DE1943625A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kuehlung einer Fluessigkeit - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Kuehlung einer Fluessigkeit

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DE1943625A1
DE1943625A1 DE19691943625 DE1943625A DE1943625A1 DE 1943625 A1 DE1943625 A1 DE 1943625A1 DE 19691943625 DE19691943625 DE 19691943625 DE 1943625 A DE1943625 A DE 1943625A DE 1943625 A1 DE1943625 A1 DE 1943625A1
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Wiener Hans Berthold
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
    • B01D9/0004Crystallisation cooling by heat exchange
    • B01D9/0013Crystallisation cooling by heat exchange by indirect heat exchange
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
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Description

PATENTANWÄLTE Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling
Dipl.-Chem. - pipl.-lng. Dipl.-Chem.
8000 MÜNCHEN 2
TAL 33
TELEFON 0811/22 6894
TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT
München 27. August 1969 case H. 21339 /T 3261
Imperial Chemical Industries Limited London, England
Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Flüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung einer Flüssigkeit.
In Verfahren zur Oefrierung von Flüssigkeiten, die z.3. para-Xylol und mindestens ein anderes Xylol und/oder Ethylbenzol enthalten und bei denen man zur Herstellung von Ausschlcmrnungen, die eine Mutterlauge und' Kristalle enthalten, dicfse mit einer gekühlten rläche in Berührung bringt, ist es erwürncht, die gekühlte Fläche mit Schallschwingungen zu erregen, um zu verhindern, daß sich feste Ablagerungen auf der gekühlten Fläche aufbauen. ΛΛΑ_ Λ
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Mündliche Abreden, insbesondere durch Telefon, bedürfen schriftlicher Bestätigung Dre«dner Bank München Kto. 109103 ■ Po»Ucheckkonto München 11 ββ 74
Um cine befriedigende Intensität der Vibrationen an der gekühlten Fläche zu erhalten, ist es erwünscht, soweit wie möglich den Verlust von Schallenergie von der gekühlten Flache zu vermeiden, der auf einer Übertragung zu anderen Teilen der verwendeten Vorrichtung beruht. Dies kann z.B. erzielt werden, indem vibrierende Teile flexibel gelagert werden und indem ihnen die Flüssigkeit oder das Kühlmittel bzw. Kältemittel durch Balge bzw. Federungseinrichtungen, wie in der britischen Patentschrift 1 1OU 508 beschrieben, zugeleitet wird. Eine derartige Ausbildung beinhaltet jedoch eine Anzahl von Konstruktionsschwierigkeiten; z.B. sind Bälge von Natur aus schwach.
Gemäß der Erfindung besitzt die Vorrichtung zur Abkühlung einer Flüssigkeit zur Herstellung einer Aufschlemmung eine erste Rohrlänge aus thermisch leitendem Material, das auf entgegengesetzte Seiten ein kühlmittel und die zu kühlende Flüssigkeit berühren soll, wodurch eine gekühlte Fläche gebildet wird.,
eine zweite und eine dritte im wesentlichen mit der ersten koaxiale Rohrlänge, welche jeweils an einem Ende mit dem gleichen Ende der ersten ·'Rohr länge verbunden sind, wobei die zweite Rohrlänge mit der ersten Rohrlänge ein Kühlmittel oder Flüssigkeit enthaltendes Gefäß, begrenzt,
Mittel zur Drehschwingungserregung mittels Schall der zweiten und der dritten Rohrlänge, wobei die Mittel von der Flüssigkeit oder dem Kühlmittel durch die zweite oder die dritte
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ORlGWAL
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getrennt sind und die Rohrlänge, die erregt wird, den gleichen Durchmesser wie die erste Rohrlänge besitzt oder die Verbindung zwischen den PohrlSngen an einem Schwingungsbruch vorliegt, starre Auflager für die freien Enden der Rohrlängen an Knotenpunkten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird beim Verfahren zur Abkilhluntr einer Flüssigkeit zur Fersteilung einer Aufschwemmung in der Vorrichtung die erste Fohrlänge mit der Flüssigkeit auf der einen Seite und iit einem Kühlmittel auf der anderen Seite in berührung gebracht, wird die zweite oder die dritte Pohrlän^e in Drehschwingung versetzt und wird die Aufschlenraung von der Vorrichtung abgezogen,
Die Frequenz der Schallvibraticn kann im Bereich von 0,5 χ
3 3 3
10 bis 30 χ 10 und vorzugsweise im Bereich von 8 χ 10 bis 20 χ 10 Schwingungen je Sekunde liegen.
Dei der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht eine Tendenz zur Rcflektion der Vibration von den festen Auflagern; auf
diese '..'eise wird die Vibration in den vibrierenden Teilen der Anordnung gehalten. Die Rohre selbst können sich, falls ~ewünscht, über die festen Auflager hinaus erstrecken, oder diese können sich an den Röhrenden befinden.
V'enn die orrerte P.ohrlclnge den gleichen Durchmesser wie die erste. Rchrl^n^n besitzt, führt das zu einer Verlängerung der ^ohrlünge; die Verbindung kann in derartigen "r'llen aus
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drei Rohren, von don zvrei den gleichen Durchmesser besitzen, . oder vorzugsweise aus zwei ursprünglichen Rohren von unterschieo--1 ich em durchmesser gebildet werden, indem ein Rohr an der Peripherie eines Endes mit den andere"1. Rohr verschweißt -uirch
Vorrichtungen o;emüß- der Erfindung können auf viele verschiedene V/eisen hergestellt werden. Die ^esten Auflager der ersten und der zweiten Rohrlänge können Endplatten, die. Begrenzungen . eines i'ühlmittelbehälters (unter Einschluß einer Anzahl ähnlicher Systeme) bnlden, oder Endvzandungen eines einzelnen Kühlmittelmantels sein.
Bei einer1 Ausführung form gemäß der. Erfindung ist ein thermisch leitendes Fohr, das zur P-erührunn; mit einen Kühlmittel an seiner Außenseite vorgesehen ist, fest 'an. seinen Enden ^cIa σ er t und- an einem dazwischenliegender. Schwin^uno-cpunkt. m.it einem' koaxialen Innenrohr verbunden, das mit Mitteln zu seiner Tchuinrrungserregung versehen ist. Die Längen des sich auf jeder Seite der Verbindung"erstreckenden thermisch leitenden Rohrs bilden auf diese '..'eise die erste und die zv:eite Ro]irlänp;e. Tlüscigkeit, die in dieser Au3führunssfor:.i gem^ß. der rrfindun^ ^e-J'ühlt r.;erclen soll, wird sowohl durch die erste Rohrl"np;e aln auch durch das Innenrohr geleitet. Alternativ kann ein thermisch leitendes Rohr, -das zvrischen festen Auflagern angeordnet ist, z.?-. 'an1 einem rchrir.gunn;sbru±i mit einer koaxialen äußeren '1''Ilse _ ■ verbunden sein, die r-.it einem weiteren festen Auflager an einem Knotenpunkt verbunden ist, v.'obei: das zuletzt angeführt α -este Auflager und eines der Au^la^er des thermisch leitenden ^ohres
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einen Kühlnittclmantel oder -behälter berrenzen und die Länge des thermisch leitenden Rohres, welche sich-außerhalb des Kühlmittelmantels oder -behältern erstreckt, mit Mitteln zu seiner Drehschwingungnerregung vernähen ist,
. Kühlmittel zur Kühlung der gekühlten Fläche können in irgendeiner Kälteanlage gekühlt i/erden, die-in- bekannter '.'7eise ausgebildet sein kann. Das Kühlmittel kann z.B. Ammoniak, Äthylen, Äthan oder Kohlendioxyd sein. 'Geeignete Kühlmittel sind jedoch, wenn nur wenig herabgesetzte Temperaturen erforderlich sind, . Sole, Benzin, Methanol und Aceton oder vorzugsweise ein Pentan z.B. n-Pentan.
Eine Anzahl der Kühlmittel zur Kühlung der Fläche (z.B. Ammoniak, Äthylen, Äthan und Kohlendioxyd) verdampfen im allgemeinen beim Kühlverfahren -und liefern so einen ?tc;iedeeffekt", jedoch-kann dieser durch Anwendung hoher Drucke unterdrückt werden» Kühlmittel dieser Art sind besonders zur Erzeugung niedriger Temperaturen geeignet, die bei der Behandlung von:Mischungen angewendet werden, die para-Xylol und ein oder mehrere andere Xylole und/oder Ä'thylfcenzol mit nur einem geringen Gehalt an (z.P. 10-301, insbesondere 15-25 Gewichts-%) p-Xylol enthalten.
Geeignete gekühlte Flächen bestehen aus irgendeinem gegen die im Verfahren angewendeten Temperaturen beständigen Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit und niedriger Dämpfung der Schallvibration, z.F>, Alluminium und seinen Legierungen,
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vielen Kupf er legierungen,, insbesondere den Kupfer-BerrylHiryle^- '■>'■ gierungen und Messing, vorzugsweise "jedoch "Strahlen, 3.3, rostfreiem 'Stahl. ·
Die Quelle der Schällvibrationen kann -ζ.3. eine ■piezoelektrische Vorrichtung oder ein Generator für einen elektrischen Strom zusammen mit einer Spule sein, die über den" Generator verbunden ist und einen Kern aus magnetostriktivem Material■umgibt-, wobei die Quelle tangential'- entweder direkt oder indirekt, z.3. durch einen Geschwindigkeitsumformer zur Verstärkung der Vibrationen, mit dem zu erregenden Rohr verbunden ist. Die Quellen können nif einem oder mehreren, vorzugsweise mit " mindestens drei radialen Abschnitten bzw. Stufen eines am "ohr befestigten Kings verbunden sein, . *
Die Verbindung des Kerns und/oder des GeschwindigkeitS-umformers mit einem vibrierenden Teil der Vorrichtung kann * durch Schweißen erzielt werden.
Vorzugsweise weisen die Schallvibrationen eine akustische Energie von zUFU 0,108 bis .5.3 »8',-fatt .je dm2 (1 bis 500 '-fatt'pro' sq*ft) der gdkühlten Flache auf. Tm allgemeinen v/erden ab 0,216 Watt ja dm2 C2 Hätt pro sq.ft*) ■
(100 Watt pro sqft*) angewendet»
Γ'/att je dm C2 t?ätt pro sq..ft*) und meistens 10,8 Watt je dm2
Vorzugsv/eiae soll die zu kühlende Flüssigkeit an der Innenseite, der ersten ^ohrl/'nge vorliegen und soll die erste Pohr-
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länge von c-inen Kühlmittel umgeben sein.
nie Flüche der ersten Rohrlür.oc, welche die Γ1"5πί 'i-.fiit berührt, kann sich bei' einer Temperatur im bereich von 5° bis 50° C, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 300C .ünterhcTlb der Temperatur der riüsnibbelt befinden, die bei ihrer1 ''ristallisationspunkt abgekühlt ist. rine bevorzugte TemperaturKlifrerer.;T, beträgt 15° bin 25°C. Je grö£er die "Ternpcraturdif f ercnz int, umso grofter ist die erforderliche r.nerr;ie der f'challvibrat ionen. Im fall von "tischun^en von para-Xylol und einem oder mahrerer. Xylolen und/oder Ethylbenzol ist die geeignete Tnmperaturdifferenz umso kleiner, je größer die Konzentration vor. p-"ylol ist.
Vorsup.sv:c5.Ge ist die ^l^che der ersten Pohrlc'n^e, v;elche die Flüssigkeit be^'Tiirt, ^l
Es ist er\.'ünscht, daß die Fl'tssiglceit durch die erste ?,ohriToloitet vird. Ts ist bevor'^u^t, daß die lineare Strlhmn^srate mindestens 15,2 cm je Sekunde (6 in)' . " betreibt und daß die Strömunr; turbulent ist. Die FliVcsirkcit kann, ^aIIs ^cv.'ünscht, gerührt vrercen.
T.ζ nc .'.usf "shrun^sf orm «remüiT .der Frfindun^ v:iu . nachste'neno anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Aufriß einer Vorrichtung rrerui/5- der Frf indung zei^t.
Γ in -reruns p.ohr 1 η it einem Innendurchmesser von 15,2 cm (G in) und einer L".n,"<: von 3SP6 π Cl2 ft) nit einer 'Tandst;irke
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BAD ORIGINAL
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von 0,3.2 5 cm (0.128 in) ist an einem Ende im Rohrflansch 2 und in einem Abstand, von 3,05 m (10 ft) vom Rohrflansch 2 in einen zweiten Rohrflansch 3 befestigt. Die Rohrflansche v/eisen die folgenden Dimensionen auf: Innendurchmesser 38,1 cm (15 in), ausgebührt zur Aufnahme des Rohrs 1, Stärke 3,492 cm (1.375 in). Ein weiteres Rohr 4- mit eirem Innendurchmesser von 203 cm (8 in) umgibt das Rohr 1, wodurch ein Kühlmittelmantel gebildet wird; in dem Roh-· 4 sind ein Einlaß 5 und ein Auslaß 6 gebildet.
Ein inneres Rohr 7 ist mittels eines gedrehten Flansches (spun flange) an einem Ende mit dem inneren Umfang des Rohrs 1 in einem Abstand von 30,5 cm (12 in) von dem an seinem Ende befindlichen Rohrflansch verschweißt. Das Innenrohr Ist zum Rohr 1 konzentrisch und ist mit einem Antriebsring 8 - 61 cm (24 in) von der Verschweißung und 30,5 cm (12 in) von seinem anderen Ende entfernt - versehen, wobei auf dem Ring·8 tangential acht magnetostriktive Oberträger in vier Paaren befestigt sind, die
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bei einer Frequenz von 2,5.x 10 bis 8 χ 10 Schwingungen je nel de bei einer elektrischen Leistungsaufnahme von SOG Watt arbeiten. Das Innenrohr 7 weist einen Innendurchmesser1 von 12,7 en (5 in) und eine V.'andstärke von 0,635 cm (0.250 in) auf.-
An den freien Enden der Rohre 1 und 7 sind Flansche 9 und 10 vorgesehen, die eine Verbindung der Rohre mit weiteren Einrichtungen erleichtern sollen. Der Flansch 10 und der Rohr-
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"flansch 3" sind an Knotenpunkten' angeordnet' , uia zu daß durch sie Vibrationen' zu anderen forrIchtunigKteIlen wbertrafen werden^ für den Flansch- 9 Ist es jedoch nicht: erforderlich,-daß er sich an einen -Knotenpunkt bef ludet» BIe Länge, des Rohres 1 zwischen dem-Rohrflansch: 3 und der Verbindung mit dem Rohr 7 stellt die erste Rohrlänge dar, die Län^e des Rohres zwischen der Verbindung Bit dem Rohr 7 und dem-Rohrflansch 2 stellt die zweite RolirläniTe und das Rohr 7 die dritte Rohrlänge dar.
Die Vorrichtung wird betrieben, indem die zu kühlende Flüssigkeit durch das Innenrohr und ein Kühlmittel durch das Außenrohr geleitet wird, während die Oberträger betrieben wer- ' den., urn eine Drehschwingung mit einer Frequenz von z.B. 2,67
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χ 10 oder 8 χ 10° Schwingungen je Sekunde unter Verwendung einer ifellenlänge von 122 cm bzw. 10,6 cm (48 In. bzw. 16 in) zu erzeugen.
Die Innenfläche des Rohrs 1 Ist von der Verbindung mit dem gedrehten Flansch des Rohres 7 bis zum Rohrflansch 3 ausserst glatt, .
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Claims (1)

1343625,
( ±J Vorrichtung zur» -KuIulung einer FliissigkeIt zur !S einer ftufschlemmungy mit einer ersten Rohrlengeaus thermisch : * leitendem Material, welche ziir Berührung mit einem -Kühlmittel·1 iJ und der zu kühlenden Flüssigkeit auf entgegengesetzten Seiten ·■ bestimmt ist, gekennzelGhnet durch
eine zweite und eine dritte mit der ersten Im wesentlichen koaxiale Rohrlänge, die beide an einem Ende mit dem gleichen Ende der ersten Röhrlänge verbunden sind, wobei die zweite Rohr länge mit der ersten Rohrlänge ein Kühlmittel oder FlüsSi.g-■ keit enthaltendes Gefäß begrenzt, . .·
Hittel (8) zum Erregen der zweiten oder der dritten Rohrlänge mit Gcnalldrehsehwingungen, wobei die Mittel von der Flüssigkeit oder dem Kühlmittel durch die zweite oder die dritte Rohrlrnge getrennt sind und die erregte Rohrlänge den gleichen Durchmesser wie die erste Rohrlänge besitzt oder die Verbindung zwischen den Rohr längen ein Sehwingungsbruch IsCj1 und durch starre Auf* lager für fre,ie Abschnitte der Rohr längen an. Schwlngungskiaoten oder Knotenpunkten,
1. Vprri'Ghtung nach Anspruch 1,' gekennzeichnet durch Mit (8) zur Erregung der zweiten und der dritten Rohrlänge nit Drehschwinguna;en, welche Vibrationen init einer Frequenz im. p.c-
3 3 ■:■■'·./■""
reich von Ο,ΐ χ 10 bis 30 χ 10 . Schinc;ungen je Sekunde, vorsugs-
3 3
V7exse iin Bereich von 3 χ 10 bis 20 χ 10 Schwingungen je Se-
künde erziilgen.; 0 Q 9 ä 1 1 / 1 0 1 2
3. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch leitende Rohr (1), das zur Berührung mit cinejn. Kühlmittel an seiner Außenseite bestimmt ist, an seinen Enden fest gelagert und dazwischen an einem· Schwingungsbruch mit einem koaxialen Innenrohr (7) verbunden ist, das mit Mitteln (0) zu seiner Erregung mit Dreh-
'schwingungen versehen ist.
4. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel' zur Γ-rregung der zweiten und der dritten p.ohrlänge mit Schalldrehschwinniungen einen an dem Rohr (7) befestigten Ring, der mindestens drei radiale Stufen bzw. Abschnitte besitzt, und Schallvibrationsquellen ausreisen, die mit den Abschnitten tangential zum Rohr verbunden sind,
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rohr länge an ihrer die zu kühlende Flüssigkeit berührenden Fläche glatt ausgebildet ist.
• G. Verfahren zur Kühlung einer Flüssigkeit zur Bildung einer Aufschlerunur.^ ir. einer Vorrichtung gemäß einer* der vorhergehenden Ansprüche, fcei den.die erste Rohrlänge auf einer Seite*nit der Flüssigkeit und auf ihrer anderen Seite mit einem Kühlmittel zur Bildung der Aufschlemnunf in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite oder die dritte ^ohrlänge mit Schalldrehschwingunger. erregt.
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7. Verfahren nach "nspruch G, dadurch gekennzeichnet, da.15, man Schallvibrationen mit einer Schallenergie von 0,1^8 bis
53, S- datt je dm"" Cl bis 500 V.'att pro sq. ft) der Oberfläche
der ersten Rohrlänge anwendet. '
8. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nan die zu kühlende Flüssigkeit an die Innenseite der ersten Rohrlänge bringt..
9. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fläche der erster, die zu l:";hlende Flüssigkeit berührenden Rohrlr.n^e bei einer -Oberflächentemperatur in Bereich von 5 bis 50°G, vorzu^sv/eise im Bereich von 10° bis 30°, unterhalb der Temperatur der an ihren Kri'stallisationGpui'-t abgekühlten Flüssigkeit in Berührung bringt.
10. Verfahren nach einen der vorhergeSenden Ansprüche, dall. . durch gekennzeichnet, daß nan die Flüssigkeit durch die erste Rohrlänge bei einer linearen Strömungsrate von nindestens 15,2 cn (6 in) je Sekunde vorzugsweise turbulent strömen läßt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß man als gekühlte Flüssigkeit eine Mischung aus para-Xylol und mindestens einem anderen Xylol und/ oder .Ethylbenzol verwendet.
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