DE1675501C3 - Einrichtung zum gleichmässigen Verteilen von Wärmetauschmedien bei Reaktionsapparaten mit einem Rohrbündel - Google Patents

Einrichtung zum gleichmässigen Verteilen von Wärmetauschmedien bei Reaktionsapparaten mit einem Rohrbündel

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DE1675501C3 DE19681675501 DE1675501A DE1675501C3 DE 1675501 C3 DE1675501 C3 DE 1675501C3 DE 19681675501 DE19681675501 DE 19681675501 DE 1675501 A DE1675501 A DE 1675501A DE 1675501 C3 DE1675501 C3 DE 1675501C3
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Description

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch 35 bei Durchtrittsöffnungen durch scharfe Kanten eine gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen in Strahleinschnürung erreicht wird, die durch abgeder dem Längsströmungsbereich der Rohre rundete Kanten oder kegelförmige Gestaltung dei (1; 10) vorgeschalteten querliegenden Platte öffnungen mehr oder weniger vermieden werden (3; 15) zusätzlich auch austrittsseitig verschieden kann (Hütte I, 1955, 801/802; Eck: »Technische ausgebildet sind. 40 Strömungslehre«, 1958, S. 226/235). Entsprechendes gilt für den Einlauf bei Rohren (Ullmann's Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. I1
S. 30/31).
Als Aufgabe der Erfindung soll nun im Sinne der 45 schon seit längerer Zeit vorliegenden theoretischen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Erkenntnisse zur Beseitigung der trotzdem noch in zum Verteilen von Wärmetauschmedien bei Reak- manchen Fällen vorhandenen besonderen Schwierigtionsapparaten mit einem Rohrbündel. Bei solchen keiten bezüglich einer gleichmäßigen Beaufschlagung Apparaten, die vor allem für die chemische Industrie aller Rohre eines Kontaktrohrbündels bei Reaktionsin Betracht kommen, werden Wärmetauschmittel 50 apparaten durch ein Wärmetauschmedium bei den vielfach beim An- bzw. Abströmen in den End- eingangs erwähnten Strömungsverhältnissen eine bereichen der Rohre quer zu dem Rohrbündel und sowohl herstellungsmäßig als auch wirkungsmäßig im dazwischenliegenden Mittelbereich in Längsrich- vorteilhafte praktische Nutzanwendung gezogen wertung des Rohrbündels geführt. den. Demgemäß besteht die Erfindung in dem er-
Dabei ergibt sich ein Problem hinsichtlich der, 55 wähnten Zusammenhang darin, daß die Durchtrittsmöglichst gleichmäßigen Beaufschlagung aller Rohre öffnungen im Anströmbereich sämtlich gleich große mit dem Wärmetauschmedium, weil je nach Lage Durchmesser aufweisen, aber mindestens ein Teil der Druckquelle (Pumpe, Propeller) und der Strom- derselben entsprechend dem in seiner Anströmrichführung des Wärmetauschmediums in den End- tung abnehmenden Vordruck des Wärmetauschbereichen des Rohrbündels verschieden lange An- 60 mediums und der dadurch bedingten abnehmenden strömwege und verschieden große Strömungswider- Strömungsgeschwindigkeit im Sinne eines größer stände bis zu jedem einzelnen Rohr vorhanden sind. werdenden Strahlquerschnittes eintrittsseitig zuneh· Infolgedessen wird das Wärmetauschmedium die mend trichterförmig erweitert ist.
näher liegenden Rohre stärker beaufschlagen. Die Erfindung läßt sich praktisch in verschiedener
Um dies zu vermeiden, hat man bei solchen Reak- 65 Weise durchführen, nämlich entweder so, daß die tionsapparaten mit einem ringförmigen Rohrbündel Durchtrittsöffnungen sich in der Platte an zwischen zwischen den vom Wärmetauschmedium quer- und den Rohren liegenden Stellen befinden oder so, daß länesdurchströmten Bereichen der Rohre quer zu die Rohre durch die in der Platte angeordneten
Dufchtrittsöffnungen hindurchgefühlt sind, die einen etwas größeren Durchmesser aufweiset als die Rohre.
Im übrigen können die Durchtrittsöffnungen in der dem Längsströmungsbereich der Rohre vorgeschalteten querliegenden Platte zusätzlich auch austrittsseitig verschieden ausgebildet sein.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen beispielsweise dargestellt
F i g. 1 zeigt im vertikalen Längsschnitt (Ebene I-I der Fig. 2) einen Teil eines zu einem Reaktionsapparat (etwa gemäß der DT-PS 1064 922) gehörenden Bündels paralleler Rohre 1, die sich zwischen einem oberen Rohrboden 2 und einem nicht dargestellten Rohrboden erstrecken. Etwas unterhalb des oberen Rohrbodens und parallel zu diesem, also ebenfalls quer zu den Rohren ist eine Verteilerplatte 3 angeordnet, welche die Rohre dicht umgibt, aber zwischen denselben eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen, gruppenweise mit 4, 5, 6 bezeichnet, aufweist, die ebenso wie die Rohre in zu diesen parallelen Reihen angeordnet sind. Eine entsprechende, nicht dargestellte Platte kann sich etwas oberhalb des unteren Rohrbodens befinden.
Mit den Pfeilen A und B sind die Strömungsrichtungen eines Wärmetauschmittels bezeichnet, das im oberen Endbereich der Rohre 1 quer zu diesen herangeführt und dann nach Durchströmen der Platte 2 längs der Rohre weitergeführt wird.
F i g. 2 gibt einen horizontalen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 in der Ebene H-II wieder, d. h. zwischen dem Rohrboden 2 und der Platte 3. Dabei ist zu sehen, daß sowohl die Rohre 1 als auch die Durchtrittsöffnungen in der Platte 3 in quer zur Anströmrichtung A des Wärmetauschmittels verlaufenden und abwechselnd zueinander versetzten Reihen angeordnet sind. In der Praxis können deshalb mehrere, z. B. zwei aufeinanderfolgende Reihen zu gemeinsamen Gruppen 4, 5 zusammengefaßt werden, in deren Bereich eintrittsseitig je ein annähernd gleicher Druck herrscht. Innerhalb jeder Gruppe sind die Durchtrittsöffnungen vollkommen gleich ausgebildet, während sie in den aufeinanderfolgenden Gruppen verschiedene Eintrittsformen aufweisen.
F i g. 3 läßt diese gruppenweise bestehenden Unterschiede der in der Platte 2 angeordneten Durchtrittsöflnungen 4, 5, 6 in größerem Maßstab bei einer der F i g. 1 entsprechenden Darstellung erkennen.
Die Durchtrittsöffnungen 4 in den beiden ersten Reihen, die vom anströmenden Wärmetauschmittel zuerst und mit dem relativ größten Druck erreicht werden, weisen eine scharfe Eintrittskante 7 auf. Dadurch ergibt sich ein gegenüber dem überall gleichen Durchmesser d dieser Durchtrittsöffnungen relativ stark verringerter Strahlquerschnitt S1.
Die Durchtrittsöffnungen S in den beiden nächsten Reihen weisen bei gleichem Durchmesser d eintrittsseitig eine geringe trichterartige Erweiterung 8 auf. Dadurch ergibt sich ein etwas weniger stark verringerter Strahlquerschnitt J2.
Die Durchtrittsöffnungen 6 in den beiden letzten Reihen, die vom anströmenden Wärmetauschmittel zuletzt auf dem relativ längsten Wege und mit dem relativ geringsten Druck — nach Überwindung des durch alle davorliegenden Rohre bedingten größten Widerstandes — erreicht werden, weisen bei ebenfalls gleichem Durchmesser d eintrittsseitig eine noch größere trichterartige Erweiterung 9 auf, die sich fast bis zum austrittsseitigen Endquerschnitt erstreckt. Dadurch ergibt sich ein gegenüber dem Durchmesser d kaum noch verringerter Strahlquerschnitt Sx Die Bedeutung dieser unterschiedlichen eintrittsseitigen Ausbildung der Durchtrittsöffnungen liegt ίο darin, daß im Bereich des eintrittsseitig größten Druckes und der dadurch bedingten größten Durchtrittsgeschwindigkeit der Strahlquerschnitt so stark verringert wird, daß die in der Zeiteinheit durchströmende Menge des Wärmetauschmittels nur ebenso groß ist wie in den anderen Bereichen, in denen eintrittsseitig geringere Drücke und dementsprechend geringere Durchtrittsgeschwindigkeiten, dafür aber relativ größere Strahlquerschnitte vorhanden sind.
Die eintrittsseitigen Unterschiede zwischen den verschiedenen Gruppen 4, 5, 6 der Durchtrittsöffnungen sind bei der dargestellten Ausführung besonders groß, um den Sinn des Erfindungsgedankens verständlich zu machen. In Wirklichkeit handelt es sich normalerweise nur um verhältnismäßig geringfügige Abweichungen, weil auch die Druckhöhenunterschiede nur gering sind und deshalb eine entsprechend geringe Korrektur durch den Gesamtwiderstandsbeiwert genügt. Gerade deshalb ist die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Maßnahme neben der vergleichsweise einfacheren Berechnung auch für die praktische Anwendung besonders einfach und somit vorteilhaft, weil für die Herstellung aller Durchtrittsöffnungen wegen ihres gleichen Mindestquerschnittes das gleiche Bohrwerkzeug verwendet werden kann. Der dann ohnehin übliche anschließende Arbeitsgang zum Verbessern der Widerstandsbeiwertc durch Entgraten, Glätten und gegebenenfalls Ansenken der Kanten bzw. Flächen läßt sich gleichzeitig zur unterschiedlichen Beeinflussung der Widerstandsbeiwerte benutzen.
F i g. 4 veranschaulicht in gleicher Art wie F i g. 3 eine andere Anordnung, bei der die Rohre 10, die an ihrem oberen Ende wieder in einen Rohrboden 11 münden, durch die Durchtrittsöffnungen 12, 13, 14 der Verteüerplatte 15 geführt sind. Die Durchtrittsöffnungen haben einen etwas größeren Durchmesser bzw. Mindestdurchmesser als die Rohre, so daß um die letzteren ein Ringspalt vorhanden ist, der im Bereich aller Rohre eine gleiche 3reite bzw. Mindestbreite hat.
Dagegen sind die Durchtrittsöffnungen auch bei dieser Anordnung eintrittsseitig verschieden ausgebildet, und zwar ganz entsprechend der vorhergehenden Anordnung, d. h. in dem vom seitlich anströmenden Wärmetauschmittel (s. Pfeil A) zuerst erreichten Bereich mit einer im wesentlichen ungebrochenen Kante 16, in dem nächstfolgenden Bereich mit einer relativ kleinen trichterförmigen Erweiterung 17 und in dem letzten Bereich mit einer größeren trichterförmigen Erweiterung 18. Auch hierbei sind diese Unterschiede zwischen den verschiedenen Gruppen von Durchtrittsöffnungen zum besseren Verständnis größer dargestellt als es in Wirklichkeit der Fall ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

diesen liegende; VerteilerplaKen mit verschieden PatentansDriiche· großen, proportional den relativen Druckhöhen an ratentansprucne. B^ r^^ stellen bemessenen Durchtrittsquer-
1. Einrichtung zum gleichmäßigen Verteilen sduiittoianffoi^^DT-PS 10 649M)^
von Wärmetauschmedien bei Reaktionsapparaten 5 Diese Maßnahme eignet sich be. verhaltn^maßig mit einem Rohrbündel, wobei die An- bzV Ab- großen »n*»«**«?^™^^*1 ZenT Strömvorrichtung des Wärmetauschmediums in traler Zuführung des Warmetauschmechuins und den Endbereichfn der Rohre quer zu dem Rohr- demgemäß radial von innen nach außen gerichteter bündel ist und im dazwischenliegenden Mittel- Durchströmung eines nngfornugen Rohrbundeis erbereich in Längsrichtung des Rohrbündels ver- io geben, weil dabei der Druck des Warmetauschläuft, wobei zwischen den quer- und längsdurch- mediums nicht nur durch die Strömungswiderstand^ strömten Bereichen den Rohre die Rohre um- sondern audTdurch die trotz einer radial abnehmengebende Platten mit mehreren Durchtrittsöffnun- den Menge zunehmenden ringförmigen Stromungsgen afigeordnet sind, dadurch gekenn- querschnittebeeinflußtwird. _
zeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen im t5 Wenn dagegen die Druckunterschiede verhaltnis-Anströmbereich (4, 5, 6; 12, 13, 14) sämtlich mäßig gering sind, wie sie sich bei Zuführung des gleich große Durchmesser (d) aufweisen, aber Wärmetauscfamediums über einen außenhegenden mindestens ein Teil derselben (S, 6; 13,14) ent- Ringkanal und demgemäß einer in umgekehrter sprechend dem in seiner Anströmrichtung abneh- Richtung, nämlich radial von außen nach innen gemenden Vordruck des Wärmetauschmediums und *> richteten Durchströmung eines!ringförmigen Rohrder dadurch bedingten abnehmenden Strömungs- bündeis ergeben, wobei zu abnehmenden Mengen geschwindigkeit im Sinne eines größer werdenden auch abnehmende ringförmige Stromungsquerschnitte Strahlquerschnitts (s., i„ s.) eintrittsseitig zuneh- gehören, lassen sich verschieden eroße Durchtnttsmend trichterförmig erweitert ist. querschnitte der Verteilerplatten nur schwer oder
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch »5 überhaupt nicht mit genügender Genauigkeit festgekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen legen.
(4,5, 6) sich in der Platte (3) an zwischen den Hinzu kommt, daß verschieden große Durchtritts-
Rohren (1) liegenden Stellen befinden. querschnitte in einer solchen Verteilerplatte wegen
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch der dazu erforderlichen verschiedenen Bohrwerkgekennzeichnet, daß die Rohre (10) durch die in 30 zeuge einen entsprechenden fertigungsmäßigen Aufder Platte (15) angeordneten Durchtrittsöffnungen wand erfordern und bei kleinen gegenseitigen Ab-(12,13,14) hindurchgeführt sind, die einen etwas ständen der Öffnungen oder/und Rohre auch sonst größeren Durchmesser (d) aufweisen als die nicht besonders günstig sind.
Rohre. Ferner hat man durch Versuche festgestellt, daß
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