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Anordnung eines Wärmeaustauschers und einer aus Propeller und Antriebsmotor
bestehenden Umwälzeinrichtung bei Reaktionsapparaten 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. Zur Wiederherstellung der Ausgangstemperatur wird der
Flüssigkeitsstrom dann an Heizflächen bzw. Kühlflächen vorbeigeführt. Die bei einem
exothermen Prozeß frei werdende Wärme kann durch Rückkühlung der umgewälzten Flüssigkeit
zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt 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
ist, das an beiden Enden offen ist und nicht ganz bis an die Rohrböden heranreicht.
Es besteht dann die Möglichkeit, den ganzen Kreislauf des Wärmeaustauschmittels
innerhalb des Reküünsapparates 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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Der Einbau eines solchen Wärmeaustauschers erfolgt bisher allgemein
von der Unterseite (res Apparates aus, und zwar in der Weise, daß im unteren Rohrboden
desselben eine zentrale Öffnung zum Einbringen des Wärmetauschers vorgesehen ist,
die durch einen am Siederohrsystem befindlichen Flansch abgeschlossen ist. Bei einer
speziellen bekannten Konstruktion hat man den Wärmetauscher auch schon mit Doppelrohren
ausgebildet, von denen die am oberen Ende geschlossenen Außenrohre mit ihrem anderen
Ende in den unteren Rohrboden des Apparates eingeschweißt sind, während die Innenrohre
am oberen Ende offen in die Außenrohre münden und am anderen Ende in einen zusätzlichen
Rohrboden eingeschweißt sind, der einen mit dem Zuführstutzen des Kühlmittels in
Verbindung stehenden Verteilerraum begrenzt. Die Abführung des in dem Zwischenraum
der Außen- und Innenrohre erwärmten und gegebenenfalls verdampften Kühlmittels erfolgt
ebenfalls nach unten über einen Sammelraum durch einen zweiten Stutzen, der neben
dem Zuführstutzen liegt. In diesem Falle ist von dem Wärmetauscher nur ein Teil
des Rohrsystems zusammen mit dem zusätzlichen Rohrboden und den beiden Anschlußstutzen
nach unten herausnehmbar.
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Bei exothermen Prozessen liegen die Temperaturen des Flüssigkeitsbades
je nach Art der durchgeführten Prozesse meist bei 300 bis 5000 C. Um nachteilige
Wärmespannungen im unteren Rohrboden zu ver-
meiden, muß daher bei der vorerwähnten
bekannten Bauweise durch besondere konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt werden,
daß an den Rohrdurchführungen der Dampfableitung und im besonderen der Speisewasserzuleitung
örtliche Abkühlungen des Rohrbodens vermieden werden. Solche Maßnahmen sind zwar
an sich möglich; sie verursachen aber eine Erhöhung der Herstellungskosten und größere
Reparaturanfälligkeit. Ein weiterer wesentlicher Mangel der bisherigen Bauart besteht
darin, daß die Zugänglichkeit des Kessels zu wünschen übrig läßt. Bei Reparaturen
am Kessel, die bei guter Betriebsüberwachung zwar nur selten vorkommen, in jedem
Fall aber bei einer Kesselrevision, muß das Flüssigkeitsbad herausgelassen und nach
Beendigung der Arbeiten wieder neu eingefüllt werden, so daß eine entsprechend lange
Betriebsunterbrechung eintritt.
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Zur Beseitigung der genannten Mängel besteht die Erfindung für derartige
Reaktionsapparate mit einem Kontaktrohrbündel, das ein vergleichsweise kürzeres,
zentrales Leitrohr ringförmig umgibt und von einem im Kreislauf geführten Wärmetauschmittel
außenseitig beaufschlagt wird, im wesentlichen darin, daß der Wärmetauscher durch
eine zentrale Öffnung im oberen Rohrboden und der zugehörigen Haube ein-und ausbaubar
und gegebenenfalls mit dem Propeller und seinem Antriebsmotor zu einem gemeinsam
zu handhabenden Aggregat verbunden ist.
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Zu diesem Zweck brauchen nur die Anschlußleitungen des Wärmetauschers
am oberen Ende des ganzen Apparates in einer Deckelplatte befestigt zu sein, die
zugleich den Antriebsmotor des Propellers trägt.
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Beim Einbau hängt der Kessel an den beiden Leitungen, die durch kurze
Spiralwindungen soweit elastisch gemacht werden, daß im Betrieb größere Wärmespannungen
vermieden werden. Im übrigen ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßig
auf dem unteren Rohrboden ein Zapfen zum Abstützen und Zentrieren des Wärmetauschers
angeordnet.
Die beiden Anschlußleitungen sind also nach dem Einbau nicht mehr durch das Gewicht
des Wärmetauschers belastet.
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Ein Reaktionsapparat gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung in
einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Enden der mit einem Katalysator gefüllten
und als ringförmiges Bündel angeordneten Kontaktrohre 1 sind in den beiden Rohrböden
2, 3 eingewalzt oder eingeschweißt. Die beiden Hauben 4, 5 dienen zur Zu- bzw. Abführung
der lteáktionsgase.
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Das Rohrbündel ist nach außen durch den Mantel 6 abgeschlossen. In
dem von Rohren freigelassenen Mittelteil ist ein zentrales Leitrohr 7 eingebaut.
Oberhalb des Leitrohres befindet sich in dem oberen Rohrboden 2 eine kreisrunde
Öffnung, auf deren Rand ein Halsrohr 8 aufgesetzt ist. Dieses trägt am oberen Ende
einen Flansch, auf den sich eine Deckelplatte 9 auflegt, welche die Umwälzeinrichtung
für das Wärmetauschmittel trägt, bestehend aus einem Antriebsmotor 10 und einem
darunter hängend angeordneten Propeller 11.
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In den Raum unterhalb des Propellers befindet sich in dem Leitrohr
7 ein Wärmetauscher mit vertikalen Siederohren 12, die unten und oben in je einem
Rohrring 13 bzw. 14 eingeschweißt sind. Der Wärmetauscher steht, durch einen Mittelzapfen
15 gestützt und zentriert, auf dem unteren Rohrboden 3. Zur Speisewasserzufuhr in
den unteren Rohrring 13 dient eine Leitung 16, die dicht an der Innenwand des Leitrohres
7 entlanggeführt ist. Der erzeugte Dampf wird aus dem Rohrring 13 durch eine an
der gegenüberliegenden Seite des Leitrohres angeordnete Leitung 17 nach oben abgeführt.
Beide Anschlußleitungen 16, 17 besitzen je eine Spiralwindung zum Ausgleich von
Wärmespannungen und sind durch die Deckelplatte 9 hindurchgeführt.
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Durch geeignete lösbare Befestigung der Anschlußleitungen 16, 17
an der Deckelplatte9 kann sogar
der ganze Wärmetauscher 1S14 zusammen mit der Umwälzeinrichtung
10, 11 leicht und schnell von oben her eingebaut und nach Lösen der Flanschverbindung
der Deckelplatte 9 auch wieder herausgehoben werden und gegebenenfalls gegen einen
anderen Wärmetauscher ausgewechselt werden. Dabei ist es nicht mehr notwendig, das
Flüssigkeitsbad vorher abkühlen zu lassen oder gar die Wärmetauscherrohre zu entleeren.
Auch die vorteilhafte Abstützung des ganzen Wärmetauschers auf dem unteren Rohrboden
ist nur dadurch ermöglicht, daß dieser Rohrboden jetzt keine zentrale Öffnung zum
Ein- und Ausbau des Wärmetauschers mehr zu haben braucht.