DE1501605B1

DE1501605B1 - Waermetauscher mit einem aufrecht stehenden Behaelter fuer die zu kuehlende Fluessigkeit,in den von oben Tauchrohre hineinragen

Info

Publication number: DE1501605B1
Application number: DE19651501605
Authority: DE
Inventors: Wiklung Johan Elof; Mansson Magne Lennart
Original assignee: Boliden AB
Current assignee: Boliden AB
Priority date: 1964-12-07
Filing date: 1965-11-26
Publication date: 1970-07-09
Also published as: NL6515877A; FI44418B; US3373802A; DK137288C; GB1119772A; NO117924B; FI44418C; BE673093A; DK137288B; NL139024B; CH443379A; ES320427A1; FR1457841A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum seiner Strömung durch den Wärmetauscher er-Kühlen einer korrodierenden Flüssigkeit mittels eines wärmenden Kühlmittels durch die hierdurch verringegebenenfalls korrodierenden flüssigen Kühlmittels gerte wirksame Temperaturdifferenz abnimmt. Die mit einem aufrecht stehenden zylindischen Behälter Möglichkeit, durch fortlaufendes Verstärken der für die zu kühlende Flüssigkeit, dessen oberseitige 5 Turbulenz die Wirkung des Abnehmern der wirk-Abdeckung mehrere Einsätze aufweist, an die in den samen Temperaturdifferenz zumindest teilweise zu Raum für die zu kühlende Flüssigkeit ragende Tauch- kompensieren, wird bei diesem Wärmetauscher nicht rohre und jeweils ein Kühlmittelzufluß und ein Kühl- ausgenutzt.

mittelabfluß angeschlossen sind. Durch die USA.-Patentschrift 1 578 830 (insbeson-

Ein derartiger Wärmetauscher ist bereits bekannt io dere Fig. 12, 13) ist ein Wärmetauscher für Flüssigdeutsche Patentschrift 244 267). Bei dieser Vorrich- keiten, deren Viskosität sich in Abhängigkeit von tung ragen von der oberseitigen Abdeckung des zy- ihrer Temperatur ändert, bekannt, bei dem bei durch lindrischen Behälters sackförmige Kühlrohre nach Kopfkammerunterteiliing hintereinander geschalteten abwärts in sein Inneres, die jeweils mit einer eigenen U-förmigen Rohren der gesamte offene Querschnitt Zu- und Abführung des Kühlmittels versehen sind. 15 der Rohre zum Auslaß hin gruppenweise verringert Um zu gewährleisten, daß das Kühlmittel nach seiner wird. Mit diesem Wärmetauscher soll erreicht wer-Zuführung in das sackförmige Kühlrohr nicht un- den, daß, wenn eine bei niedriger Temperatur hochgenutzt sofort wieder durch die Abführung abfließt, viskose Flüssigkeit in ihm erwärmt wird und dadurch ist jeweils ein Zuführrohr in jedem sackförmigen deren Viskosität herabgesetzt wird, der Abfall des Kühlrohr vorgesehen, welches bis nahe zu seinem 20 durch eine Speisepumpe erzeugten Drucks gleich-Boden herabreicht. Bei dieser Vorrichtung weist das mäßig über den Weg der zu erwärmenden Flüssig-Kühlmittel infolge des zwangläufig im Vergleich zu keit im Wärmetauscher verteilt ist. Dieser Wärmeden Sackrohren kleineren Querschnitts der Kühl- tauscher, dem ein ganz anderes Problem als dem mittelzuführung im Sackrohr, dessen Wand als Kühl- Wärmetauscher der eingangs genannten Art zugrunde fläche dient, nur eine verhältnismäßig geringe Strö- 35 liegt, eignet sich nicht für korrodierende Flüssigkeimungsgeschwindigkeit auf. Dadurch kann aber keine ten, da er wiederum keine austauschbaren Einsätze sehr gute Kühlwirkung erreicht werden. Auch wird aufweist, die aber bei der erhöhten Reparaturanfälligdas Kühlmittel infolge seiner verhältnismäßig gerin- keit von Wärmetauschern für korrodierende Flüssiggen Strömungsgeschwindigkeit wenig durchgewirbelt, keiten notwendig sind, wenn der Betrieb des Wärmewodurch sich eine fast laminare Strömung ergibt, 30 tauschers nicht wegen jeder Reparatur unterbrochen deren nahe der Wärmetausehfläche befindliche Teile werden soll.

wärmer als die von der Wärmetauschfläche entfern- Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Wärmeten Teile sind. Dadurch wird die Kühlwirkung des tauscher der eingangs genannten Art, die Tauchrohre Kühlmittels natürlich nicht voll ausgenutzt. Infolge samt den zugehörigen Einsätzen unter möglichst der einreihigen Anordnung der Sackrohre können nur 35 guter Ausnutzung des Behälterraums derart anzuordwenige solche Sackrohre in dem zylindrischen Behäl- nen und auszubilden, daß die im Verlauf seines Ströter angeordnet werden, und es ist somit nur eine ver- mungswegs infolge zunehmender Erwärmung ständig hältnismäßig geringe Wärmetauschfläche bei gegebe- sinkende Kühlwirkung des Kühlmittels durch entner Größe des zylindrischen Behälters erreichbar. sprechende Erhöhung seiner Strömungsgeschwindig-Diese Nachteile führen alle dazu, daß ein Wärmetau- 40 keit mindestens teilweise ausgeglichen wird, scher der vorbeschriebenen Art nur einen verhältnis- Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einsätze

mäßig geringen Wärmetauschwirkungsgrad aufweist. sektorförmig ausgebildet sind und jeweils in Radial-Die USA.-Patentschrift 2 774 575, insbesondere richtung in mehrere Kammern unterteilt sind, be-F i g. 5, zeigt einen Wärmetauscher mit einem auf- nachbarte Kammern eines sektorförmigen Abschnitts recht stehenden, zylindrischen Behälter mit oberseiti- 45 miteinander jeweils durch eine Gruppe von Tauchger Abdeckung, an die in den Behälterraum ragende rohren verbunden sind, wobei der Strömungsquer-Tauchrohre angeschlossen sind, mit der Einzelheit, schnitt zur Behältermitte hin gruppenweise abnimmt daß die oberseitige Abdeckung in Radialrichtung in und die Kühlmittelzuflüsse an den dem Behältermehrere Kammern unterteilt ist und benachbarte umfang benachbarten Kammern und die Kühlmittel-Kammern miteinander jeweils durch eine Gruppe 50 abflüsse an den der Behälterachse benachbarten von Tauchrohren verbunden sind, wobei der Zufluß Kammern der Einsätze angeordnet sind, für das die Tauchrohre durchströmende Fluid an der Durch die Hintereinanderschaltung der Tauchrohre

dem Behälterumfang benachbarten Kammer und der innerhalb eines Einsatzes wird trotz der Vielzahl von Kühlmittelabfluß an der der Behälterachse benach- Tauchrohren eine verhältnismäßig hohe und zu einem harten Kammer angeordnet ist. 55 guten Wärmetauschwirkungsgrad beitragende Strö-

Dieser für Gase vorgesehene Wärmetauscher ist mungsgeschwindigkeit erreicht.

allerdings schon deshalb nicht für das Kühlen von Durch die Sektorform der Einsätze wird erreicht,

korrodierenden Flüssigkeiten mittels eines gegebenen- daß trotz des zur Behältermitte hin abnehmenden falls korrodierenden flüssigen Kühlmittels geeignet, Strömungsquerschnitts der an die Einsätze anweil bei dem bei korrodierenden Flüssigkeiten in er- 60 geschlossenen Tauchrohrgruppen diese den ganzen höhtem Maße zu erwartenden Ausfall von Teilen des Behälterquerschnitt gleichmäßig eng benachbart Wärmetauschers zur Reparatur dieses Teils bzw. durchsetzen. Dadurch wird eine verhältnismäßig dieser Teile jedesmal der ganze Wärmetauscher still- große Wärmetauschfläche in dem Behälter erreicht, gelegt werden müßte. Auch ist der Wärmetausch- Infolge der Abnahme des Strömungsquerschnitts der wirkungsgrad dieses Wärmetauschers verhältnis- 65 Tauchrohre zur Behältermitte hin wächst die Strömäßig gering, da der Strömungsquerschnitt für das mungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, wodurch die Kühlmittel in dessen Strömungssinn konstant bleibt sinkende Kühlwirkung des Kühlmittels zumindest und somit die Kühlwirkung des sich im Verlaufe teilweise ausgeglichen wird.

Vorteilhaft weisen alle Tauchrohre gleichen Querschnitt auf, wobei die Anzahl der jeweils zwei benachbarte Kammern verbindenden Tauchrohre zur Mitte des Behälters hin gruppenweise abnimmt. Dadurch, daß die Tauchrohre alle gleichen Querschnitt aufweisen, wird die Herstellung und die Reparatur des Wärmetauschers einfacher und weniger aufwendig.

In der Zeichnung ist die Erfindung als Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, wobei F i g. 1 einen senkrechten Schnitt und F i g. 2 einen waagerechten Schnitt des Wärmetauschers zeigt.

Der dargestellte Wärmetauscher besteht aus einem zylindrischen, innen mit einem Belag versehenen Behälter 1 mit einer Einlaßöffnung 2 für die heiße Säure in der Mitte des Bodens und einer oder mehreren Auslaßöffnungen 3 für die gekühlte Säure in der Seitenwandung des Behälters. Der obere Teil des Behälters weist einen Steg 4 auf, auf dem der Trägerrahmen 5 aufliegt. Dieser besitzt ein senkrechtes ao Blechteil, welches ein zentrales Rohrstück oder einen Schacht 6 bildet, von welchem aus Speichen 7 radial zum Umfang des Behälters verlaufen. Deckelsegmente 10 sind in die Öffnungen zwischen den Speichen eingefügt und werden von diesen getragen, und Tauchrohre in Form von U-förmigen Rohren 9 sind an den Deckelsegmenten 10 aufgehängt, so daß sie teilweise in die heiße Säure eintauchen. Diese haarnadelförmigen Rohre bestehen aus säurefestem Stahl, und ihre beiden Enden sind an der Bodenplatte 8 des Segments 10 befestigt, welches auf dem Steg 4 aufliegt. Die Rohre sind durch die Platte geführt und starr daran befestigt. Das Deckelsegment 10 ist durch Trennwände 13 in eine Anzahl Kammern unterteilt und weist Zufluß- bzw. Abflußanschlüsse 11,12 für das Kühlwasser auf, welches durch die Trennwände in dem Segment so geleitet wird, daß es in den Haarnadelrohren abwärts und aufwärts strömt. Die Anzahl der die benachbarten Kammern verbindenden Rohre verringert sich vom Umfang zur Mitte hin, wodurch das Kühlwasser während der Erwärmung eine erhöhte Geschwindigkeit erhält. Zum kathodischen Schutz des säureresistenten Stahls ist in jedes Rohr ein eisernes Blech oder eiserner Stab eingeführt, der in Form einer Sinuswelle gebogen ist, so daß an einer willkürlich gewählten Anzahl von Punkten ein metallischer Kontakt mit der inneren Rohrwandung besteht. Die Endkammern des Segments 10 sind über die Anschlüsse 11 und 12 mit den Wasserzufuhr- bzw. Abführungsleitungen 14 und 15 verbunden, welche mit Absperrventilen 16 versehen und an ringförmigen Hauptzufuhr- bzw. Abführungsleitungen 17 und 18 angeschlossen sind.

Der Schacht 6 trägt einen zentral angeordneten Antrieb 20 für eine Rührvorrichtung 19. welche dem Zustrom der Flüssigkeit durch den Einlaß 2 entgegenwirkt und die eintretende Flüssigkeit mit der bereits gekühlten vermischt. Die Strömungsrichtung ist in der Mitte im wesentlichen senkrecht abwärts und im Bereich der Rohre 9 aufwärts. Je nach der Form der Rührvorrichtung tritt eine gewisse Rotation der Flüssigkeit um die Achse des Behälters auf.

Der Schacht oder das Rohrstück 6 erstreckt sich um ein geringes Maß nach abwärts, wodurch im oberen Teil des Behälters oberhalb des Säurespiegels ein gasdichter Raum zwischen dem Schacht und der Behälterwandung gebildet wird, wodurch beim Ansteigen der Säure über das untere Ende des Schachtes ein Gaspolster gebildet wird. Diese Anordnung gewährleistet, daß selbst bei einem zu hohen Säurestand im Behälter die Säure nicht mit den Anschlußstellen der Rohre an der Bodenplatte 8 des Segments 10 in Berührung kommt.

Beim Betrieb eines Wärmetauschers entsprechend der Beschreibung und Zeichnung mit einer wirksamen Kühlrohroberfläche von 184 m² wurde Schwefelsäure in einer Menge von 6,6 m³/min von 90 auf 63° (gemessen am Einlaß und Auslaß des Behälters) gekühlt, wobei das verwendete Seewasser von 10 auf 25° C (gemessen an den Zu- und Abflüssen des Deckels) erwärmt wurde. Dabei wiesen die Rohre Einlagen auf, und der Rührer arbeitete als Rückmischer. Es ergab sich, daß 5 Millionen kcal/h übertragen wurden und ein K-Wert von 720 erzielt wurde.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt jede Art der Ausführung, die die Merkmale der Erfindung verwendet. So können z. B. die Rohre oder die Deckelsegmente oder beides aus Verbund-Material sein, z.B. außen aus rostfreiem Stahl und innen aus Kupfer. Die Rohre können auch unter Zwischenschaltung eines elektrisch isolierenden Materials an der Bodenplatte des Deckelsegments angeschlossen sein, wie z.B. durch eine Buchse aus plastischem Kunststoff, wodurch die Bildung örtlicher elektrischer Elemente mit ihrer Korrosionswirkung verhindert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher zum Kühlen einer korrodierenden Flüssigkeit mittels eines gegebenenfalls korrodierenden flüssigen Kühlmittels mit einem aufrecht stehenden zylindrischen Behälter für die zu kühlende Flüssigkeit, dessen oberseitige Abdeckung mehrere Einsätze aufweist, an die in den Raum für die zu kühlende Flüssigkeit ragende Tauchrohre und jeweils ein Kühlmittelzufluß und ein Kühlmittelabfluß angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (Deckelsegmente 10) sektorförmig ausgebildet sind und jeweils in Radialrichtung in mehrere Kammern unterteilt sind (Trennwände 13), benachbarte Kammern eines sektorförmigen Einsatzes miteinander jeweils durch eine Gruppe von Tauchrohren (U-förmige Rohre 9) verbunden sind, wobei der Strömungsquerschnitt zur Behältermitte hin gruppenweise abnimmt und die Kühlmittelzuflüsse (11) an den dem Behälterumfang benachbarten Kammern und die Kühlmittelabflüsse (12) an den der Behälterachse benachbarten Kammern der Einsätze angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchrohre alle gleichen Querschnitt aufweisen und die Anzahl der jeweils zwei benachbarte Kammern verbindenden Tauchrohre zur Mitte des Behälters hin gruppenweise abnimmt (Fig. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPV