DE1285983B

DE1285983B - Kuehlungskristallisator

Info

Publication number: DE1285983B
Application number: DES97490A
Authority: DE
Inventors: Scarfi Alberto; Barattini Cesare; Bortolini Paolo
Original assignee: Edison SpA
Current assignee: Edison SpA
Priority date: 1964-06-10
Filing date: 1965-06-05
Publication date: 1969-01-02
Also published as: US3389974A; ES314320A1; IL23676A; NL6507068A; BE665170A; FR1436450A; GB1099318A

Description

flächenwärmeaustauschern zu arbeiten, da das Salz αο die eingetauchten Teile des Rohres durch Klemmteile bei Berührung mit der kalten metallischen Wand aus- untereinander fest verbunden sind,
fällt und sich Abscheidungen bilden, die den weiteren Bei dieser Vorrichtung kann der obere, aus der zu

Wärmeaustausch verhindern. Versuche zur Lösung kühlenden Lösung herausragende Teil des Rohrbündieses Problems durch eine hohe Strömungsgeschwin- dels durch starre, an den Biegungen des Rohres eindigkeit der zu kühlenden Lösung, dadurch bedingte 15 greifende Befestigungsteile mit dem Rahmen verbunstarke Turbulenz der Flüssigkeit und Abriebwirkung den sein. Das Rohr bzw. die Rohre ist bzw. sind des enthaltenen Feststoffes führten zwar zu einer durch flexible Schläuche mit Zu- und Ableitungen verringerten Bildung von Abscheidungen, doch haftet für das Kühlmittel verbunden,
diesem Verfahren eine Reihe von Nachteilen an, Beispielsweise wird das Rohr bzw. werden die

z. B. hoher Energieverbrauch der Umwälzpumpen, so Rohre von einem oder mehreren kompakten kleinen Abrieb und Korrosion in den Wärmeaustauschern, massiven Bündeln gebildet, die von dem Kühlmittel sowie die Gefahr einer Verstopfung des Austauschers, durchströmt werden und fast mit ihrer gesamten wenn die Strömung vermindert oder unterbrochen Länge in die zu kühlende Lösung eintauchen. Das wird. Andere Vorrichtungen zum Kristallisieren von aus dem Bad hervorstehende Ende des Bündels ist Salzen aus Lösungen weisen an den einzelnen Kühl- 25 mit einem Halterahmen fest verbunden, der seinerrohren Abschaber auf, durch welche die Abscheidun- seits mit dem die Lösung enthaltenden Behälter vergen verhindert werden sollen. Derartige Vorrich- bunden und an das Schwingungen erzeugende Gerät tungen sind jedoch kostspielig und kompliziert, so angeschlossen ist, welches der ganzen Vorrichtung daß sich ihre Anwendung nur in besonderen Fällen kontinuierliche oder diskontinuierliche Schwingungen rechtfertigt. Man ging daher in der Technik dazu 30 einer Stärke erteilen kann, die die Bildung von Abüber, zum Kristallisieren von Substanzen, insbeson- Scheidungen an den gekühlten Rohrbündeln verhindere anorganischen Salzen, aus warmen gesättigten
Lösungen mittels Kühlungskristallisatoren die Krustenbildung durch Erzeugung mechanischer Schwingungen zu verhindern.

So ist z. B. aus der deutschen Patentschrift
1051 807 ein Kühlungskristallisator mit im senkrecht
stehenden zylindrischen Behälter koaxial angeordneten Kühlschlangen bekannt, bei welchem die Kühlschlangen durch eine Gruppe von Radialrippen ge- 4°
tragen sind, auf denen oben das Hammerwerk ruht,
und die sich nach unten über die gesamte axiale
Länge des Kühlsystems erstrecken, wobei sie jede
Windung der Kühlschlangen einzeln abstützen. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß infolge der horizontalen 45 zweier Rohrrichtungen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Kühlschlange bei Ausfall oder Ver- Art.

sagen der einzelnen Elemente die ganze Vorrichtung Fig. 1 zeigt eine Reihe von kühlmitteldurchström-

außer Betrieb gesetzt werden muß. Wie nachgewiesen ten Rohren 1, die alle ein oder mehrere Male U-förwerden konnte, verursachen bei dieser Kühlschlangen- mig gebogen sind, so daß sie nahe beieinanderliegen anordnung auch die Verkrustungen, die mit der Zeit 50 und ein kompaktes kleines massives Bündel bilden, abblättern, Verstopfungen. Schließlich steht in dieser Das Oberteil des Rohrbündels wird von einem Rahmen 2 gehalten. Zum Festklemmen wird der gebogene Bereich der Rohre auf große, auf dem Rahmen 2 horizontal befestigte Stützrohre4 (bzw. 3 in Fig. 2) 55 geschoben und durch Abstützstangen 5 und Schrauben 6, 7 an einer winkligen Stützschiene 8 befestigt.

dert. Die flexiblen Schläuche, über die die Rohre mit den Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel verbunden sind, dämpfen die Schwingungen und verringern die mechanischen Beanspruchungen an dem Anschluß.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem gekühlten Rohrbündel;

F i g. 2 und 3 zeigen schematisch einige konstruktive Einzelheiten, und

F i g. 4 zeigt eine besondere paarweise Anwendung

Vorrichtung, deren Kühlsystem von einer konzentrischen Doppelspirale gebildet ist, eine verhältnismäßig kleine Oberfläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kühlungskristallisator zu schaffen, dem diese Nachteile nicht anhaften, der also von einfacher Bauart ist, bei dem die Kühlelemente einzeln, auch während des Betriebes der Vorrichtung, herausmontiert und durch neue ersetzt werden können, nicht die Gefahr von Verstopfung durch Abblättern der Verkrustung besteht und eine möglichst große

Zwischen der Winkelschiene 8 und dem gebogenen Oberteil der Rohre sind elastische Abstandshalter 9 aus Gummi od. dgl. vorgesehen.

Die verschiedenen Rohre 1 tauchen mit ihren anderen Enden in die Trübe und sind untereinander (F i g. 3) dadurch verbunden, daß sie nach Zwischenlegen von Klemmteilen 10 bis 14 usw. aus elastischem Werkstoff (Gummi od. dgl.) untereinander in Längs-

Oberfläche für den Wärmeaustausch vorhanden ist.

Die Erfindung betrifft somit einen Kühlungskristal- 55 richtung fest verbunden sind,
lisator mit aufrecht stehendem Behälter und einem Das zusammengebaute Rohrbündel taucht beinahe

darin befindlichen, von Kühlmittel durchflossenen, mit der ganzen Länge in die Trübe. Der Rahmen 2 senkrecht im Behälter angeordneten Rohrsystem, das ist durch zwischengelegte Federn 15 (Fig. 4) auf

Claims

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dem oberen Rand des Trübebehälters verankert. Die Trübe fließt von einem Behälter zu dem anderen, entZuleitung 16 und Ableitung 17 des Kühlmittels sind sprechend einer Kaskade. Diese besondere Art der durch flexible, gewöhnlich aus Gummi bestehende Verbindung hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, Schläuche 16' und 17' (F ig. 4) an die Rohrenden 1' da in jedem Augenblick eine beliebige Einheit ausge- und 1" angeschlossen, so daß die Schwingungsdämp- 5 schaltet werden kann.

fung und mechanische Beanspruchungen an diesen Als Beispiel für die Verwendung eines erfindungs-

Verbindungen verhindert werden. gemäßen Austauschers wird eine industrielle Anlage

Die zur Verhinderung von Abscheidungen auf den zur Erzeugung von Kaliumsulfat aus Kainit beschrie-

Kühlrohren erforderlichen Schwingungen werden auf ben.

an sich bekannte Weise durch Elektromotor mit Nok- io Ein Austauscher der in F i g. 1 angegebenen Art

ken 18 erzeugt, der auf dem Rahmen 2 befestigt ist wird aus einer Reihe von 20 Rohren mit einem Innen-

und diesem und dem Rohrbündel schwache Schwin- durchmesser von 17 mm, einem äußeren Durchmesser

gungen erteilt. von 20 mm und einer gesamten Oberfläche von 16 m²

Zur Erzeugung der gewünschten Schwingungen zusammengesetzt. Der Rahmen 2, auf dem die oberen

können auch andere bekannte Anlagen dienen, z. B. 15 Rohrbiegungen befestigt sind, trägt einen Vibrator 18

in regelmäßigen Zeitabständen stoßende Körper oder von 0,5 kW und 3000 U/min. Dieser Austauscher

andersartige Vibratoren. wird durch vier Federn 15 (F i g. 4) auf Längskeilen

Die Praxis zeigte, daß die Rohroberflächen durch auf dem Rand eines Konditionierbehälters so bedas oben beschriebene Schwingungsgerät frei von Ab- festigt, daß fast die gesamte Länge der Windungen Scheidungen gehalten werden und der Wärmeaus- 20 in die Trübe taucht. Der Konditionierbehälter besteht tausch der Anlage im Laufe der Zeit nicht verändert aus einem Bottich von 3 m Höhe und 3 m Durchwird. Wahrscheinlich beruht dies auf der durch die messer, der mit einem Ankerrührer (25 U/min) ver-Schwingungen in unmittelbarer Nähe der Rohrflächen sehen ist. Das Kühlwasser wird parallel auf zehn erzeugten starken Turbulenz, die eine ständige Er- Rohre des Bündels verteilt.

neuerung des den Rohroberflächen anliegenden Flüs- 25 Die Trübe besteht aus 23,5 % Feststoff und 76,5 °/o sigkeitsfilms verursacht und die schnelle Bildung von Mutterlauge. Die Mutterlauge enthält 2,23 Gewichts-Kristallkeimen auf diesen Flächen verhindert. prozent K, 5,93 Gewichtsprozent Mg, 1,22 Gewichts-

Es wurde weiter festgestellt, daß der äußere Wärme- prozent Na, 5,79 Gewichtsprozent SO₄, 16,91 Geübertragungskoeffizient sogar um 100% steigt, wenn wichtsprozent Cl₂ und 67,92 Gewichtsprozent H₂O. man von einem ruhenden Austauscher zu einem 30 Bei einer Temperatur von 25° C hat die Lösung eine Schwingungsaustauscher übergeht. Wenn kurze Dichte von 1294 kg/m³. Die Viskosität beträgt Schwingungsintervalle und Ruhezeiten aufeinander- 5,42 cP, die spezifische Wärme 0,645 kcal/kg ⁰C. Die folgen, können die Rohre ebenfalls außen sauber Trübe hat eine scheinbare Dichte von 1420 kg/m³,
bleiben, wenn sich auch ein niedrigerer Übertragungs- Unter den betrachteten Arbeitsbedingungen hat die koeffizient ergibt. Jedoch darf die Zeitspanne zwi- 35 Trübe eine mittlere Temperatur von 26,6° C. Zur sehen zwei Schwingungsintervallen nicht so groß sein, Vereinfachung der Berechnung des Durchgangsdaß sich Kristallaggregate an den kalten Rohren an- koeffizienten wurden die geringen Temperaturuntersetzen und ganz oder teilweise den Rohrumfang um- schiede der Trübe an den verschiedenen Stellen des hüllen. Konditionierapparates vernachlässigt. Die Tempera-

Eine praktische Anwendung der erfindungsge- 40 tür des Kühlwassers am Eingang beträgt 15,0° C und mäßen Vorrichtung ist die Entfernung der Reak- am Ausgang 23,9° C. Der Kühlwasserdurchsatz in tionswärme zweier oder mehrerer Kristallarten aus den Rohren beträgt 11,8 m³/h, entsprechend einer einer Salztrübe. Da in diesen Fällen den Kristallen Geschwindigkeit von 1,4 m/sec. Die ausgetauschte Zeit zum Waschen (oder bei einer Reaktion Zeit zur Wärme beträgt 105 000 kcal/h. Der mittlere DurchBeendigung derselben) gelassen werden muß, wird 45 gangskoefflzient liegt bei 1090 kcal/m²h ⁰C.
eine Reihe großer Behälter für die Trübe benutzt, in In der Praxis kann der erfindungsgemäße Ausdenen durch ständige geeignete Rührung das Ab- tauscher verwendet werden bei:
setzen der Feststoffe verhindert wird und die Trübe Abtrennung von KCl und NaCl aus Sylvinit,
von einem Behälter zum anderen überläuft. Die er- Reinigung des rohen KCl von 95% auf 99,9%,
findungsgemäßen Austauscher (einer oder mehrere 50 Warmlaugung des rohen Carnallits,
an der Zahl) werden in die obengenannten Behälter Zersetzung von Hartsalz,
getaucht. Zur Erreichung eines günstigen Wärme- Erzeugung von Kaliumnitrat aus NaNO₃+KCl,
austauschkoeffizienten ist es nötig, daß durch die von Erzeugung von Natriumbicarbonat,
den Rührern in der Trübe erzeugte Bewegung die Erzeugung von Borax oder
kalte Trübe an den Austauschern ständig erneuert 55 Natriumsulfat aus Kiesabbrand,
wird. Erzeugung von Natriumsulfat aus MgSO₄+ NaCl,

Wenn ohne Rücksicht auf das Kristallkorn des ge- fraktionierte Kristallisation von Nätriumnitrit und

legentlich ausgefällten Salzes nur die Trübe zu kühlen Natriumnitrat,

ist oder die Trübe zur Verhinderung unerwünschter ...

Fällungen so schnell wie möglich zu kühlen ist, kön- 60 Fatentansprucüe:

nen die Austauscher paarweise angeordnet und in 1. Kühlungskristallisator mit aufrecht stehen-

etwa rechteckige Behälter eingetaucht werden. Ein dem Behälter und einem darin befindlichen, von

kräftiger, von einem Motor 20 angetriebener Rührer Kühlmittel durchflossenen, senkrecht im Behälter

19 mit senkrechter Umwälzrichtung erneuert stan- angeordneten Rohrsystem, das mit einem mecha-

dig das die Austauscher berührende Strömungsmittel, 65 nische Schwingungen erzeugenden Gerät in Ver-

so daß das Bad an fast allen Stellen isotherm gehalten bindung steht, dadurch gekennzeichnet,

wird (Fig.4). Diese Behälter mit Austauscherpaar daß als Rohrsystem wenigstens ein mehrfach

sind in zwei parallelen Reihen in Serie geschaltet. Die U-förmig gebogenes Rohr (1) angeordnet ist, das

mit dem oberen, aus der zu kühlenden Lösung herausragenden Teil mit einem auf dem Behälter elastisch gehalterten Rahmen (2) fest verbunden ist, welcher an das Schwingungen erzeugende Gerät (18) angeschlossen ist, und daß die eingetauchten Teile des Rohres (1) durch Klemmteile (10 bis 14) untereinander fest verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, aus der zu kühlenden Lösung herausragende Teil des Rohrbündels durch starre, an den Biegungen des Rohres (1) eingreifende Befestigungsteile (3 bis 8) mit dem Rahmen (2) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr bzw. die Rohre durch flexible Schläuche (16', 17') mit Zu- und Ableitungen (16,17) für das Kühlmittel verbunden ist (sind).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen