteht dann die Möglichkeit, den ganzen Kreislauf des Wärmetauschmittels innerhalb
des Reaktionsapparates durchzuführen, indem der Raum im Inneren des zentralen Leitrohres
für die Unterbringung des Propellers und, vorzugsweise darunter, des Wärmeaustauschers
ausgenutzt wird.
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Wenn nun zwischen dem Innendurchmesser des Leitrohres und dem Spitzenkreis
des Propellers aus irgendwelchen Gründen, z. B. wegen der ungehinderten Durchführung
der Anschluß rohrleitungen des Wärmeaustauschers, ein verhältnismäßig breiter Spalt
vorhanden sein muß, ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich eines geordneten Kreislaufes
des Wärmetauschmittels und erst recht bezüglich einer rechnerischen Erfassung seiner
Umlaufmenge.
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Um diesen Mangel zu beseitigen, besteht die Erfindung darin, daß
zwischen Leitrohr und Propeller ein vorzugsweise düsenartig gestalteter Rohrstutzen
angeordnet ist, der sich in einem geringen Spaltabstand vom Spitzenkreis des Propellers
befindet und den Durchtrittsquerschnitt des Wärmetauschmittels nach außen begrenzt.
Dieser Rohrstutzen ist zweckmäßig mindestens an einem Ende bis zur Anlage gegen
das Leitrohr erweitert. Ferner empfiehlt es sich, den Rohrstutzen mit anderen Einbauteilen
zu verbinden, so daß er zusammen mit diesen herausnehmbar ist, um den ganzen lichten
Querschnitt des Leitrohres für die Montage anderer Einbauteile, z. B. des Wärmeaustauschers,
freizugeben. Die Anschlußrohre eines solchen Wänneaustauschers verlaufen zwischen
dem Rohrstutzen und dem Leitrohr, wobei sie in das bzw. jedes erweiterte Ende des
Rohrstutzens abdichtend eingeschweißt sind.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen ganzen Reaktionsapparat, der im wesentlichen
aus folgenden Teilen
besteht: eine große Anzahl Kontaktrohre 1 als stehendes ringförmiges
Rohrbündel, ein oberer und ein unterer Rohrboden 2, 3 für dieses Rohrbündel, zwei
Hauben 4, 5 mit Anschlußrohrstutzen 6, 7 für die Zu- bzw. Abführung des durch die
Rohre geleiteten Reaktionsgases, ein Mantel 8 und ein Leitrohr 9, die das Rohrbündel
nach außen auf ganzer Länge bzw. nach innen im mittleren Bereich begrenzen.
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Durch den Abstand des Leitrohres 9 von den beiden Rohrböden 2,3 werden
an den Enden des Rohrbündels Durchtrittsquerschnitte für eine im Sinne der eingezeichneten
Pfeile innerhalb des Apparates umgewälzte Flüssigkeit frei gelassen, die den außerhalb
der Rohre liegenden Raum zwischen den Rohrböden füllt und als Wärmetauschmittel
dient. Diese Flüssigkeit nimmt bei einem exothermen chemischen Reaktionsvorgang
von den Rohren 1 Wärme auf und gibt dieselbe an einen innerhalb des Leitrohres 9
angeordneten Wärmeaustauscher 10 wieder ab. Dabei ist durch geeignete Einbauten,
die nicht zum Gegenstand dieser Erfindung gehören, für eine möglichst gleichmäßige
Beaufschlagung aller Kontaktrohre durch das Wärmetauschmittel gesorgt.
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Die Umlaufbewegung des Wärmetauschmittels wird durch einen Propeller
11 erzeugt, dessen Antriebsmotor 12 oberhalb des ganzen Reaktionsapparates angeordnet
ist. Der Außendurchmesser (Spitzenkreis) dieses Propellers muß, wie Fig. 2 und Fig.
3 erkennen lassen, einen solchen AbstandaI von dem Leitrohr 9 haben, daß zwischen
beiden die Anschlußrohre 13 des Wärmeaustauschers 10 - in Fig. 2 und Fig. 3 ist
nur ein solches Anschluß rohr dargestellt - ungehindert hindurchgeführt werden können.
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Da nun ein Ringspalt von der Breite a3 für eine ordnungsgemäße Umwälzbewegung
desWärmetauschmittels
zu groß wäre und durch ständiges erhebliches
Rückfließen einen angemessenen Druckunterschied zwischen beiden Propellerseiten
verhindern würde, ist an dieser Stelle ein Rohrstutzen 14 bzw. 14' vorgesehen. Durch
diesen wird der Ringspalt am Umfang des Propellers 11 auf die Breite a2 verringert.
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Der Rohrstutzen 14 gemäß Fig. 2 ist an beiden Enden bis zur Anlage
gegen das Leitrohr 9 erweitert; die Anschlußrohre 13 des Wärmeaustauschers 10 sind
an ihren Durchfiillrungen mit dem Rohrstutzen abdichtend versdiweißt.
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Der Rohrstutzen 14' gemäß Fig. 3 ist nur an seinem oberen Ende bis
zur Anlage gegen das Leitrohr 9 erweitert infolgedessen befindet sich auch nur hier
eine entsprechende Durchführung der Anschluß rohre 13 des Nvärmetauscliers 10. An
seinem unteren Ende ist der Rohrstutzen 14' mit einem Ringrohr des Wärmeaustauschers
10 verschweißt. Diese Ausführung kommt vor allem dann in Betracht, wenn der Wärmeaustauscher
so dicht unterhalb des Propellers angeordnet ist, daß für eine Erweiterung des Rohrstutzens
auch an seinem unteren Ende entsprechend der Ausführung nach Fig. 2 kein ausreichender
Raum vorhanden ist.
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Auch in diesem Falle ist aber der Durchtrittsquerschnitt für das Wärmetauschmittel
durch den Rohrstutzen 14' begrenzt.
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Durch die Befestigung des Rohrstutzens 14, 14' an Rohren des Wärmeaustauschers
13 kann er in einfacher Weise zusammen mit diesem ein- und ausgebaut werden.
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PATENTANSPRtSCHE: 1. Reaktionsapparat mit ringförmigem Kontaktrohrbündel
und Umwälzsystem für flüssigeWärmetauschmittel, welches aus einem das Rohrbündel
nach innen begrenzenden Leitrohr und einem Propeller besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Leitrohr (9) und Propeller (11) ein vorzugsweise düsenartig gestalteter
Rohrstutzen (14, 14') angeordnet ist, der sich in einem geringen Spaitabstand (a2)
vom Spitzenkreis des Propellers befindet und den Durchtrittsquerschnitt des Wärmetauschmittels
nach außen begrenzt.