DE1196219B

DE1196219B - Separator designed as a heat exchanger

Info

Publication number: DE1196219B
Application number: DEF21454A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz-Erhard Andersen
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1956-10-19
Filing date: 1956-10-19
Publication date: 1965-07-08

Description

Als Wärmeaustauscher ausgebildeter Abscheider Gegenstand der Erfindung ist ein als Wärmeaustauscher ausgebildeter Abscheider, der durch einen aus zwei gleichachsig zueinander angeordneten Kammern gebildeten Doppelzyklon, ein durch die Trennwand der beiden Kammern hindurchgeführtes, beiderseits offenes und sich axial durch die beiden Kammern über den größeren Teil der Kammerlänge erstreckendes gemeinsames Tauchrohr geringen Durchmessers und eine tangential an der einen der Kammer angeordnete Zufuhrleitung sowie eine tangential an der anderen Kammer angeordnete Abflußleitung gekennzeichnet ist, wobei sowohl die die beiden Zyklonkammern bildende Wandung wie auch die Tauchrohrwandung als zur Durchleitung eines strömenden Wärmeaustauschmediums eingerichtete Doppelmäntel ausgebildet sind.A separator designed as a heat exchanger is the subject of the invention is a separator designed as a heat exchanger, which is separated by one of two coaxially arranged chambers formed by a double cyclone the partition of the two chambers passed through, open on both sides and itself axially extending through the two chambers over the greater part of the chamber length common immersion tube of small diameter and one tangential to one of the Chamber arranged supply line and a tangential to the other chamber arranged Drainage line is characterized, both of which forming the two cyclone chambers Wall as well as the immersion tube wall as for the passage of a flowing heat exchange medium furnished double coats are formed.

Zum Zweck der Abscheidung fester Bestandteile aus einem Gasstrom ist ein als Doppelzyklon gestalteter Abscheider bekannt, bei dem durch die Trennwand zwischen zwei gleichachsig zueinander angeordneten Kammern ein beiderseits offenes gemeinsames Tauchrohr geringer Länge und geringen Durchmessers hindurchgeführt ist, während tangential an einer Kammer eine Zuflußleitung und an der anderen eine Abflußleitung angeordnet ist. Bei der Gestaltung dieser Vorrichtung war nicht daran gedacht, innerhalb derselben einen Wärmeaustausch stattfinden zu lassen. Sie ist dazu auch durchaus ungeeignet, denn selbst wenn man die Wandung dieser Apparatur mit einem Hohlmantel zum Zwecke des Wärmeaustauschs ausbilden würde, ergäbe sich nur ein unbefriedigender Effekt, weil der größte Teil der Wandfläche, durch welche Wärme von einem Medium zum anderen übergehen sollte, infolge der Kürze des Tauchrohrs nur unwesentlich am Wärmeaustausch beteiligt wäre und die Gasströmung nicht zwangsweise längs der gesamten Wandfläche geführt wäre. Der Quotient QId p würde nur einen sehr niedrigen Wert haben, während es zur Funktion eines Wärmeaustauschers gehört, daß er eine möglichst große Wärmemenge Q aus einem strömenden Medium mit möglichst geringem Druckaufwand bzw. Druckabfall d p an ein Aufnahmemedium abgibt, d. h. einen möglichst hohen Wert des genannten Quotienten erreicht.For the purpose of separating solid components from a gas stream a separator designed as a double cyclone is known, in which the partition wall between two coaxially arranged chambers one open on both sides common immersion tube of small length and small diameter is passed through, while tangentially an inflow line to one chamber and an outflow line to the other is arranged. When designing this device was not thought of within the same to allow a heat exchange to take place. She is also quite to it unsuitable, because even if the wall of this apparatus is covered with a hollow jacket would form for the purpose of heat exchange, the result would only be an unsatisfactory one Effect because most of the wall surface through which heat from a medium should go over to the other, only insignificantly due to the shortness of the immersion tube would be involved in the heat exchange and the gas flow not necessarily along the entire wall surface would be performed. The quotient QId p would only be a very low one Have value, while it is part of the function of a heat exchanger that it be a The greatest possible amount of heat Q from a flowing medium with as little as possible Releases pressure expenditure or pressure drop d p to a recording medium, d. H. one as possible high value of the quotient reached.

Die vorbekannte Apparatur ist ausschließlich auf den Zweck der Staubabscheidung ausgerichtet und soll dem Gasstrom eine Beruhigungszone darbieten, innerhalb deren sich die bereits aus dem Gasstrom abgeschiedenen festen Teilchen ansammeln können, ohne wieder aufgewirbelt zu werden. Im Gegensatz hierzu erfordert der Wärmeaustausch mit einem wirtschaftlichen Wärmeübergang an allen Punkten des Gasstromes eine sehr starke Turbulenz, und dieses Erfordernis erfüllt der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in hervorragender Weise.The previously known apparatus is exclusively for the purpose of dust separation aligned and should present the gas flow a calming zone within which the solid particles already separated from the gas flow can collect, without being whirled up again. In contrast, it requires heat exchange with an economical heat transfer at all points of the gas flow a very strong turbulence, and this requirement is met by the subject matter of the present invention Invention in an excellent way.

Ferner ist ein Röhren-Wärmeaustauscher bekannt, der aus einer Vielzahl von in Gruppen parallelgeschalteten Kleinstzyklonen besteht. Derartige Batterien von Kleinstzyklonen, auch Multiklone genannt, sind zum Abscheiden feinsten Staubes bestimmt, weil der Entstaubungsgrad von der Wirbelgeschwindigkeit und diese wiederum vom Zyklondurchmesser abhängt. Im Vergleich zu dem in Form eines großen Doppelzyklus gestalteten Wärmeaustauscher der Erfindung haben sie einen wesentlich größeren Druckbedarf. Weil ihre Zyklonelemente überhaupt kein Tauchrohr, sondern nur ein Auslaßrohr für die Weiterleitung des durchgesetzten Gases besitzen, ist innerhalb derselben kein Druckrückgewinn möglich. Infolgedessen hat der Quotient QId p bei diesen Wärmeaustauschern einen außerordentlich niedrigen Wert.Furthermore, a tubular heat exchanger is known which consists of a large number of small cyclones connected in parallel in groups. Such batteries of miniature cyclones, also called multiclones, are intended for separating the finest dust, because the degree of dedusting depends on the vortex speed, which in turn depends on the cyclone diameter. Compared to the heat exchanger of the invention designed in the form of a large double cycle, they have a significantly greater pressure requirement. Because their cyclone elements have no immersion tube at all, but only an outlet tube for the forwarding of the gas that has passed through, no pressure recovery is possible within them. As a result, the quotient QId p in these heat exchangers has an extremely low value.

Beim Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann der Doppelzyklon aus zwei Kammern von Zylinder-oder Kegelform gebildet sein, oder die beiden symmetrisch gestalteten Kammern können die in der Zeichnung wiedergegebene Form aufweisen. Der Mantelraum der Zyklonkammern kann in an sich bekannter Weise mit einer durchgehenden Leitspirale und vorzugsweise versetzt angeordneten unterbrochenen Rippen ausgestattet werden. Die für den Wärmeaustauscher gewählte Raumform gewährleistet eine exakte Führung des Gasstromes innerhalb der Kammern und eine exakte Umkehr der Durchströmrichtung. Durch diesen Kunstgriff wird erreicht, daß ein viel geringerer Druckabfall als in einer Kombination von zwei Zyklonen üblicher Bauart mit gleichsinniger Durchströmrichtung eintritt. Die durch den Doppelzyklon der Erfindung erzielte relative Druckeinsparung wächst mit steigender Durchflußmenge in praktisch linearer Abhängigkeit. Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung zeichnet sich infolgedessen durch einen optimal hohen Wert des Quotienten Qld p aus.In the heat exchanger according to the invention, the double cyclone can be formed from two chambers of cylindrical or conical shape, or the two symmetrically designed chambers can have the shape shown in the drawing. The jacket space of the cyclone chambers can be equipped in a manner known per se with a continuous guide spiral and, preferably, interrupted ribs arranged offset. The spatial shape chosen for the heat exchanger ensures an exact guidance of the gas flow within the chambers and an exact reversal of the flow direction. This trick achieves that a much smaller pressure drop occurs than in a combination of two cyclones of the usual type with a flow direction in the same direction. The relative pressure saving achieved by the double cyclone of the invention increases with increasing flow rate in a practically linear relationship. The heat exchanger according to the invention is consequently characterized by an optimally high value of the quotient Qld p .

Neben der günstigen Gestaltung der Druckverhältnisse bietet die zweite Kammer des Doppelzyklons die Möglichkeit eines zweiten Reaktionsraumes. Wertvoll ist die Einfachheit der Bauweise durch Wegfall der Verbindungsleitung Tauchrohr-Eintritt, Wegfall einer Stirnseite und dadurch bedingte vereinfachte Montage. Das doppelwandig gestaltete und mit zwei Rohrschlangen ausgestattete gemeinschaftliche Tauchrohr bildet eine zusätzliche Wärmeaustauschfläche, wobei gegebenenfalls, etwa bei exothermen Reaktionen, der Wärmeaustausch auch mittels einer in der Rohrschlange des Tauchrohrs umlaufenden Kühlflüssigkeit bewerkstelligt werden kann. Die Rohrschlangen erstrecken sich von der Mitte des Tauchrohrs bis zu seinen beiden Enden. Das Medium kann beispielsweise aus dem unteren Rohr austreten, zwischen der durch die Rohrschlange gebildeten Spirale zum anderen Tauchrohrende laufen und dort in die obere Rohrschlange eintreten.In addition to the favorable design of the pressure conditions, the second Chamber of the double cyclone the possibility of a second reaction space. Valuable is the simplicity of the construction due to the omission of the connecting pipe immersion tube inlet, Elimination of an end face and the resulting simplified assembly. The double-walled designed common immersion tube equipped with two pipe coils forms an additional heat exchange surface, where appropriate, for example in the case of exothermic Reactions, the heat exchange also by means of one in the coil of the immersion tube circulating coolant can be accomplished. The pipe coils extend from the middle of the dip tube to both ends. The medium can for example exit the lower tube, between the spiral formed by the coil run to the other end of the immersion tube and enter the upper pipe coil there.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt. 1 ist der erste Zyklon mit tangentialer Eintrittsöffnung l a, Heiz-oder Kühlmantel 1 b mit tangentialer Eintrittsöffnung 1 c, tangentialer Austrittsöffnung 1 d, Leitspirale 1 e und Rippen 1 f. 2 ist der damit zusammengebaute zweite Zyklon mit tangentialer Austrittsöffnung 2a, Heiz- oder Kühlmantel 2 b mit tangentialer Eintrittsöffnung 2 c, tangentialer Austrittsöffnung 2 d, Leitspirale 2 e und Rippen 2 f. 3 ist das gemeinsame Tauchrohr mit Heiz- oder Kühlmantel 3 a und Rohren 3 b und 3c, deren Anschlüsse 3 d und 3 e nach außen gezogen sind.An example embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 is the first cyclone with tangential inlet opening la, heating or cooling jacket 1 b c with a tangential inlet opening 1, the tangential outlet opening 1 d, spiral baffle f 1 e and ribs 1. 2, the thus assembled second cyclone having a tangential outlet opening 2a, heating or Cooling jacket 2 b with tangential inlet opening 2 c, tangential outlet opening 2 d, guide spiral 2 e and ribs 2 f. 3 is the common immersion pipe with heating or cooling jacket 3 a and pipes 3 b and 3 c, whose connections 3 d and 3 e to the outside are drawn.

Das den Doppelzyklon durchströmende Medium tritt bei 1 a in den Zyklon 1 ein und läuft, wie durch die eingezeichnete Bahn angedeutet, durch das Tauchrohr in den Zyklon 2, den es bei 2 a verläßt. Das durch die Heiz- bzw. Kühlmäntel 1 b und 2 b strömende äußere Medium tritt im Falle des Gegenstromes zum inneren Medium bei 2 c in den oberen Teil ein, wird durch die Leitspirale 2 e zum Austritt 2 d geführt und mit einer strichpunktiert gezeichneten Rohrleitung an die Eintrittsöffnung 1 e im unteren Teil angeschlossen. Von dort läuft das Medium, geführt durch Leitspirale 1 e, zum Austritt 1 d. Im Falle des Gleichstromes wird dieser Weg rückwärts durchlaufen.The medium flowing through the double cyclone enters cyclone 1 at 1 a and, as indicated by the path shown, runs through the dip tube into cyclone 2, which it leaves at 2 a. The b by heating or cooling jackets 1 b and 2 flowing external medium occurs in the case of countercurrent flow to the inner medium at 2 c a in the upper part, is guided by the spiral baffle 2 e to the outlet 2 d and with a dot-dashed pipe connected to the inlet opening 1 e in the lower part. From there the medium runs, guided by a guide spiral 1 e, to the outlet 1 d. In the case of direct current, this path is traversed backwards.

Das im Mantel 3 a des Tauchrohres 3 strömende Medium tritt bei 3 d in das Rohr 3 b ein, tritt am offenen Ende dieses Rohres bei 3 f in den Mantelraum des Tauchrohres über, in welchem es vom Rohr 3 b und 3 c in einer schraubenförmigen Bahn zum Eintritt 3 g des Rohres 3 c geführt wird, das es bei 3 e wieder verläßt.The medium flowing in the jacket 3 a of the immersion tube 3 occurs at 3 d into the tube 3 b, occurs at the open end of this tube at 3 f in the shell space of the dip tube over, in which it is from the tube 3 b and 3 c in a helical Web is passed to the inlet 3 g of the tube 3 c, which leaves it again at 3 e.

Die untere zentrale Öffnung 1 g dient zum Austrag von festen oder flüssigen Teilchen, die aus dem strömenden Medium abgeschieden werden, und kann gegebenenfalls genauso verschlossen werden wie die obere Öffnung 2g. Diese ist aus Gründen der Austauschbarkeit der beiden Zyklonhälften angeordnet und kann gegebenenfalls als Reinigungsöffnung verwendet werden.The lower central opening 1 g is used to discharge solid or liquid particles that are separated from the flowing medium and can if necessary, be closed in the same way as the upper opening 2g. This is off Arranged for reasons of interchangeability of the two cyclone halves and can optionally can be used as a cleaning opening.

Claims

Claims: 1. A separator designed as a heat exchanger, characterized by one of two chambers arranged coaxially to one another formed double cyclone, a through the partition wall of the two chambers, open on both sides and axially through the two chambers over the larger part the chamber lengths extending common immersion tube of small diameter and a tangential to one of the chambers arranged supply line and a tangential on the other chamber arranged drain line, both the cyclone chambers forming wall as well as the immersion tube wall as for the passage of a flowing Heat exchange medium furnished double jackets are formed.

2. Device according to claim 1, characterized in that the jacket space of the double cyclone in a manner known per se with a continuous guide spiral and interrupted, is preferably provided offset ribs. Considered publications: German Patent Nos. 945 004, 930147, 878 781, 861495, 716 914; German Patent applications S 981 III / 50e (published on June 14, 1951), N 4892 III / 50e (published June 26, 1952): U.S. Patent No. 2,424,122.