DE1082230B

DE1082230B - Abscheider fuer die Sublimation und Kondensation von Dampf-Gas-Gemischen

Info

Publication number: DE1082230B
Application number: DEC15378A
Authority: DE
Original assignee: Chemische Fabrik Von Heyden AG
Current assignee: Chemische Fabrik Von Heyden AG
Priority date: 1957-08-26
Filing date: 1957-08-26
Publication date: 1960-05-25
Also published as: BE569725A; FR1199820A

Description

DEUTSCHES

Bei chemischen Reaktionsprozessen fallen vielfach organische oder anorganische Stoffe in dampf- und/oder gasförmigem Zustand an, die bei Kühlung entweder durch Kondensation in die flüssige oder bei Sublimation unmittelbar in die feste Phase übergeführt werden. Bei der Gewinnung einer Reihe von Stoffen, z. B. bei der Gewinnung von Phthalsäureanhydrid, welches in großen Mengen in der Kunststoff- und Farbenindustrie benötigt wird, treten beide Erscheinungen in Kombination auf, wobei der Sublimationsvorgang überwiegt.

Bei der Gewinnung von Phthalsäureanhydrid verläßt dieses den Reaktionskessel normalerweise als Dampf-Gas-Gemisch bei Temperaturen, zwischen 350 und 500° C. Diese Reaktionswärme kann teilweise, z. B. in Abhitzekesseln, wiedergewonnen werden, oder aber man kühlt das Gemisch in einem Kühler auf eine Temperatur ab, welche aberhalb der Sublimations- bzw. Kondensationstemperatur liegt. Anschließend wird das Dampf-Gas-Gemisch zur Gewinnung in den Abscheider geleitet/ welcher im wesentlichen aus wechselweise mit einem Kühl- und Heizmedium beaufschlagten Wärmeaustauschern (besteht, die durch ein Gehäuse- gasdicht nach außen abgeschlossen sind. Im ersten Arbeitsgang wenden die Wärmeaustauischelemente durch ein Kühlmedium von innen beaufschlagt, so daß aus dem die Wärmeaustauschflächen außen umströmende Dampf-Gas-Gemisch das Phthalsäureanhydrid in fester Form auf der Außenseite der gekühlten Wärmeaustauschflächen abigeschieden wird. Sind die Wärmeaustauschflächen des Abscheiders derart beladen, daß ein wirtschaftlicher Wärmeaustausch und damit eine weitere Abscheidung nicht mehr eintritt, wird die Zufuhr des Dampf-Gas-Gemisches abgeschaltet und den Wärmeaustauschflächen auf der Innenseite ein Heizmedium zugeleitet. Infolge der Aufheizung der Wärmeaiustauschflächen schmilzt das feste Phthalsäureanhydrid von den Außenflächen des Wärmeaustauschers ab und wird unterhalb der Wärmeaustauschelemente in einem mit einem Ableitungsstutzen versehenen Sammelraum aufgefangen. Obwohl derAbscheidungsvorgangin den Abscheidern — wie vorstehend beschrieben — chargenweise erfolgt, sind in der Praxis jeweils mindestens zwei Abscheider derart an den Reaktionskessel angeschlossen, daß beide abwechselnd mit dem Dampf-Gas-Gemisch sowie dem Kühlmedium bzw. unter Abschaltung des Dampf-Gas-Gemisches nur mit dem Heizmedium beaufschlagt werden.

Die Wärmeaustauschflächen bestehen vorzugsweise aus Rippenrohrelementen, die entweder waagerecht oder geneigt sowie gegebenenfalls vertikal innerhalb des diese umgabenden Abscheidergehäuse gelagert

Abscheider

für die Sublimation und Kondensation
von Dampf-Gas-Gemischen

Anmelder:
Chemische Fabrik von Hey den

Aktiengesellschaft,
München, Leopoldstr. 4

sein können, jedoch so, daß sie von dem Dampf-Gas-Gemisch quer angeströmt wenden.

Bei den vorbekannten Rippenrohrabscheidern sind die zu Wärmeaustauschelementen zusammengefaßten Rippenrohreals Rundrohre ausgebildet und mit rechteckigen Einzellamellen als Querrippen versehen. Innerhalb des Wärmeaustauschers sind die Rohre derart zueinander angeordnet, daß in Richtung des strömenden Dampf-Gas-Gemisches durchgehende Gassen entstehen. Durch diese in Strömungsrichtung fluchtende Anordnung der einzelnen Rohrlagen tritt eine nur verminderte Turbulenz ein, die den Suiblimationswirkungsgrad herabsetzt. Um dies auszugleichen, ist die Lamellenteilung sehr klein gewählt, was zwar einerseits zu einer Verbesserung der Turbulenz führt, andererseits aber den Nachteil hat, daß der ausnutzbare Strömungsquerschnitt für 'das Dampf-Gas-Gemisch bereits nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit durch das sich zwischen den Rippen ablagernde Sublimationsprodukt blockiert wird. Die Verwendung runder Querschnitte für die Kernrohre hat weiterhin den Nachteil, daß zur Erzielung einer befriedigenden Wärmeausrauechleistung große Lamellenhöhen notwendig sind, die wiederum die Blokkierungsgefahr des Abscheiders während derAbscheidungsphase erhöhen bzw. eine verlängerte Abschmelzphase erfordern. Schließlich hat der verhältnismäßig ungünstige hydraulische Durohmesser der Rundrohre entsprechend niedrige Wärmeübengangswerte auf der

Außen- und Innenseite der Wärmeaustauschflächen zur Folge, die mit einem höheren Druckverlust auf der Außenseite verbunden sind.

Es ist auch bekannt, daß man bessere Ergebnisse erzielt, wenn als wärmeaustauschende Flächen Rip-

0O9 52W284

penrohre aus Kernrohren mit elliptischem Querschnitt verwendet wenden.

Es ist ferner bekannt, daß man solche Rippenrohre bündelweise zu Wärmeaustauschelementen zusammenfaßt mit Anschlüssen für die wechselweise Beaufschlagung· mit einem Kühlmedium bzw. Heizmedium.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Abscheider für die Sublimation und Kondensation von Dampf-Gas-Gemischen, insbesondere zur Abscheidung von Phthalsäureanhydrid aus einem Trägergas, bei welchem innerhalb eines geschlossenen Gehäuses mehrere von dem Dampf-Gas-Gemisch quer angeströmten, aius mit rechteckigen Einzellamellen als Querrippen versehenen Rippenrohren zusammengesetzte, in etwa waagerechter Ebene angeordnete Wärmeaustauschelemente mit Anschlüssen für die wechselweise Beaufschlagung mit einem Kühl- und einem Heizmedium angeordnet sind, und zwar in der Weise, daß unter Verwendung von Wärmeaustauschelementen, deren aus an sich bekannten elliptischen Kernrohren bestehende Rippenrohre unter Einhaltung eines freien Abstandes zwischen den jeweils benachbarten Lamellenkanten sowohl seitlich als »auch der Höhe nach zueinander versetzt angeordnet sind, die Lamellen einen in Rohrlängsachse gemessenen Abstand von mindestens etwa 8 bis höchstens etwa. 12mm aufweisen und die Lamellen der jeweils in der Höhe zueinander benachbarten Rohrreihen in Richtung der Rohrachse um jeweils ein etwa dem halben Lamellenabstand entsprechendes Maß zueinander versetzt sind.

Es wurde weiter gefunden, daß sich «besondere Leistungsergebnisse erzielen lassen, wenn die Lamellen in Richtung der langen Halbachse des elliptischen Rohrquerschnittes den Außenumfang der Rohre beiderseits um ein Maß von je etwa 8 bis 10 mm und in Richtung der kleinen Halbachse um ein Maß von je etwa 6 bis 8 mm überragen und die einander zugekehrten Lamellenkanten von jeweils zwei benachbarten Rohren sowohl seitlich als auch in der Höhe einen gleichen Abstand von etwa 10 mm aufweisen. Auf diese Weise ist es trotz der Einhaltung verhältnismäßig großer Lamellenabstände, 'die die Abscheidungs- und Abschmelzzeit wesentlich verkürzen, möglich, einen außerordentlich hohen Sublimationseffekt zu erreichen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die vorgeschlagene Anordnung der Rohre in Verbindung mit den in engen Grenzen festgelegten Abständen sowohl der Rohre als auch der Lamellen untereinander die Voraussetzung dafür bildet, daß unter Aufrechterhaltung der für einen guten Wirkungsgrad anzustrebenden niedrigen Strömungsgeschwindigkeit des Dampf-Gas-Gemisches ein überraschend hohes Maß an Turbulenz gewährleistet bleibt. Die Verwendung elliptischer Kernrohre gestattet hierbei, verhältnismäßig kleine Lamellen zu wählen, die ihrerseits Voraussetzung für einen günstigen »Rippenwirkunigsgrad« bilden. Dies trägt gleichzeitig dazu 'bei, daß auf kleinem Raum eine außerordentlich große Wärmeaustauschleistung erreicht werden kann, so daß es möglich ist, auf kurzem Reaktionsweg einen hohen Abscheidungswirkungsgrad zu erreichen, wie er bei Sublimationsverfahren anzustreben ist.

In der Zeichnung ist die.Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 einen Abscheider in der Seitenansicht, Draufsicht und Vorderansicht,

Fig. 4 das Anordnungsschema der haarnadelförmig gebogenen Rippenrohreinheiten in der Ebene quer zur Rohrlängsachse, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4.

Wie in Fig. 1 angedeutet, bestehen die Wärmeaustauschnächen aus haarnadelförmig gebogenen Rippenrohren 4, die auf dem dem Krümmungsbogen abgekehrten Ende bündelweise an gemeinsame Verteilerund Sammelkammern 5 unter Zwischenschaltung eines Rohrbodens angeschlossen sind. Die durch jeweils eine gemeinsame Verteiler- und Sammelkammer gebildeten Wärmeaustauschelemente 6 sind auf den Schmalseiten von einem rahmenartigen Gehäuse umschlossen, wobei die vordere Stirnseite zugleich den Boden der Verteiler- und Sammelkammern 5 bildet. An den Seitenflächen sind die Gehäuserahmen offen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Wärmeaustauschelemente in der vertikalen Ebene unmittelbar übereinandergestapelt, wobei sie sich mit den Kanten ihrer Gehäuserahmen unmittelbar aufeinander abstützen. Die Kanten der Gehäuserahmen sind nach der Montage dichtend miteinander verschweißt, so daß die Gehäuiserahmen der einzelnen Wärmeauetauschelemente zugleich das nach außen gasdicht abgeschlossene Abscheidergehäuse bilden. Die Wärmeaustauschelemente sind mit ihren Sammelbzw. Verteilerkammern 5 wechselweise nach verschiedenen Seiten angeordnet, wobei die mit den Kammern 5 jeweils mach der gleichen Seite gerichteten Wärmeaustauschelemente 6 α· bzw. 6& idurch rohrförmige Umlenkglieder 7 in Reihe hintereinandergeschaltet sind. Die jeweils mit den Kammern 5 nach den gleichen Seiten gerichteten Gruppen von Wärmeaustauschelementen sind untereinander parallel an den gleichen Heizmedium- bzw. Kühlmediumkreislauf angeschlossen, so daß innerhalb des Abscheiders zwei getrennte, untereinander jedoch parallel geschaltete WärmeaU'StauiSchsysteme entstehen.

Die Ein- und Austritte für das Kühl- bzw. Heizmedium der beiden Systeme liegen jeweils auf der gleichen Seite. Gemäß Fig. 1 ist der Eintritt des Kühl- bzw. HeLzmediums für die Wärmeaustauschelemente 6 α mit x_a und der Austritt mit y_a bezeichnet, während die entsprechenden Bezugsziffern für das parallel geschaltete System x_b bzw. y_b sind.

Die Zuleitung des Dampf-Gas-Gemisches erfolgt an der größeren Stirnfläche der Wanne 3 über den Eintrittsstutzen 8 gemäß Pfeil z_a, so daß das Dampf-Gas-Gemisch die Wämieaustauschelemente von unten her quer durchströmt. Das verbleibende Trägergas sammelt sich in der Abströmhaube 2 und strömt durch den Austrittsstutzen 9· gemäß Pfeil s_b ab.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, hat die Wanne 3 etwa rechteckige Grundform, wobei die lange Achse ungefähr parallel zu den Rippenrohren 4 der Wänmeaustauischelemente liegt. Der Wannenmantel ist annähernd halbkreisförmig nach außen gewölbt, wobei der Boden in Richtung auf den Auslaßstutzen 10 zu geneigt angeordnet ist.

Aus den Fig. 4 und 5 sind die Lage und die Anordnung der einzelnen Rippenrohreinheiten ersichtlich.

In der der Querebene der Wärmeaustauschelemente entsprechenden Zeichenebene halben die einander zugekehrten Lamellenkanten von jeweils zwei benachbarten Rippenrohren 11 sowohl seitlich als aiuch in der Höhe den gleichen Abstand α von 10 mm, wobei die Lamellen in Richtung der langen Halbachse des elliptischen Rohrquerschnittes den Außenumfang des Rohres beiderseits um ein Maß b von 8 mm und in Richtung der kleinen Halbachse um ein Maß c von je 6 mm überragen. In Richtung der Rohrlängsachse haben die Einzellamellen 12 einen Abstand d von 10 mm.

Die Lamellen isind mit dem Rohrkörper durch Rollennahtschweißung verbunden.

Claims

Patentansprüche:

1. Abscheider für die Sublimation und Kondensation von Dampf-Gas-Gemischen, insbesondere zur Abscheidung· von Phthalsäureanhydrid aus einem Trägergas, bei welchem innerhalb eines geschlossenen Gehäuses mehrere von dem Dampf-Gas-Gemisch quer angeströmte, aus mit rechteckigen Einzellamellen als Querrippen versehenen Rippenrohren zusammengesetzte, in etwa waagerechter Ebene angeordnete Wärmeaustauschelemente mit Anschlüssen für die wechselweise Beaufschlagung mit einem Kühl- und einem Heizmedktm angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von Wärmeaustauschelementen, deren aus an sich bekannten elliptischen Kernrohren bestehende Rippenrohre unter Einhaltung eines freien Abstandes zwischen den jeweils benachbarten Lamellenkanten sowohl seitlich als auch der Höhe nach zueinander versetzt angeordnet sind, die Lamellen (12) einen in Rohrlängsachse gemessenen Abstand (d) von mindestens etwa 8 bis höchstens etwa 12 mm aufweisen und die Lamellen der jeweils in der Höhe zueinander benachbarten Rohrreihen in Richtung der Rohrachse um jeweils ein etwa dem halben Lamellenabstand entsprechendes Maß zueinander versetzt sind.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (12) in Richtung der langen Halbachse des elliptischen Rohrquerschnittes den Außenumfang der Rohre (11) beiderseits um ein Maß (&) von je etwa 8 bis 10 mm und in Richtung der kleinen Halbachse um ein Maß (c) von je etwa 6 bis 8 mm überragen und die einander zugekehrten Lamellenkanten von jeweils zwei benachbarten Rohren sowohl seitlich als auch in der Höhe einen gleichen Abstand (α) von vorzugsweise etwa 10 mm aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften :
»Chemie-Ing.-Technik«, 1955, S. 262, Bild 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009 527/28415.601