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Kühler für die Absorption von Gasen in Flüssigkeiten In der chemischen
Industrie sind auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik Arbeitsprozesse bekannt, die
durch das Freiwerden größerer Wärmemengen gekennzeichnet sind und die zur Aufrechterhaltung
des Verfahrensablaufes einer ständigen Abführung der frei werdenden Wärme bedürfen.
Hierunter fallen insbesondere die Absorptionsprozesse, wie beispielsweise die Absorption
von Ammoniak-Gas in Wasser.
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Diese werden in der Regel unter Druck durchgeführt, da die Sättigungskonzentration
von Ammoniak in Wasser dadurch charakterisiert ist, daß das Lösungsvermögen mit
sinkender Temperatur und steigendem Druck zunimmt. So kann beispielsweise 1 kg Lösung
von Ammoniak in Wasser an Ammoniak maximal enthalten: Bei 40° C und 1 ata 0,228
kg NTH3? bei 600C und 1ata 0,14 kg NO, bei 40 C und 10 ata 0,63 kg Nah,, bei 60°
C und 10 ata 0,473 kg NH.'3.
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Bei der Absorption von Ammoniak in Wasser muß eine Wärmemenge abgeführt
werden, die der Kondensationswärme des zu absorbierenden Ammoniaks, vermehrt um
die Lösungswärme desselben in Wasser, entspricht. Diese Wärmeabfuhr muß während
des ganzen Prozesses so lange durchgeführt werden, bis die gesamte Gasmenge in Lösung
gegangen ist, wenn der Prozeß nicht zum Stillstand kommen soll. Dem maximalen Aufnahmevermögen
der Ammoniaklösung sind dann durch die vorstehend erwähnte Sättigungskonzentration
Grenzen gesetzt.
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Bei Absorptions-Kälteanlagen wird das aus dem Verdampfer austretende
NH3-Gas dem Absorber, der im allgemeinen als wassergekühlter Röhren-Wärmeaustauscher
ausgeführt wird, zugeleitet und hier unter Wärmeentzug von der sogenannten armen
Lösung, einer schwachen ammoniakalischen Wasserlösung, absorbiert. Die während des
Absorptionsprozesses entstehende Wärme wird hierbei mittels Kühlwasser abgeführt,
so daß das Verfahren bei konstantem Druck und konstanter Temperatur verläuft.
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Das gleiche gilt sinngemäß für die Absorption jeden Gases in einer
Flüssigkeit, bei der die während des Prozesses frei werdende Reaktionswärme zur
Aufrechterhaltung des Verfahrensablaufes abgeführt werden muß, beispielsweise auch
für die in der chemischen Verfahrenstechnik bekannten Verfahren, bei denen Ammoniak-Wasser
für chemische Reaktionen eingesetzt wird und sofern dieses Ammoniak-Wasser aus einem
Absorptionsprozeß zwischen Ammoniak-Gas und Wasser herrührt.
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Die für diese Zwecke bekannten Absorber sind wassergekühlt und meist
als Röhrenkühler ausgebildet. Sie haben durchweg nicht nur den Nachteil eines verhältnismäßig
komplizierten und daher in der Herstellung teueren Aufbaus, sondern auch den Nachteil,
das Problem einer hinreichend gleichmäßigen Verteilung des zu absorbierenden Gases
nur unbefriedigend zu lösen, so daß sie nur unzureichend verhindern, daß sich das
Gas schon in der den Kühlerrohren vorgebauten Kammer mit der Absorptionsflüssigkeit
vereinigt und dadurch eine unterschiedliche Wärmebelastung in den einzelnen Kühlerrohren
eintritt.
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Es ist jedoch bereits ein wassergekühlter Röhrenabsorber bekannt,
der diese Schwierigkeiten weitgehend dadurch vermeidet, daß er aus parallel und
im Abstand zueinander angeordneten, außengekühlten Rohren besteht, die an einem
Ende an einen Gas-und Flüssigkeitsverteiler und am anderen Ende an eine gemeinsame
Sammelkammer angeschlossen sind.
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Da die Absorptionsflüssigkeit und das zu absorbierende Gas hierbei
von einer Seite des Absorbers her im Gleichstrom durch das Innere der außengekühlten
Rohre hindurchgeleitet werden und der von der Gasverteilerkammer umschlossene flüssigkeitsverteiler
eine der Anzahl der Rohre entsprechende Anzahl den jeweiligen Rohrmündungen im Abstand
gegenüberliegende Gasaustrittsöffnungen aufweist, wird eine bessere Verteilung bewirkt
und zugleich der Vorteil erreicht, daß das Restgas, welches sich bei örtlichen Üherhitzungen
nicht lösen würde, bis zum Austrittsende der Rohre in Lösung gegangen ist. Trotz
dieser Verbesserungen vermag auch dieser bekannte Absorber noch nicht in jeder Hinsicht
zu befriedigen, zumal er den Hauptnachteil aller wassergekühlten Absorber ebenfalls
aufweist, verhältnismäßig große Kühlwassermengen zu benötigen, die aber bei dem
erheblich
gesteigerten industriellen Kühlwasserbedarl häufig nicht zur Verfügung stehen oder
bereitgestellt werden können.
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Die Erfindung ist in erster Linie auf die Vermeidung dieses Nachteils
gerichtet und beruht auf der Erwägung, daß sich auch Absorber für die hier in Rede
stehenden Zwecke nach dem Prinzip der bekannten luftgekühlten Wärmeaustauscher ausbilden
lassen.
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Ausgehend von dem zuvor beschriebenen, bekannten wassergekühlten
Röhrenabsorber kennzeichnet sich die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe
dadurch, daß in die Einlaßöffnung jedes Kühlrohres ein mit einem gemeinsamen Zuleitungsrohr
verbundenes Gasverteilerrohr unter Belassung eines Ringraumes koaxial hineinragt,
daß die Kühlrohre in bekannter Weise außen mit Kühlrippen versehen und in einer
oder mehreren etwa horizontalen Ebenen angeordnet sind und daß die Kühlrohre in
ebenfalls bekannter Weise mittels eines darunter vorgesehenen Axiallüfters einem
Querluftstrom ausgesetzt sind.
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Sind bei dem luftgekühlten Absorber gemäß der Erfindung mehrere Rohrreihen
in Richtung des zwangsbewegten Kühlluftstroms hintereinandergeschaltet, was aus
Gründen der Kostenersparnis bei der Auslegung und Herstellung des Absorbers zweckmäßig
ist, so ist die Lufttemperatur hinter den einzelnen Rohrreihen unterschiedlich.
Um dennoch eine gleichmäßige Kühlung in sämtlichen Rohrreihen zu gewährleisten,
ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßig, die Querschnitte der
Gasverteilerrohre der von dem Kühlluftstrom zuerst beaufschlagten Rohrreihe einen
größeren Querschnitt als die Gasverteilerrohre der vom Kühlluftstrom erst nachfolgend
beaufschlagten Rohrreihen aufweisen.
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Auf diese Weise wird die dem Absorber zugeführte Gasmenge auf die
einzelnen Rohrreihen im wesentlichen selbsttätig entsprechend dem jeweiligen Temperaturabstand
verteilt, so daß sich die eingebaute Wärmeaustauschfläche im Sinne einer. bezogen
auf die Kühlleistung, gleichmäßigeren Verteilung des zu absorbierenden Gases optimal
ausnutzen läßt.
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Die Regelung des Reaktionsprozesses erfolgt durch Drosselung bzw.
Regelung des Kühlluftstromes, wozu die bei luftbeaufschlagten Wärmeaustauschern
an sich bekannten Mittel Verwendung finden, wie beispielsweise Jalousien, verstellbare
Lüfterflügel polumschaltbare Antriebsmotoren od. dgl.
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Bei Lufttemperaturen, die unter der Auslegungstemperatur liegen,
kann der Absorber eine wesentlich größere Wärmeleistung abführen. Da es jedoch im
allgemeinen zweckmäßig ist. die Leistung über das ganze Jahr annähernd konstant
zu halten, wird die bei niedrigeren Außenlufttemperaturen vorhandene Reserve des
Absorbers zu einer kraftsparenden Arbeitsweise ausgenutzt. Dies kann insbesondere
durch Drosselung der Kühlluft mittels im Lauf verstellbarer Axiallüfter geschehen,
durch die der Kraftbedarf bei unterhalb der Auslegungstemperatur liegenden Temperaturen
wesentlich gesenkt wird.
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Hierbei sind dem Ventilator zweckmäßig automatische Steuerungsmittel
für die Verstellung der Flügel in Abhängigkeit von den Schwankungen der Temperatur
sowie des Druckes innerhalb der Kühlerrohre zugeordnet, die gewährleisten, daß der
Absorber über das ganze Jahr unter im wesentlichen gleichen Betriebsbedingungen
arbeitet. Bei kleineren Einheiten. bei denen sich der Aufwand von im Lauf verstell-
baren
Lüftern nicht lohnt, kann die gleiche oder eine ähnliche Wirkung dadurch erzielt
werden, daß dem Ventilator auf der Ansaugseite in gleichfalls bekannter Weise verstellbare
Jalousien für die Regelung bzw. Drosselung des Kühlluftstromes vorgeschaltet werden.
Diese Anordnung empfiehlt sich insbesondere in Verbindung mit polumschaltbaren Antriebsmotoren.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt Fig. 1 den luftgekühlten Absorber in teilweise geschnittener Seitenansicht
und F i g. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den Absorber gemäß F i g.
1.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist das Kühlelement 1 in etwa horizontaler
Lage mittels eines Traggestells im Abstand über dem Erdboden bzw. einem Fundament
abgestützt. Das Kühlelement besteht aus zwei in Richtung des Kühlluftstromes hintereinandergeschalteten
Reihen von außenseitig mit Querrippen versehenen Kühlrohren 4, die in der Zeichnung
links über einen Rohrboden an eine gemeinsame Flüssigkeitsverteilerkammer 2 angeschlossen
sind, die stirnseitig einen Eintrittsstutzen 2 a aufweist, über den das Lösungsmittel,
d. h. die Absorptionsflüssigkeit, insbesondere Wasser, zugeleitet wird. Am gegenüberliegenden
Ende sind die Kühlrohre 4 - ebenfalls über einen Rohrboden - an eine gemeinsame
Sammelkammer 3 angeschlossen, der mit einem Austrittsstutzen 3 a für die gesättigte
Lösung versehen ist.
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Auf der Seite der Flüssigkeitsverteilerkammern sind ferner zwei untereinanderliegende
Zuleitungsrohre 6, 6a für das zu absorbierende Gas, insbesondere Ammoniak-Gas, vorgesehen,
die mit einer der Anzahl der Kühlrohre 4 entsprechenden Anzahl im Querschnitt gegenüber
diesen kleiner bemessenen Gasverteilerrohren 5, 5 a versehen sind, welche die Flüssigkeitsverteilerkammer
2 quer durchsetzen und mit ihren Mündungen unmittelbar stirnseitig in die Kühlrohre
4 hineinragen. Der Querschnitt der Gasverteilerrohre 5a ist größer als der der Verteilerrohre
5 bemessen, und zwar zu dem Zweck, den Kühlrohren 4 der unteren Rohrreihe die von
dem Kühlluftstrom zuerst beaufschlagt werden, eine dem größeren Temperaturgefälle
entsprechende größere Menge des absorbierenden Gases zuzuführen. Selbstverständlich
ist es denkbar, statt nur zwei auch mehrere übereinanderliegende Rohrreihen zu verwenden
sowie statt der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten zwei Zuleitungsrohre
6, 6 a für das zu absorbierende Gas ein gemeinsames Zuleitungsrohr vorzusehen, wobei
jedoch in allen Fällen eine der Anzahl der Kühlrohre entsprechende Anzahl Gasverteilerrohre
abgezweigt werden muß.
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Wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich, liegen die Eintrittsstutzen
der Verteilerkammer2 für die Zuführung der Absorptionsflüssigkeit sowie der Zuleitungsrohre
6, 6 a für das zu absorbierende Gas auf gegenüberliegenden Seiten des Kühlelementes
1, während der Ableitungsstutzen 3 a für die gesättigte Lösung etwa mittig an die
Sammelkammer 3 angeschlossen ist.
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Ein unterhalb der etwa horizontalen Kühlrohrreihen angeordneter,
durch einen polumschaltbaren Motor 9 angetriebener Axiallüfter 8 ist außenseitig
durch einen als Strömungskanal dienenden Lüfterleitring 8 a umkleidet und auf der
Ansaugseite mit einer verstellbaren Jalousie 10 ausgerüstet, die zur
Regelung
bzw. Drosselung des von unten angesaugten Kühlluftstromes dient. Die Kühlrohre werden
vom Axiallüfter somit im Querstrom angeblasen. Zwischen dem Lüfter 8 und den Kühlrohren
4 ist ein Luftverteilerkasten 7 vorgesehen.
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Der Absorber gemäß der Erfindung ist nicht nur für die Absorption
von Ammoniak-Gas in Wasser geeignet, sondern für die Absorption jeden Gases in einer
Flüssigkeit, bei der die während des Reaktionsprozesses frei werdende Wärme zur
Aufrechterhaltung des Verfahrensablaufs abgeführt werden muß.