DE1963394A1 - Kuehler fuer den Durchlauf einer regelbaren Teilmenge des in einem Reaktionsbehaelter umgewaelzten Waermetraegers - Google Patents

Kuehler fuer den Durchlauf einer regelbaren Teilmenge des in einem Reaktionsbehaelter umgewaelzten Waermetraegers

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DE1963394A1 DE19691963394 DE1963394A DE1963394A1 DE 1963394 A1 DE1963394 A1 DE 1963394A1 DE 19691963394 DE19691963394 DE 19691963394 DE 1963394 A DE1963394 A DE 1963394A DE 1963394 A1 DE1963394 A1 DE 1963394A1
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Description

8>Go iio^f/tiudorf /Donau, den 16.12.1969
Klsenbau, Ges.m.b.H.
ΤΛ. Pat
Cn /Pa
7Vr' 65
Kühler für den Durchlauf einer regelbaren Teilmenge des in einem Reaktionsbehälter
umgewälzten Wärme trägers
In Reaktionsbehältern zur Durchführung chemischer Reaktionen (Kontaktöfen) wird Wärme an einen Wärmeträger, vorwiegend Salzschmelze, übergeführt. Der Wärmeträger wird im Reaktionsbehälter mit Hilfe einer Pumpe umgewälzt, wobei zürn Einhalten konstanter Temperaturverhältnisse ein Kühler eingeschaltet ist. Dabei wird die im Reaktions-, behälter anfallende Wärme an das im Rohrbündel des Kühlers umgewälzte Wasser abgeführt.
Um eine bestimmte Betriebstemperatur einzuhalten, gibt es bisher im Prinzip zwei Möglichkeiten:
a) der gesamte Wärmeträger strömt im Kreislauf vom Reaktionsbehälter in den Kühler und wieder zurück. Die Regelung der Temperatur durch abgeführte Wärme erfolgt durch die zugeführte Speisewassermenge des Kühlers.
b) von dem im Reaktionsbehälter umgewälzten Wärmeträger wird nur einTeilstrom abgezweigt, der durch einen Kühler und anschliessend wieder zurück in den Reaktionsbehälter geleitet wird. Dort vermischt sich dieser Teilstrom mit dem übrigen Salzbad. Die Anschlüsse zum Austritt und Wiedereintritt des Teilstromes werden
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im Reaktionsbehälter an den Stellen angeordnet, an denen ein Druckunterschied vorhanden ist. Dadurch ist keine zusätzliche Umwälzpumpe für diesen Teilstrom erforderlich.
Das unter a) beschriebene System hat denNachteil, dass zwangsweise die Verdampfung und Überhitzung des Wassers in einem Rohrfeld erfolgt. An den Stellen, an denen das Wasser in der Dampfphase übergeführt wird, entstehen hohe thermische Wechselbelastungen der Werkstoffe, die häufig zu Spannungsrissen führen.
Bei dem unter b) beschriebenenSystem gibt es Kühler, bei denen die Regelung der durch den Kühler fliessenden Teilmenge des Kühlmediums mit einem Schieber erfolgt. Auch eine solche Bauart hat Nachteile.
Bei niedriger .Belastung des Reaktionsbehälters ist wenig Wärme abzuführen. Dann wird die Salzmenge durch den Schieber stark gedrosselt. Die entsprechend kleinere Menge des Wärmeträgers strömt somit verhältnismässig langsam durch den Kühler. Durch die grosse Verweilzeit wird das Salzbad stark abgekühlt. In den Reaktionsbehälter strömt somit wenig Salzbad mit grosser Temperaturdifferenz zurück, wodurch im Reaktionsbehälter betriebsmässige Störungen verursacht werden. Ausserdem werden die Werkstoffe durch die grossen Temperaturdifferenzen infolge Wärme spannung en hoch beansprucht .
Ist dagegen vom Reaktionsbehälter viel Wärme abzuführen, dann wirdjker Schieber weit geöffnet. Die Teilmenge des Wärmeträgers, die durch den Kühler fliesst, ist gross, da-
cn her ist die Verweilzeit im Kühler klein. Das Salzbad hat
m also am Austritt des Kühlers noch eine verhältnismässig hohe Temperatur. In den Reaktionsbehälter strömt dann Tlel
Salzbad mit kleiner Temperaturdifferenz zurück.
Da also die abzuführend eWärmeinenge der Temperaturdifferenz (Kühlereintritt / Kühleraustritt) umgekehrt proportional ist, lässt sich die Anlage kaum in dem gewünschten Sinne regeln« Ausserdem lässt sich wegen der vorstehend geschilderten Verhältnisse die Fläche der Kühler nicht genau berechnen* Ist also die Kühlfläche zu gross bemessen, dann hat die in äen Reaktionsbehälter zurückfliessende SaIzbadtei!menge bei allen Belastungsbereichen angenähert die unzulässig niedrige Temperatur des Wassers im Kühler.
Ferner wird die im Reaktionsbehälter herrschende Strömungsverteilung dadurch verzerrt, dass bei der Regelung durch den Schieber die aus dem Umlauf im Reaktionsbehälter vorübergehend abgezweigte und durch den Kühler strömende Teilmenge jeweils verändert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Mängel zu beseitigen. Demgemäss besteht die Erfindung darin, dass im Bereich des Kühlers ein Bypass angeordnet ist, der mittels eines Regelorgans zur veränderbaren Unterteilung der aus dem Reaktionsbehälter abgezweigten gleichbleibenden Teilmenge des Wärmeträgers in zwei vorübergehend parallelgesehaltete und dann wieder zusammengeführte Ströme dient, von denen nur der eine das Kühlerrohrbundel beaufschlagt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das als Schieber ausgebildete Regelorgan so angeordnet, dass es je nach seiner Lage einen grösseren oder kleineren Teilquerschnitt des zur Zuführung der aus dem Reaktionsbehälter 109827/0548
abgezweigten Wärme trägermenge zur Kühleinrichtung dienenden Eintrittsstutzens mit dem Bypass verbindet:.
In diesem Zusammenhang ist ferner zweckmässig, dass das Kühlerrohrbundel in an sich bekannter Weise exzentrisch zur Längsachse eines zugehörigen Aussenmantels angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in dem Sinne, dass der breiteste Teil des durch den Aussenmantel^md einen Innen— mantel gebildeten ringförmigen Bypasses auf der Eintrittsseite im Bereich des Regelorgans liegt.
Auch empfiehlt es sich, dass innerhalb des das Kühlerrohrbündel zur Abgrenzung gegen den Bypass umgebenden Innenmanteis in axialen Abständen abwechselnd grossere und kleinere ringförmigeScheiben angeordnet sind» die im Sinne einer schlangenformigen Führung der zu kühlenden Teilmenge des Wärme trägers an ihrem/inneren bzw. äusseren Umfang einen Durchtrittsquerschnitt freilassen.
Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in einer Ausführungsforra, aber in Anwendung bei verschiedenen Gesamtanordnungen dargestellt. Es zeigen schematisch
Fig. 1 einen Kühler im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kühler,
Fig. 3 die Anordnung des Kühlers bei einem Reaktionsbehälter mit innenliegender UmwäIzeinrichtung,
Fig. 4 die zugehörige Draufsicht, Fig. 5 die Anordnung des Kühler3 bei einem
Reaktionsbehälter mit aussenliegender Umwäl.zei nri ch tung,
Fig. 6 die zugehörige Draufsicht.
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Der Kühler gemäsa Fig. 1 und 2 weist einen Aussenmantel 1 auf, in dem ein Rohrbündel2 mit den beiden Rohrplatten 3, 4 und den anschliessenden Hauben 5, 6 exzentrisch angeordnet ist. Das Rohrbündel 2 ist in seinem mittleren Bereich von einem Innenmantel 7 umgeben, innerhalb dessen in gleichmässigen Abständen und mit abwechselnd grösseren und kleineren Durchmessern mehrere ringförmige Scheiben 8-10 bzw. 11, 12 übereinander angeordnet sind. Die grösseren Scheiben 8-10 reichen mit ihrem Aussenrand bis an den Innenmantel 7 bzw. sogar noch darüber hinaus; die kleineren Scheiben 11, 12 mit ihrem Innenrand bis an ein das Rohrbündel 2 in dem von seinen Rohren freien Mittelraum auf ganzer Länge durchsetzendes Rohr 13. Dadurch wird die zwischen einem seitlichen Eintrittsstutzen 14 und einem seitlichen Austrittsstutzen 15 durch den Innenmantel 7 strömende Teilmenge des Wärmeträgers im Bereich des Rohrbündels 2 gemäss den in Fig.l angegebenen Pfeilen schlangenförmig von unten nach oben geführt, um eine möglichst gute Wärmeübertragung an das durch die Rohre des Rohrbundeis 2 strömende Kühlmittel zu erreichen. Dieses Kühlmittel wird durch das zentrale Rohr 13 in den durch die untere Haube 5 begrenzten Sammelraum zugeführt und durch ein Rohr 16 aus dem durch die/obere Haube 6 begrenzten Sammelraum abgeführt.
Der Eintrittsstutzen 14 und der Austrittsstutzen 15 liegen vertikal übereinander etwa in Höhe des unteren bzw. des oberen Endes des Rohrbündels 2, undfewar im Umfangabereich der gross ten iipaltbreite zwischen dem Aussenmantel 1 und dem Innenmantel 7. In diesem Bereich ist ein kastenförmiger Schieber 17 angeordnet, der mittels einer Stange 18 in
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Führungen 19 auf und ab bewegt werden kann, wodurch er einen grosseren oder kleineren Tei!querschnitt des Eintrittsstutzens 14 zum Durchtritt einer entsprechenden Menge des Wärmeträgers zwischen das Rohrbündel 2 freigibt, während der restliche Teilquerschnitt des Eintrittsstutzens mit dem als Bypass 20 dienenden Spalt zwischen dem Aussenmantel 1 und dem Innenmantel 7 verbunden ist. Die durch diesen Bypass strömende Teilmenge des Wärmeträgers wird also von dem Kühlmittel praktisch nicht beeinflusst und mit der gekühlten Teilmenge erst unmittelbar vor dem Austrittsstutzen 15 wieder zusammengeführt.
Um die Trennung der beiden Teilmengen des Wärmeträgers beim Eintritt in den Aussenmantel 1 des Kühlers in dem vorerwähnten Sinne durchzuführen, erstreckt sich die unterste Scheibe 8 über den Innenmantel 7 hinaus bis an den Aussenmantel 1, wobei in dem sichelförmigen Spalt zwischen beiden Hanteln nur eine Anspannung zur abdichtenden Durchführung des Schiebers 19 vorgesehen ist.
Diese Bauart des Kühlers gemäss der Erfindung hat neben einer einfachen, übersichtlichen Konstruktion mehrere
betriebsmässige Vorteile.
Die Umwälzmenge des Wärme trägers, die durch den Salzbadkühler strömt,und somit auch die Umwälzmenge und Strömungsverteilung im Reaktionsbehälter sind bei allen Belastungsbereichen konstant.
Die Regelcharakteristik verläuft linear, d.h. die Temperatürdifferenz zwischen Salzbadeintritt und SaIz-
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badaustritt des Kühlers steigt linear, nämlich zwischen O bei unbelasteten Reaktionsbehälter und der maximalen Teraperaturabweichung bei Vollbelastung. Bei Temperaturabweichung 0 ist der Schieber unten und die gesamte Menge fliesst über den Bypass, ohne in den Bereich des Kühlerrohrbündels zu gelangen. Bei Belastung wird der Schieber hochgezogen, dabei nimmt das die Kühlerrohre beaufschlagende Medium zu und die übrige Menge, die durch den Bypass geführt wird, ab. Die Temperaturdifferenz zwischen Salzbadeintritt und Salzbadaustritt des Kühlers stellt sich nach dem Vermischen der beiden vorübergehend getrennten Teil-Ströme ein.
Die erforderliche KühlflächeKann nicht exakt berechnet werden. Zudem wird der «'ürmeübertragungswert mit der Zeit infolge der Verschmutzung geringer. Bei den bekannten Systemen hat das den Nachteil, dass der Wärmeträger am Anfang zu stark abgekühlt wird und nach längerer Betriebszeit die Gefahr besteht, dass die Wärme nicht mehr ausreichend übertragen werden kann. Dieser Nachteil wird bei der vorliegenden Erfindung beseitigt, indem die Kühlfläche grosser als zunächst erforderlich gewählt werden kann, ohne dass dadurch eine Unterkühlung des V/ärmeträgers erfolgt.
Durch die exzentrische Lage des Rohrbündels 2 innerhalb des Aus β en ma nt eis 1 wird zwischen diesem und dem Innenmantel 7 ein sichelförmiger Raum gebildet, der im Bereich zwischen der untersten und der obersten Scheibe 8 bzw. 10 als regelbarer Bypass 20 benutzt wird. Die eine Salzbadteilmenge gelangt unterhalb dieses Bypasses über den sichel-109827/0648 _ a _
förmigenfaingraum von allen Seiten gleichmässig in den Bereich des Rohrbündels 2 und vermischt sich nach dem durch die Scheiben 8-12 beeinflussten Strömungsverlauf und entsprechendem Wärmeaustausch mit dem Kühlermedium oberhalb des Bypasses wieder allseitig und damit sehr intensiv mit der anderen, nicht gekühlten Salzbadteilmenge.
Das Rohrbündel 2 des Teilstromkühlers kann als Verdampfer oder als Gaserhitzer oder auch als Verdampf ermitnachgeschalteten Überhitzer ausgeführt werden.
An Stelle des Bypasses 20 innerhalb des Aussenmantels kann auch ausserhalb desselben ein Rohr angeordnet sein, das dem gleichen Zweck dient.
Bei der Anordnung nach den Pig. 3 und 4 gelangt ein Teilstrom des als Wärmeträger dienenden Salzbades vom Reaktionsbehälter 21 in die Halbringleitung 22 und von dort in den Kühler 23. Nachdem diese Salzbadmenge im Kühler, wie an Hand der Pig. I und 2 beschrieben, aufwärts geführt worden ist, fliesst sie in abgekühltem Zustand über eine andere Halbringleitung 24 in den Reaktionsbehälter 2y
Zum Umwälzen des Salzbades im Reaktionsbehälter 21 und der durch den Kühler geführten Teilmenge dient ein in an sich bekannter Weise von oben her zentral in den Reaktionsbehälter hinein ragendes Pumpenaggregat mit einem Propeller 25 am unteren Ende und dem zugehörigen Antriebsmotor 26 am oberen Ende.
Bei der anderen Anordnung nach den Fig. 5 und 6 liegt
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« 19633b4
das ebenfalls aus einem Propeller 27 und einem zu diesem gleichachsig angeordneten Antriebsmotor 28 bestehende Pumpaggregat seitlich neben dem Reaktionsbehälter 29. τη diesem Falle wird das Salzbad aus dem Pumpenraum über eine untere Ringleitung 30 teils dem Reaktionsbehälter 29 und teils dem auf der anderen Seite desselben liegenden Kühler zugeführt und anschliessend über eine obere Ringleitung 32 zum Pumpenraum zurückgeführt.
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Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    l.^Kühler für den Durchlauf einer regelbaren Teilmenge des in einem Reaktionsbehälter umgewälzten Wärmeträgers, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kühlers (1) ein Bypass (20) angeordnet ist, der mittekls eines Regelorgans (17) zur veränderbaren Unterteilung der aus dem Reaktionsbehälter (21; 28) abgezweigten gleichbleibenden Teilmenge des Wärmeträgers in zwei vorübergehend parallelgeschaltete und dann wieder zusammengeführte Ströme dient, von denen nur der eine das Kühlerrohrbündel (2) beaufschlagt.
  2. 2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schieber (17) ausgebildete Regelorgan so angeordnet ist, dass es je nach seiner Lage einen grösseren oder kleineren Tei!querschnitt des zur Zuführung des Wärmeträgers vom Reaktionsbehälter (21; 28) zum Kühler dienenden Eintrittsstutzens (14) mit dem Bypass (20) verbindet.
    109827/0648
    - 11 -
  3. 3· Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerrohrbundel (2) in an sich bekannter Weise exzentrisch zur Längsachse eines zugehörigen Aussenmantels (I)' angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in dem Sinne, dass der breiteste Teil des durch den Aussenmantel und einen Innenmantel (7) gebildeten ringförmigen Bypasses (20) auf der Eintrittsseite im Bereich des Regelorgans (17) liegt.
  4. 4. Kühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des das Kühlerrohrbund el (2) zur Abgrenzung gegen den Bypass (20) umgebenden Innenmantels (7) in axialen Abständen abwechselnd grössere und kleinere ringförmige Scheiben (8-10 bzw. 11, 12) angeordnet sind, die im Sinne einer schlangenform ig en Führung der zu kühlenden Teilmenge des Wärmeträgers an ihrem inneren bzw. äusseren Umfang einen Durchtrittsquerschnitt freilassen.
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    Leerseite
DE19691963394 1969-12-18 1969-12-18 Kuehler fuer den Durchlauf einer regelbaren Teilmenge des in einem Reaktionsbehaelter umgewaelzten Waermetraegers Pending DE1963394A1 (de)

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