DE1501474A1

DE1501474A1 - Process for cooling or heating plastic-viscous liquids

Info

Publication number: DE1501474A1
Application number: DE19661501474
Authority: DE
Inventors: Hausdoerfer Dipl-Ing Berthold; Platz Dr Rolf
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1966-09-16
Filing date: 1966-09-16
Publication date: 1969-10-23
Also published as: ES345092A1; CH475538A; GB1190966A; NL6712471A; DE1501474B2; BE703893A; AT283399B

Description

^ΛΤ30ΗΕ ANILIN- oc o ^Λ Τ30ΗΕ ANILINE- oc o

150H74150H74

Unser Zeichen: 0*Z. 24 4-85 F/GP Ludwigshafen/Rhein, 15.9.1966Our reference: 0 * Z. 24 4-85 F / GP Ludwigshafen / Rhine, September 15, 1966

Verfahren zur Kühlung oder Aufheizung plastisch-viskoserProcess for cooling or heating more plastic-viscous

Flüssigkeiten 'Liquids '

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Mittel zum Wärmetausch mit zähflüssigen Stoffen und betrifft im besonderen die Kühlung und/oder Aufheizung von zur Pfropfbildung neigenden Suspensionen und viskosen Mischungen.The invention relates generally to methods and means for exchanging heat with viscous materials and relates more particularly the cooling and / or heating of suspensions and viscous mixtures that tend to form grafts.

Bei petrochemischen Verfahren besteht häufig die Aufgabe, über flüssige Wärmeträger große Wärmemengen zu- oder abzuführen. Als Wärmeträger kommen hierbei verschiedene Stoffe in Betracht. Vorzugsweise werden indes doppelt wirkende Medien eingesetzt, nämlich solche, die neben der Wärmeaufnahme oder -abgabe durch direkten Kontakt mit den Reaktionspartnern auch noch eine waschende Wirkung aufweisen, um den oft in mehr oder minder großen Mengen bei der Reaktion anfallenden Ruß aufzunehmen. Derartige wärmetragende Medien sind beispielsweise Mineralöle bestimmter Fraktionen oder Wasser.In petrochemical processes there is often the task of supplying or removing large amounts of heat using liquid heat carriers. Various substances can be used as heat transfer media. However, double-acting media are preferably used, namely those that, in addition to the absorption or release of heat through direct contact with the reactants, also have a have a washing effect in order to absorb the soot which is often produced in more or less large quantities during the reaction. Such heat-carrying media are, for example, mineral oils of certain fractions or water.

909843/0660909843/0660

- 2 - O.Ζ« 24 485- 2 - O.Ζ «24 485

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Diese Wärmeträger werden im allgemeinen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit in einem geschlossenen Kreislauf geführt, in dem ihnen nach Kontakt mit den Reaktionspartnern in einem Wärmetauscher indirekt die Wärme wieder entzogen oder zugeführt wird. Gleichzeitig wird zur.Erhaltung eines konstanten Rußgehaltes der anfallende Ruß dem Kreislauf an einer bestimmten Stelle neben den Wärmeaustauschern entnommen.- Es zeigt sich nun häufig, daß der Rußanteil das Fließverhalten dee Wärmeträgers derart verändert, daß es von dem einer Newton'sehen Flüssigkeit erheblich abweicht und plastisch-viskosen Charakter aufweist»These heat carriers are generally used for reasons of economy in a closed circuit in which they come into contact with the reactants in one Heat exchanger indirectly the heat is withdrawn or supplied again. At the same time, a constant soot content is maintained the resulting soot is taken from the circuit at a certain point next to the heat exchangers - it shows Now it is often the case that the soot content changes the flow behavior of the heat transfer medium in such a way that it looks like that of a Newtonian Liquid differs considerably and has a plastic-viscous character »

Dieses Fließverhalten wird durch das Bingham-Kriterium beschrieben; This flow behavior is described by the Bingham criterion;

Hierbei bedeuten % die plastische Viskosität, c^-tfi/cU die Geschwindigkeitsänderung senkrecht zur Strömungsrichtung, I die ψ örtliche Sohubspannung und TT₀ die Grenzschubspannung, bei deren Unterschreitung das Medium zu fließen aufhört und erstarrt. Dieses Fließverhalten macht sich bei der Rohrströmung nun dergestalt bemerkbar, daß sich im Rohr ein niohtfließender Pfropfen ausbildet, der sich als ein fester Körper durch das Rohr schiebt und die Wärme nicht mehr durch turbulenten Stoffaustausch abgibt oder aufnimmt, sondern nur noch durch Wärme-Here, % denotes the plastic viscosity, c ^ -tfi / cU the change in speed perpendicular to the direction of flow, I the ψ local vertical stroke stress and TT ₀ the limit shear stress below which the medium stops flowing and solidifies. This flow behavior is now noticeable in the pipe flow in such a way that a non-flowing plug forms in the pipe, which pushes itself through the pipe as a solid body and no longer emits or absorbs heat through turbulent mass transfer, but only through heat.

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- J> - O.Z. 24 485- J> - OZ 24 485

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leitung- Das aber hat zur Folge, daß die Wärmedurchgangszahl des Wärmeaustauschers sehr niedrig liegt und entsprechend große Wärmeaustauschflächen erforderlich sind»line- But this has the consequence that the heat transfer coefficient of the heat exchanger is very low and correspondingly large heat exchange surfaces are required »

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man die durch spezifische Stoffeigenschaften bedingten ungünstigen WärmeaustauBchverhältnisse plastisch-viskoser Stoffe wesentlich verbessern kann, wenn man in den zum Wärmetausch bestimmten Räumen die Bildung starrer, nichtfließender Pfropfen durch Einbau jeweils eines Verdrängerkörpers bzw. durch mit Abständen bzw. ύ räumlich aufeinanderfolgende Änderungen des Strömungsquerechnittes verhinderte- Der hydraulische Durchmesser des Verdrängerkörpers muß hierbei mindestens dem fünften Teil des hydraulischen Durchmessers des jeweiligen Strömungskanals entsprechen, vorzugsweise wird der hydraulische Durchmesser des Verdrängerkörpers mit 4/5 des hydraulischen Durchmessers des jeweiligen Strömungskanals bemessen» Durch die Anwendung dieser erfinderischen Vorschriften läßt sich der Wärmeübergang um den Faktor 10 bis 30 verbessern bzw< die erforderliche Wärmeaustauscherfläche auf 3 bis 10 # der andernfalls erforderlichen ™ Flächengröße reduzieren.- Zur Ausführung des Verfahrens zur Kühlung oder Aufheizung plastisch-viskoser Flüssigkeiten, insbesondere von rußhaltigen Suspensionen, kommt die Anwendung von Rohrenwärmeaustauschern mit zweckmäßig zentral angeordneten Verdrängerkörpern oder mit starren, in Abständen konzentrisch angeordneten scheibenförmigen Einbauten in den die plastisch-viskose Flüssigkeit aufnehmenden Rohren in Betracht.It has now been found, surprisingly, that the unfavorable heat exchange conditions of plastic-viscous substances caused by specific material properties can be significantly improved if the formation of rigid, non-flowing plugs in the spaces intended for heat exchange by installing a displacement body or with spacing or ύ Spatially successive changes in the flow cross-section prevented - The hydraulic diameter of the displacement body must correspond to at least the fifth part of the hydraulic diameter of the respective flow channel, preferably the hydraulic diameter of the displacement body is measured at 4/5 of the hydraulic diameter of the respective flow channel »By using this inventive Regulations, the heat transfer can be improved by a factor of 10 to 30 or the required heat exchanger surface can be reduced to 3 to 10 # of the otherwise required ™ surface size. To carry out the process for cooling or heating viscous plastic liquids, in particular suspensions containing soot, the use of tubular heat exchangers with expediently centrally arranged displacement bodies or with rigid, concentrically spaced disc-shaped internals in the tubes receiving the viscous plastic liquid comes into consideration.

- 4 909843/0660 - 4 909843/0660

- 4 - OoZo 24 485- 4 - OoZo 24 485

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An zwei Beispielen ist die Ausführung des Verfahrene nachfolgend näher erläutert.The execution of the method is explained in more detail below using two examples.

example 1

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Acetylen (CpHp) aus Rohöl war die Aufgabe zu lös-en, die bei der Plammreaktion auftretenden beachtlichen Wärmemengen abzuführen und die Reaktionsgase vom Ruß zu befreien. Hierzu wurden die Reaktionsgase mit einem 20 Gew„# Ruß enthaltenden 25O⁰C warmen Rohöl in Kontakt gebrachte Das Rohöl nahm zusätzlich die Reaktionswärme auf und wurde gleichzeitig mit dem gesamten entstandenen Rurß beladen. Dieses rußhaltige Rohöl wurde zur Abgabe der aufgenommenen Wärme mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/sec durch Rohre von 50 mm lichter Weite eines Rohrbündelwärmeaustauschers geleitete Es bildete sich dabei ein starrer nichtfließender Pfropfen aus, der die auf der Rohrinnenseite gemessene Wärme-Übergangszahl auf 50 kcal/m h°C herabsetzte.- Die Rohre des Wärmeaustauschers wurden sodann mit Einsätzen versehen, die aus Rohren von 10 mm Durchmesser mit darauf in Abständen von 400 mm zentrisch angebrachten Scheiben von 40 mm Durchmesser bestanden<. Mit solchen Rohreinbauten wurde bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit eine an der gleichen Stelle gemessene Wärmeübergangszahl von 1500 kcal/m h C erzielt. Die Scheiben zerstörten den sich ständig neu bildenden Pfropfen und bewirkten eine Verbesserung der Wärmeübergangszahl um den PaktorIn a process for the production of acetylene (CpHp) from crude oil, the task to be solved was to dissipate the considerable amounts of heat occurring during the flame reaction and to free the reaction gases from soot. For this purpose, the reaction gases containing a 20 weight "# soot 25O ⁰ C warm crude oil into contact placed in the crude oil also took the heat of reaction and was loaded simultaneously with the entire resulting Rurß. This soot-containing crude oil was passed through tubes with an internal diameter of 50 mm of a tube bundle heat exchanger at a speed of 1.5 m / sec in order to release the absorbed heat kcal / mh ° C. The tubes of the heat exchanger were then provided with inserts which consisted of tubes of 10 mm diameter with discs of 40 mm diameter centrally attached to them at 400 mm intervals . With such pipe installations, a heat transfer coefficient of 1500 kcal / mh C measured at the same point was achieved at the same flow rate. The disks destroyed the plug, which was constantly forming, and brought about an improvement in the coefficient of heat transfer around the pactor

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Example 2

Bei dem in Beispiel 1 genannten Verfahren wurden bei gleichem Rußgehalt und gleicher Temperatur die Strömungsgeschwindigkeit des rußhaltigen Rohöles und die Art der Einbauten in den Wärmeaustauscherrohren geändert. Bei einer Geschwindigkeit des Rohöles in den Rohren von 2,5 m/eec wurde eine Wärmeübergangszahl auf der Rohrinnenseite von nur 80 kcal/m h C gemessen. Dieser' niedrige Wert ergab sich wieder durch die Ausbildung eines starren nichtfließenden Pfropfens in den Rohren« Setzte man nun in die Rohre des Wärmeaustauschers jeweils ein Rohr von 40 mm Außendurchmesaer zentrisch ein, so stieg bei sonst gleichen Bedingungen die Wärmeübergangszahl auf 2400 kcal/m h C. In dem Ringspalt zwischen beiden Rohren konnte sich der feste Pfropfen nicht ausbilden. Auch bei dieser Ausführungsform wurde die Wärmeübergangszahl um den Faktor 30 erhöht.In the process mentioned in Example 1, the flow rate was determined with the same carbon black content and the same temperature of the soot-containing crude oil and the type of internals in the heat exchanger tubes changed. At one speed of the crude oil in the pipes of 2.5 m / eec became a heat transfer coefficient measured on the inside of the pipe of only 80 kcal / m h C. This low value was again due to the formation of a rigid, non-flowing plug in the pipes If you now insert a tube with an outer diameter of 40 mm centrically into the tubes of the heat exchanger, you would otherwise increase under the same conditions, the heat transfer coefficient to 2400 kcal / m h C. The solid plug could not form in the annular gap between the two pipes. Also in this embodiment the heat transfer coefficient was increased by a factor of 30.

9098A3/06609098A3 / 0660

Claims

- 6 - OZ 24 485

150U7A150U7A

Claims

y Process for cooling o-heating plastic-viscous liquids, in particular suspensions containing soot, the flow behavior of which is determined by the Bingham criterion, characterized by the fact that rigid, non-flowing plugs are formed in the spaces intended for heat exchange by installing a displacer or . prevented by spacing or spatially successive changes in the ^ flow cross-section »

2. The method according to claim 1, characterized by the application of tubular heat exchangers with preferably centrally arranged displacement bodies in the flow channels acted upon by the plastic-viscous liquid, the hydraulic diameter of the displacement body corresponding to at least the fifth part of the hydraulic diameter of the respective flow channel, preferably is dimensioned with 4/5 of the hydraulic diameter of the respective flow channel.

3ο The method according to claim 1, characterized by the use of tubular heat exchangers with rigid disc-shaped internals which form a spacing between one another in the tubes receiving the plastic-viscous liquid.

BADISCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AG

909843/0680