DE1501491A1

DE1501491A1 - Verfahren zum Waermeaustausch und Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1501491A1
Application number: DE19661501491
Authority: DE
Inventors: Williamson Paul Kenyon
Original assignee: Courtaulds PLC
Current assignee: Akzo Nobel UK PLC
Priority date: 1965-11-24
Filing date: 1966-11-24
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1157301A; FR1502254A

Description

Verfahren zum Wärmeaustausch und Wärmeaustauscher.

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher, die ein Röhrenbündel besitzen und insbesondere auf aolche Wärmeaustauscher, bei denen innerhalb der Röhren ein Dampf kondensiert wird.

Probleme der ungleichen Verteilung eines Pluda (zur Definition von "Flud" vgl. Gruppeneinteilung der Pateatklaeaen, Überschrift der Klaaae 47f) bzw. einer Flüssigkeit, die durch ein Röhrenbündel strömt, können auftraten, wenn die Strömungekapazität des RÖhrenbündels größer ist als die Flud-StrÖmungegesohwindigkeit. Beispielsweise kann das FLud

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dux durch wtnig« Röhren in dem Bündel Strumen, dl· eich nahe dem FlüaeigkeitseinlaB befinden, wodurch die sax Verfügung stehende Wäxmeauetauechexobexfläohe nur ungenügend ausgenützt wixd.

Wenn die benötigte Wärmeübertragungeoberfläche durch die anderen Verfahrensbedingungen bestimmt wixd, besteht eine Lösung des !Problems einer schlechten Verteilung daxin, da0 die Ansahl der Röhren in dem Bündel verringert wird und daB man längere Röhxen verwendet. Jedoch kann- der daraus resultierende, verstärkte Druckabfall unannehmbar sein.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung 1st ein Verfahren zum Austausch von Wärme sswisohen einem ersten Hud, das durch die Röhren eines Wärmeaustauschers strömt, der ein Röhxenbündel besitxt und einem zweiten Flud, welches das Röhxenbündel umgibt; die Anzahl der Röhren und ihre Größe wird voa der erforderlichen Wärmeaustauschoberfläche und von dem erlaubten Druckabfall über die Röhren bestimmt, die Strömungskapazität des RöhrenbUndels ist größer als die Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluds; das Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß in jedem Rohr eine Verengung

ist, sodaS die Strörnungskapazität des Röfarenverringert und dadurch der Strom des ersten Fluds caü Röhrenbündel gleichmäßiger verteilt wird.

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Die Verengung wird bequenarweise duroh eine MUndungeplatte gebildet.

Dae erflndungsgemäSe Verfahren let besondere brauohbar, wenn das erete nud ein Dampf ist, der Innerhalb der Rühren kondensiert wird« wobei Io diesem Pail die Verengung eich in Jedem Rohr vorzugsweise im Bereich des Auslesendes befindet. Der Grund hierfür 1st folgender: Well der Dampf innerhalb der Rühren kondensiert wird und z.B. nur Luft und eine kielne Menee von nicht-kondensiertem Dampf zurückbleibt, die duroh dleee Verengung strömen, so ist weniger zueätzliche Antriebskraft erforderlich ale wenn sich die Verengung im Bereich dee ElnlaSendee jedes Rohrs befindet« wobei in diesem Fall der gesamte Dampf duroh die Verengung Strumen müßte.

Die Erfindung erstreckt eich auch auf einen Wärmeaustauscher, enthaltend ein Röhrenbündel, Mittel zum Zuführen eines ersten Fluda durch die Rühren des Röhrenbttndels, Mittel zum Umgeben des RuhrenbUndels mit einem zweiten Flud; dieser Wärmeaustauscher ist zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen; er 1st dadurch charakterisiert_r daß in jedem Rohr eine Verengung vorgesehen ist.

Das Dampfkompressione-Deatillationaverfahren, das in der Patentanmeldung C 39 120 IVa/85b beschrieben 1st, ist ein

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Verfahrtη, auf dae dit Verbeseerung dtr vorliegenden Erfindung angewendet werden-kann. Sin derartiges Verfahren ist am Beispiel des Entsalzens ron Neerwaaeer unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die ein sohematieohee FlieBschema darstellt und einige Gesichtspunkte dieser Anlage zeigt.

Ein Betonturm 1 ist mit einer oberen Röhrenplatte 2 und einer Bodenröhrenplatte 3 ausgestattet, zwischen denen Rohren aus Polyäthylenfilm in den üblichen Anordnugnen von Röhren- und Mantelwärmeaustausohern befestigt sind« Die Röhrenplatten 2 und 3 trennen die Mantelseite des Turms 1, ron den Kopfteilen 6 und 7 durch einen fluddiohten Verschluß.

Bine Verteilerplatte 8 befindet sich knapp unterhalb und parallel zu der oberen Röhrenplatte; sie besitzt Löcher 9, durch die sich die Röhren 4 koaxial erstrecken und die einen kreisförmigen Raum zwischen dem äußeren Umfang jedes Rohrs und dem umfang Jodes Loohs freilassen.

Ein Gebläse 10 mit einem zylindrischen Gehäuse befindet sich neben und mit seiner Gehäuceaohse parallel zu den Röhren 4 in dem Turin 1. Dar Singeing des Gebläses öffnet sich in die Hantelseite 5 und sein Ausgang in dem Kopfteil 6. Bas Gebläse ißt äußerlich gegenüber der oberen Röhrenplatte 2 fluddicht abgeschlossen. Der Kopfteil 7 ist mit einer Vakuumpumpe 11 verbunden. 909AA5/Q22 1

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Beben dem Turm 1 ist ein Röhrtn- und Mantelwärmeauetausoher 12 ίο angeordnet, dmβ «in FUd b«w. eint Flüssigkeit duroh einige der Röhren 13 und ein anderes Flud duroh die restllohen Rühren strömen kann.

Zum Betrieh wird Meerwasser duroh ein Rohr 15 in den Mantel 14 des Wärmeaqstausohers 12 geleitet, wo es vorerhitst wird, bevor es duroh ein Rohr 16 der oberen Oberfläche der Verteilerplatte 8 augeführt wird. Von der Verteilerplatte 8 gelangt das Meerwasser durch den ringförmigen Raum swisohen jedem Rohr 4 und dem Umfang seines ihm zugeordneten loche 9 in der Verteilerplatte und strömt ttber die äußere Oberfläche jedes Rohrs als dünner Film naoh unten.

Nach dem Anlaufen des Verfahrens, beispielsweise dadurch, daß man ein heißes flud bsw. eine heiße Flüssigkeit duroh die Röhren 5 strömen läßt, wird Wasser von den herabfallenden Filmen aus Meerwasser verdampft. Der Wasserdampf wird dann durch das Gebläse 10 komprimiert, bevor er durch den Kopfteil 6 und duroh die Röhren 4 strömt, in denen er sich kondensiert. Die Kompression des Wasserdampfs erhöht afcine Kondensationstemperatur auf einen Wert oberhalb des Siedepunkts, Bodaö die Wärme von dem kondensierenden Wasserdampf duroh die Wand jtdes Rohrs dringen kann und den herabfallenden Film aus Meerwasser aufheist und einen Teil des Wassere verdampft·

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Tor dem Zuführen sn den Sammelstellen für das Produkt und für den Abfall duroh dit Auelaßrohre 17 bzw. 18 strömen das kondensierte lasser von der Innenseite der Röhren 4 und der größere Anteil der konzentrierten Sole von der Außenseite der Röhren 4 gesondert Ober Leitungen 19 bzw. 20 duroh die Rohre 13 des Wärmeaustauschera 12, um das zügeführte Meerwasser vorzuwärmen. Der restliche Anteil der konzentrierten Sole strömt duroh eine Leitung 21 und wird zusammen mit dem duroh das Rohr 16 strömenden, vorgewärmten Meerwasser in das Verfahren zurückgeführt.

Jedes Rohr 4 1st mit einer Verengung versehen, die duroh eine Mündungsplatte 22 gebildet wLrd, die in der unteren Röhrenplatte 3 gehalten wird. Der duroh diese Mündungen erzeugte Rüokdruck reicht aus, um zu verhindern, daß tfasserdampf nur durch wenige Bohren dicht neben dem Qebläseaualaß strömt. Damit wird gewährleistet, daß der Strom an Wasserdampf gleichmäßig durch alle Röhren in dem Turm verteilt wird.

Die Verwendung eines niohtgestützten Polyäthylenfilms fMr die Röhren 4 macht es notwendig, daß das Verfahren in Vakuum betrieben wird. Nach einem als Beispiel dienenden Verfahren, das in der Anmeldung C 39 120 der gleichen Anmelderin beeohrieben ist, wird der Turm unter einem Yakuum bei einem Druck von 4,28 χ 10~² Atmosphären (0,63 peia) betrieben,

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aodaß der Siedepunkt dtr Sole nur 30⁰C betrügt. Die anderen Bedingungen dieses als Beispiel erwähnten Verfahrens lassen eich wie folgt Busanmenfassent

Sole-Zufuhrmenge = 3 409 1/Std. (750 gallona/Std.) Sole-Zufuhrkonzentration » 3#5 Oew,#

prozentuale Texdampf ung aus

den fallenden Solefilmen = 50$

Erzeugte Wassexmenge » 1 705 1/Std. (375 gallona/Std.) Menge an zurückgeführter Sole/Menge an erzeugtem

Wasser =9,6

Konzentration der zurückgeführten Sole « 7 Gew-Jß

Temperatur der Mantelseite » 30⁰C

Δ T am unteren Ende der

Röhren * 0,556⁰C (1⁰P)

Druck auf der ROhrenseite = 4,28 χ 10 Atmoaphttren=44,2 cm

Wassersäule (0,63 p.8.1.a.=17,4 inches water gauge (W.u.))

Durch den Kompressor bewirkte Druckerhöhung =» 2,67 cm Wassersäule ("1,05 inches W.G.)

Korapreaaioneverhältnis = 1,06 Gesamtwärmeübertragungsko-

effizieut (experimentell

bestimmt)- = 31,5 koal/cm²eec°C (125 BTTJ/hr

ft².°F)
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2)1· Wärmettbertragungsoberfläohe wird aue 1 800 Röhren gebildet» die aoe einem Film τοη Polyäthylen niedriger Dichte mit einer Dicke von 0,127 om (0,005 Zoll) hergestellt wurden sind, wobei jedes Rohr 15,24 m (50 feet) lang let und einen Durohmeeeer τοη 3,17 cm (1,25 Zoll) hat, wenn es aufgeblasen let. Ee hat eich gezeigt, daß bei der Durchführung dieses Verfahrene ein vernaohläsBigbarer Druckabfall entlang der Röhren entsteht.

Wenn die Mtindungsplatten 22 einen inneren Durchmesser τοη 3,175mm ble 6,350 mm (1/8 bis 1/4 Zoll) besitzen, so liegt der Druckabfall an jeder Mündung bei 2,54 om Wassersäule (1 Zoll V.O.). Venn die Mündungeplatten am Boden der Rühren angeordnet eind, wird die zusätzliche Arbeit τοη der Vakuumpumpe 11 geleistet, die eine kleine Menge τοη tfadlohtigkeltsluft zu verarbeiten hat und sie auf einen Wert zwischen 44,24 om Wassersäule (17*4 Zoll W.o.) und 1034,1 om Wassersäule (407 Zoll W.G.) (Atmoephärendruok) pumpt, d.h. einen Druckanstieg τοη 989,68 Wassersäule (389,6 Zoll W.O.) erbringt. Wenn die Mündungeplatten an den oberen Platten befestigt wären, würde die zusätzliche Belastung, mit der das Gebläse 10 belasst würde, bei einer großen Menge an Wasserdampf einen Druckanstieg τοη 2,67 cm Wassersäule (1,05 Zoll W.G.) ergeben. Man kann sehen, daß die zusätzliche Arbeit für das Gebläse duroh Mundungsplatten, die am oberen Ende der Rühren

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angeordnet sind« riel gxOBex let ale die von der Vakuumpumpe in leistende Arbeit» wenn die Mttndungeplatten iiob am Boden dex Rühren befinden.

Eb 1st vorgeschlagen worden, daß Warmeaustausoherruhren, die aus einem flexiblen Kunststoff material, z.B. aus Polyäthylenfilm hergestellt worden aind, zwiaohen den Röhrenplatten duroh die Texwendung von Standrohren getragen werden, die aua den Ruhrenplatten hervorragen, wobei die entgegengeeetaten Bnden dex Rühren über die Standrohre vereöhloeeen sind, die dann einen Teil der Waxmeaustausoherrehren bilden. Bei einer derartigen Anordnung kann eine Mttndungeplatte in einem solchen Standrohr eingearbeitet sein. Bei Standrohren, die aus Kunststoffmaterial wie Polyvinylchlorid hergestellt sind, kann eine Milndungsplatte als Bestandteil eines Standrohr*! ausgeformt sein.

Patentansprüche

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Claims

Patentanspruch β

λ Verfahren sum Austausch von Wärme zwischen einem ersten Tlud (b.B. Dampf), das duroh die Röhren eines Wärmeauataasohers mit einem Wärmeaustausoherbündel strömt und einem zweiten Plud (z.B. flüssigkeit), welches das Röhrenbündel umgibt, wobei die Anzahl der Röhren und ihre Größe von der erforderlichen WMrmeaustauschfläohe und τοη dem erlaubten Druckabfall in den Röhren abhängt und die Strömungskapazität des Röhrenbündele größer ist als die Strömungsmenge des ersten Unds, daduroh gekennzeichnet , dafl in jedem Bohr eine Verengung Torgesehen ist, wodurch die Strömungskapazität des Röhrenbündele verringert und daduroh die Strömung des ersten Tluds duroh das Röhrenbündel gleichmäßiger verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß das erste Plud ein Dampf iat, der innerhalb der Röhren in dem flüssigen Zustand kondensiert wird.

3. Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmeaustauscherröhren senkrecht angeordnet sind, das zweite Plud eino zu destilierende PXÜsdfekeit ist, welche über die äußeren Oberflächen der Röhren alt? dünner PlUssigkeitsfllm nach unten läuft und das erste Plud

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ain Dampf let, dar τοπ dan nttaaigkaitefilmen rerdampft wird aod dar komprimiert wird, beror ax innerhalb dar Röhr·η kondensiert·

4· Verfahren nach Anspruch 3# dadurch gekennzeloh· net, da0 man ale dia eu destillierende Flüssigkeit eine Salzeole and als den innerhalb dar Röhren eu kondensierenden Dampf Wasserdampf verwendet.

5. Verfahren naoh Anepruoh 1-4, daduxoh g e k β η η seiohnet, daß eich dia Verengung in jedem Rohr im Bereich aeinea AualaBendea befindet.

6. Wärmeaustauscher «ur Durchführung dea Verfahrene naoh Anepruoh 1 bis 5» enthaltend ein Rtthxenbündel, sowie Mittel sum Zuführen eines ersten Fluds durch die Rühren des RöhrenbUndels, Kittel zum Umgaben dea RÖhrenbUndela mit einem streiten Flud, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Rohr mit einer Verengung Taraehen ist·

7. Wärmeaustauscher naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daB er die Verengung in jedem Rohr am Bereioh ihres AuslaSendea hat.

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θ· Wärmeaustauscher nach Anepruch 6, dadurch g e k β η η ■ •lohnet , daß die W&rmeauetattSQherruhren ββ niere oh t angeordnet sind, daß Mittel sum Zuführen einer eu deatilllerenden Flüssigkeit von oben nach unten entlang der äußeren Oberflächen der Rühren ale dünner PlIm, Mittel sum Komprimieren des Dampfe, der duroh die Verdampfung elnea Teils des PlUeelgkeitsfilms entstanden 1st und MIttel zum Einleiten dee Dampfs in die Rühren, um ihn dort bu kondensieren, enthält.

9. wärmeaustauscher nach Anspruch 6 bia 8, dadurdh g e k e η η « Belohnet , daß die Wärmeaustauscherröhren aus einem flexiblen Kunetstoffmaterial bestehen.

',...-. Wärme aus taue eher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauaoherrönrea u,as einem flexiblen Polyäthylenfilm bestehen.

11. Wärmeaustauscher naoh Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung in jedem Rohr duroh eine Mündungsplatte gebildet wird.

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