DE19939294A1

DE19939294A1 - Multi-level circulation condenser

Info

Publication number: DE19939294A1
Application number: DE1999139294
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Rohde
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-02-22
Also published as: EP1077356A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit mit einem Wärmeaustauscher, der Verdampfungspassagen (7, 10) für die Flüssigkeit und Verflüssigungspassagen für ein Heizmedium besitzt und mindestens zwei übereinander angeordnete Umlaufabschnitte (a, b) aufweist. Die Verdampfungspassagen (7, 10) besitzen jeweils am unteren Ende eines Umlaufabschnittes (a, b) eine Eintrittsöffnung für die Flüssigkeit und jeweils am oberen Ende eines Umlaufabschnittes eine Austrittsöffnung für die Flüssigkeit. Ferner sind Mittel zum Führen von Flüssigkeit von der Austrittsöffnung eines Umlaufabschnittes zu der Eintrittsöffnung des darunterliegenden Umlaufabschnittes vorgesehen. Mindestens zwei parallel geschaltete Wärmeaustauscher (4) sind so angeordnet, daß sich in dem Zwischenraum (13) zwischen den Wärmetauschern (4) mindestens eine Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit befindet.The invention relates to a device for evaporating a liquid with a heat exchanger, which has evaporation passages (7, 10) for the liquid and liquefaction passages for a heating medium and has at least two circulation sections (a, b) arranged one above the other. The evaporation passages (7, 10) each have an inlet opening for the liquid at the lower end of a circulation section (a, b) and an outlet opening for the liquid in each case at the upper end of a circulation section. Means are also provided for guiding liquid from the outlet opening of a circulation section to the inlet opening of the circulation section below. At least two heat exchangers (4) connected in parallel are arranged such that there is at least one liquid holding device in the intermediate space (13) between the heat exchangers (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit mit einem Wärmeaustauscher, der Verdampfungspassagen für die Flüssigkeit und Verflüssigungspassagen für ein Heizmedium besitzt und mindestens zwei übereinander angeordneten Umlaufabschnitten aufweist, wobei die Verdampfungspassagen jeweils am unteren Ende des Umlaufabschnittes eine Eintrittsöffnung für die Flüssigkeit und jeweils ab oberen Ende des Umlaufabschnittes eine Austrittsöffnung für die Flüssigkeit besitzen und Mittel zum Führen von Flüssigkeit von der Austrittsöffnung eines Umlaufabschnittes zu der Eintrittsöffnung des darunterliegenden Umlaufabschnittes vorgesehen sind.The invention relates to a device for evaporating a liquid with a Heat exchanger, the evaporation passages for the liquid and Has liquefaction passages for a heating medium and at least two Circular sections arranged one above the other, the Evaporation passages in each case at the lower end of the circulation section Inlet opening for the liquid and in each case from the upper end of the circulation section have an outlet opening for the liquid and means for guiding liquid from the outlet opening of a circulation section to the inlet opening of the underlying circulation section are provided.

Bei einer Tieftemperaturluftzerlegungsanlage mit einer Drucksäule und einer Niederdrucksäule wird flüssiger Sauerstoff aus der Niederdrucksäule gegen gasförmigen Stickstoff aus der Drucksäule in indirektem Wärmeaustausch in einem Wärmeaustauscher verdampft, wobei der Stickstoff kondensiert.In a cryogenic air separation plant with one pressure column and one Low pressure column is opposed to liquid oxygen from the low pressure column gaseous nitrogen from the pressure column in indirect heat exchange in one Heat exchanger evaporates, the nitrogen condensing.

Der Wärmeaustauscher wird im wesentlichen in zwei verschiedenen Grundformen realisiert. Bei einem Flüssigkeitsbadverdampfer oder Umlaufkondensator steht der Kondensatorblock in dem Flüssigkeitsbad, aus dem Flüssigkeit verdampft werden soll. Die Flüssigkeit tritt von unten in die Verdampfungspassagen des Kondensatorblockes ein und wird teilweise gegen das durch die Verflüssigungspassagen strömende Heizmedium verdampft. Das dabei entstehende Gas reißt eine beträchtliche Menge an Flüssigkeit mit. Die Restflüssigkeit und das Gas treten oben aus den Verdampfungspassagen aus und die Flüssigkeit läuft in das Flüssigkeitsbad zurück.The heat exchanger is essentially in two different basic forms realized. In the case of a liquid bath evaporator or circulation condenser, the Condenser block in the liquid bath from which liquid is to be evaporated. The liquid enters the evaporation passages of the condenser block from below one and becomes partially against that flowing through the liquefaction passages Heating medium evaporates. The resulting gas cracks a considerable amount Liquid with. The residual liquid and gas emerge from the top Evaporation passages off and the liquid runs back into the liquid bath.

Bei einem Fallfilmverdampfer wird dagegen die zu verdampfende Flüssigkeit über ein Verteilsystem, welches gleichzeitig einen Gasverschluß bildet, oben in die Verdampfungspassagen eingeleitet. Die Flüssigkeit läuft als Flüssigkeitsfilm über die Heizfläche nach unten, wobei sie teilweise verdampft. Das entstehende Gas und die nicht verdampfte Restflüssigkeit treten unten aus dem Fallfilmverdampfer aus. Die Flüssigkeit sammelt sich in dem unter dem Kondensator angeordneten Sammelraum, während der Gasanteil weitergeleitet wird. In the case of a falling film evaporator, on the other hand, the liquid to be evaporated is passed through Distribution system, which also forms a gas seal, in the top Evaporation passages initiated. The liquid runs over the liquid film Heating surface down, partially evaporating. The resulting gas and the Undevaporated residual liquid emerges from the bottom of the falling film evaporator. The Liquid collects in the collecting space under the condenser, while the gas portion is being forwarded.

Aus der EP 0 795 349 A1 ist ein Wärmeaustauscher bekannt, bei dem ein Fallfilmverdampfer mit einem Umlaufkondensator gekoppelt ist. Der untere Teil des Fallfilmverdampfers, aus dem das Gasflüssigkeitsgemisch austritt, ist mit dem Flüssigkeitseintritt eines darunter angeordneten Umlaufkondensators strömungsseitig verbunden. Die Gasflüssigkeitsaustritte beider eine Einheit bildenden Kondensatoren liegen in etwa auf gleicher Höhe.A heat exchanger is known from EP 0 795 349 A1, in which a Falling film evaporator is coupled to a circulating condenser. The lower part of the Falling film evaporator from which the gas-liquid mixture emerges is with the Liquid entry of a circulation condenser arranged below it on the flow side connected. The gas liquid outlets of both condensers forming one unit are roughly on the same level.

Aus der US 5,775,129 ist ein kombinierter Fallfilm-Umlaufkondensator bekannt, bei dem der Fallfilmverdampfer mit zwei darunter liegenden Umlaufkondensatoren gekoppelt ist. Das Flüssigkeitsbad des oberen der beiden Umlaufkondensatoren wird durch ein sich galerieartig um den gesamten Wärmeaustauscherblock erstreckendes Sammelgefäß realisiert. Das um den Wärmetauscherblock umlaufende Sammelgefäß erschwert jedoch die Herstellung des Wärmetauschers beträchtlich.A combined falling film circulation condenser is known from US Pat. No. 5,775,129 that of the falling film evaporator with two circulating condensers underneath is coupled. The liquid bath of the top of the two circulation condensers will by a gallery-like one that extends around the entire heat exchanger block Collection vessel realized. The collecting vessel running around the heat exchanger block however, complicates the manufacture of the heat exchanger considerably.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die preisgünstig und technisch einfach realisierbar ist.The object of the present invention is therefore a device of the beginning to create mentioned type that is inexpensive and technically easy to implement.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei beabstandet angeordnete, parallel geschaltete Wärmeaustauscher vorgesehen sind und daß sich in dem Zwischenraum zwischen den Wärmeaustauschern mindestens eine Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit befindet.This object is achieved in that at least two spaced, parallel heat exchangers are provided and that at least in the space between the heat exchangers a liquid holding device is located.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeit besteht aus mindestens zwei Wärmeaustauschern, die mit einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Jeder Wärmeaustauscher kann dabei aus mehreren Untereinheiten bestehen, die sowohl parallel als auch seriell zum Wärmeaustausch zwischen der zu verdampfenden Flüssigkeit und dem Heizmedium beitragen.The device according to the invention for evaporating liquid consists of at least two heat exchangers that are at a certain distance from each other are arranged. Each heat exchanger can consist of several subunits exist, both in parallel and in series for heat exchange between the evaporating liquid and the heating medium.

Wesentlich ist, daß jeder Wärmetauscher mindestens zwei Umlaufabschnitte besitzt, die übereinander angeordnet sind und die von der zu verdampfenden Flüssigkeit nacheinander durchflossen werden. Unter dem Begriff "Umlaufabschnitt" wird im folgenden ein Abschnitt eines Wärmeaustauschers verstanden, in dem die Funktioh eines Umlaufverdampfers bzw. Flüssigkeitsbadverdampfers realisiert ist. It is essential that each heat exchanger has at least two circulation sections, which are arranged one above the other and that of the liquid to be evaporated flow through one after the other. Under the term "circulation section" in following understood a section of a heat exchanger in which the functioh a circulation evaporator or liquid bath evaporator is realized.

Wie bei jedem Umlaufverdampfer, steht auch jeder Umlaufabschnitt mit einem Flüssigkeitsbad in Verbindung, aus dem der Umlaufabschnitt mit Flüssigkeit gespeist wird. Erfindungsgemäß befindet sich in dem Raum zwischen den mindestens zwei beabstandeten Wärmeaustauschern mindestens eine Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit, mit der die Eintrittsöffnung zumindest eines Umlaufabschnitts verbunden ist.As with any circulation evaporator, each circulation section also has one Liquid bath in connection, from which the circulation section is fed with liquid becomes. According to the invention is in the space between the at least two spaced heat exchangers at least one receiving device for Liquid with which the inlet opening is connected to at least one circulation section is.

Vorzugsweise ist die Anzahl der in dem Zwischenraum zwischen den Wärmeaustauschern befindlichen Aufnahmevorrichtungen für Flüssigkeit um eins geringer als die Anzahl der übereinander angeordneten Umlaufabschnitte. Die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeit befindet sich in der Regel in einem Flüssigkeitsbad, aus dem Flüssigkeit in den untersten Umlaufabschnitt einströmen kann. Die Aufnahmevorrichtungen für Flüssigkeit in dem Zwischenraum dienen als Flüssigkeitsspeicher für die übrigen Umlaufabschnitte und sind entsprechend jeweils mit der Eintrittsöffnung oder den Eintrittsöffnungen eines Umlaufabschnittes verbunden.Preferably, the number of in the space between the Heat exchangers for liquid by one less than the number of circulation sections arranged one above the other. The entire device for evaporating liquid according to the invention is located usually in a liquid bath, from which liquid to the bottom Circulation section can flow. The liquid holding devices in the Gap serve as a liquid reservoir for the other circulation sections and are each corresponding to the entry opening or the entry openings Circular section connected.

Von Vorteil sind die Wärmeaustauscher spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Alle in dem Zwischenraum zwischen den Wärmeaustauschern vorgesehenen Vorrichtungen, insbesondere die Aufnahmevorrichtungen für Flüssigkeit, können so mit beiden oder allen Wärmeaustauschern verbunden sein. Eine Vorrichtung in dem Zwischenraum kann somit eine bestimmte Funktion, z. B. Flüssigkeitsspeicherung oder Weiterleitung von Flüssigkeit, gleichzeitig für mehrere Wärmeaustauscher wahrnehmen.The heat exchangers are advantageously arranged mirror-symmetrically to one another. All provided in the space between the heat exchangers Devices, in particular the holding devices for liquid, can do so be connected to both or all heat exchangers. A device in the Gap can thus have a certain function, e.g. B. liquid storage or Transfer of liquid, simultaneously for several heat exchangers perceive.

Die Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit zwischen den Wärmeaustauschern wird vorzugsweise dadurch realisiert, daß der Zwischenraum zwischen den Wärmeaustauschern unten und seitlich geschlossen ist. Der Zwischenraum selbst bildet so den Raum für die Speicherung von Flüssigkeit. Spezielle Speichervorrichtungen in dem Zwischenraum sind somit nicht erforderlich. Bei zwei übereinander angeordneten Umlaufabschnitten wird vorzugsweise der obere Umlaufabschnitt mit Flüssigkeit aus dem Zwischenraum versorgt, während der untere Umlaufabschnitt mit einem Flüssigkeitsbad in Verbindung steht, in dem die Wärmeaustauscher stehen. Sind mehr als zwei Umlaufabschnitte vorhanden, so wird der Zwischenraum bevorzugt durch weitere horizontale Unterteilungen in mehrere Abschnitte unterteilt, die jeweils eine Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit bilden.The liquid intake device between the heat exchangers will preferably realized in that the space between the Heat exchangers are closed at the bottom and sides. The space itself thus forms the space for storing liquid. Specific Storage devices in the space are therefore not required. With two circulation sections arranged one above the other preferably become the upper one Circulating section is supplied with liquid from the space while the lower one Circulation section is connected to a liquid bath in which the Heat exchangers are standing. If there are more than two circulation sections, then the space is preferably divided into several by further horizontal divisions Sections divided, each forming a liquid receiving device.

Die Heizfläche kann vorteilhaft dadurch vergrößert werden, daß jeder Wärmeaustauscher aus zwei bis vier parallel geschalteten, nebeneinander angeordneten Blöcken besteht, von denen jeder wiederum mindestens zwei Umlaufabschnitte besitzt.The heating surface can advantageously be increased in that everyone Heat exchangers consisting of two to four parallel, side by side arranged blocks, each of which in turn has at least two Has circulation sections.

Die Aufnahmevorrichtungen für Flüssigkeit werden vorzugsweise so ausgebildet, daß im Betrieb die Flüssigkeit in der Aufnahmevorrichtung bis zum oberen Ende des Umlaufabschnittes steht, dessen Eintrittsöffnung mit der Aufnahmevorrichtung flüssigkeitsseitig verbunden ist. Der Umlaufabschnitt taucht somit vollständig in das ihm zugeordnete Flüssigkeitsbad ein.The liquid holding devices are preferably designed such that in operation, the liquid in the cradle to the top of the Circulation section stands, the inlet opening with the receiving device is connected on the liquid side. The circulation section is thus completely immersed in it assigned liquid bath.

Es hat sich aber auch bewährt, die Aufnahmevorrichtungen so auszuführen, daß sich im Betrieb mindestens 10%, bevorzugt mindestens 25% der Höhe des Umlaufabschnittes, dessen Eintrittsöffnung mit der Aufnahmevorrichtung flüssigkeitsseitig verbunden ist, oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels in der Aufnahmevorrichtung befinden.However, it has also proven useful to carry out the receiving devices in such a way that in operation at least 10%, preferably at least 25% of the amount of Circulation section, the inlet opening with the receiving device is connected on the liquid side, above the maximum liquid level in the Cradle are located.

Erfindungsgemäß ist es möglich, durch entsprechende Ausführung der Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit die Eintauchtiefe des zugehörigen Umlaufabschnittes in die Flüssigkeit zu verändern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein Überlauf vorgesehen wird, der den Füllstand der Aufnahmevorrichtung auf eine bestimmte Höhe begrenzt. Je nachdem, wie hoch der negative Einfluß großer Standhöhen von Flüssigkeit sein darf, werden die Höhe der Umlaufabschnitte und/oder die Ausführung der zugehörigen Aufnahmevorrichtung gewählt. Bewährt haben sich Eintauchtiefen von mehr als 75%, bevorzugt mehr als 90% der Höhe des Umlaufabschnittes.According to the invention, it is possible, by appropriate execution of the Recording device for liquid the immersion depth of the associated Change circulation section in the liquid. This can be done, for example achieved that an overflow is provided, which the level of Cradle limited to a certain height. Depending on how high the negative influence of large liquid heights, the height of the Circulating sections and / or the execution of the associated receiving device chosen. Immersion depths of more than 75%, preferably more than, have proven successful 90% of the height of the circular section.

Vorzugsweise verlaufen die Verflüssigungspassagen für das Heizmedium durchgehend über die gesamte Höhe eines Wärmeaustauschers, d. h. durch alle Umlaufabschnitte. Es kann aber günstig sein, die Dichte der Verflüssigungspassagen über die Höhe des Wärmeaustauschers zu variieren. The liquefaction passages for the heating medium preferably run throughout the entire height of a heat exchanger, d. H. by all Circular sections. However, the density of the liquefaction passages can be favorable to vary over the height of the heat exchanger.

Aus herstellungstechnischen Gründen ist es günstig, wenn sich die Eintrittsöffnung/en in die Verdampfungspassagen eines Umlaufabschnittes und die Austrittsöffnung/en aus den Verdampfungspassagen des darunterliegenden Umlaufabschnittes auf entgegengesetzten Seiten des Wärmeaustauschers befinden. Werden bei einem Plattenwärmetauscher die Verbindungen der Eintrittsöffnung bzw. der Austrittsöffnung mit den jeweiligen Verdampfungspassagen durch schräg verlaufende Lamellen realisiert, so kann ein Abschnitt des Plattenwärmetauschers diagonal in die Übergangszone von der Eintrittsöffnung zu den Passagen des oberen Umlaufabschnittes und in die Übergangszone von der Passagen zur Austrittsöffnung des darunterliegenden Umlaufabschnittes geteilt werden. Auf diese Weise kann die Bauhöhe des Wärmeaustauschers reduziert werden.For manufacturing reasons, it is favorable if the inlet opening (s) are into the evaporation passages of a circulation section and the outlet opening / s from the evaporation passages of the underlying circulation section opposite sides of the heat exchanger. Be at one Plate heat exchanger the connections of the inlet opening or the outlet opening with the respective evaporation passages through sloping fins realized, a section of the plate heat exchanger can diagonally into the Transition zone from the entrance opening to the passages of the upper one Circulation section and into the transition zone from the passages to the outlet opening of the underlying circulation section. In this way, the Height of the heat exchanger can be reduced.

Besitzt der Wärmeaustauscher mehr als zwei Umlaufabschnitte, so ist es von Vorteil, wenn sich bei dem oder den zwischen dem untersten und dem obersten Umlaufabschnitt liegenden Umlaufabschnitt(en) die Eintrittsöffnung/en in die Verdampfungspassagen und die Austrittsöffnungen aus den Verdampfungspassagen auf derselben Seite des Wärmeaustauschers befinden. Die aus den Austrittsöffnungen der Verdampfungspassagen austretende nicht verdampfte Restflüssigkeit kann dann unmittelbar in die zu dem entsprechenden Umlaufabschnitt zugehörige Aufnahmevorrichtung für Flüssigkeit eingeleitet werden. Leitungen zum Zurückführen der Restflüssigkeit von der Austrittsöffnung zu der Aufnahmevorrichtung sind unnötig.If the heat exchanger has more than two circulation sections, it is advantageous to if there is a difference between the lowest and the highest Circulation section lying circulation section (s) the entry opening / s into the Evaporation passages and the outlet openings from the evaporation passages are on the same side of the heat exchanger. The from the outlet openings the non-evaporated residual liquid emerging from the evaporation passages can then directly into that belonging to the corresponding circulation section Liquid intake device can be introduced. Lines for return the residual liquid from the outlet opening to the receiving device is unnecessary.

Die erfindungsgemäße Bauweise läßt sich in horizontaler Richtung durch Hinzufügen weiterer parallel geschalteter Blöcke und/oder in vertikaler Richtung durch Unterteilung in zusätzliche Umlaufabschnitte beliebig erweitern. So können auf kleinstem Raum sehr große Wärmeaustauschervolumina und damit sehr große Heizflächen realisiert werden. Die Zuleitung des zu kondensierenden Heizmediums und die Ableitung der dabei entstehenden Flüssigkeit können über jeweils eine einzige Leitung geschehen. Die Druckverluste des Heizmediums werden somit minimiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdampfen hat sich insbesondere als Hauptkondensator in Tieftemperaturluftzerlegungsanlagen mit einer Doppelsäule bewährt. Ebenso vorteilhaft ist deren Einsatz zum Verdampfen von Sumpfflüssigkeit in einem Einsäulenapparat zur Tieftemperaturluftzerlegung. So kann Sumpfflüssigkeit mit einem Sauerstoffanteil von 45 bis 50% aus einer bei etwa 3 bar betriebenen Säule mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegen Druckstickstoff vom Kopf dieser Säule verdampft werden.The construction according to the invention can be added in the horizontal direction further blocks connected in parallel and / or in the vertical direction Expand subdivision into additional circulation sections as required. So on smallest space very large heat exchanger volumes and thus very large Heating surfaces can be realized. The supply of the heating medium to be condensed and the discharge of the resulting liquid can be done via a single one Lead happen. The pressure losses of the heating medium are thus minimized. The The device for vaporizing according to the invention has in particular proven to be Main condenser in cryogenic air separation plants with a double column proven. Their use for vaporizing bottom liquid in is equally advantageous a single column device for low-temperature air separation. So swamp liquid can with an oxygen content of 45 to 50% from a column operated at about 3 bar by means of the device according to the invention against pressure nitrogen from the head thereof Column are evaporated.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:The invention and further advantageous details of the invention are set out below based on the embodiments shown in the drawings become. Here show:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive device,

Fig. 2 dieselbe Vorrichtung im Querschnitt und Fig. 2 shows the same device in cross section and

Fig. 3 den Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 shows the longitudinal section through a further embodiment of the invention.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Doppelsäule einer Luftzerlegungsanlage. Zwischen dem oberen Ende 1 der Druckkolonne und dem unteren Ende 2 der Niederdruckkolonne befindet sich der Hauptkondensator 3. Der Hauptkondensator 3 besitzt zwei Wärmeaustauscher 4, die jeweils, wie in Fig. 2 zu sehen ist, aus drei Blöcken 5 bestehen. Jeder Block 5 besitzt einen Querschnitt von 1,2 m × 1,2 m und eine Höhe von 3,5 m. Fig. 1 shows a section of a double column of an air separation plant. The main condenser 3 is located between the upper end 1 of the pressure column and the lower end 2 of the low pressure column. The main condenser 3 has two heat exchangers 4 , each of which, as can be seen in FIG. 2, consist of three blocks 5 . Each block 5 has a cross section of 1.2 m × 1.2 m and a height of 3.5 m.

Die einzelnen Blöcke 5 bestehen jeweils aus einem unteren Umlaufabschnitt a und einem oberen Umlaufabschnitt b. In Fig. 1 sind die Verdampfungspassagen 7, 10 der Wärmetauscher 4 dargestellt. Die Verflüssigungspassagen, durch die gasförmiger Stickstoff als Heizmedium strömt, erstrecken sich jeweils über die gesamte Höhe der Wärmetauscher 4. Die Verdampfungspassagen 7, 10 und die Verflüssigungspassagen wechseln sich in der Richtung senkrecht zur Zeichenblattebene ab.The individual blocks 5 each consist of a lower circulation section a and an upper circulation section b. In Fig. 1, the evaporation passages 7 , 10 of the heat exchanger 4 are shown. The liquefaction passages through which gaseous nitrogen flows as the heating medium each extend over the entire height of the heat exchangers 4 . The evaporation passages 7 , 10 and the liquefaction passages alternate in the direction perpendicular to the plane of the drawing sheet.

Die unteren Umlaufabschnitte a besitzen senkrecht verlaufende Verdampfungspassagen 7, die nach unten geöffnet sind. Oberhalb der senkrechten Verdampfungspassagen 7 schließen sich schräg angeordnete Lamellen 8 an, durch die ein in den Verdampfungspassagen 7 strömendes Fluid zu der an der Außenseite des Wärmetauschers 4 befindlichen Austrittsöffnung 9 geleitet wird. Die oberen Umlaufabschnitte b bestehen aus senkrecht verlaufenden Verdampfungspassagen 10, die nach oben geöffnet sind und aus einem Bereich 11, in dem die Verdampfungspassagen 10 durch schräg verlaufende Lamellen zur Eintrittsöffnung 12 verlängert werden, die sich an der der Austrittsöffnung 9 entgegengesetzten Seite des Wärmeaustauschers 4 befindet. Die Eintrittsöffnung 12 für die Flüssigkeit, die im oberen Umlaufabschnitt b verdampft wird, liegt auf gleicher Höhe wie die Austrittsöffnung 9 des unteren Umlaufabschnittes a.The lower circulation sections a have vertical evaporation passages 7 which are open at the bottom. Above the vertical evaporation passages 7 there are slanted fins 8 , through which a fluid flowing in the evaporation passages 7 is directed to the outlet opening 9 located on the outside of the heat exchanger 4 . The upper circulation sections b consist of vertically running evaporation passages 10 , which are open at the top, and of an area 11 in which the evaporation passages 10 are extended by inclined fins to the inlet opening 12 , which is located on the side of the heat exchanger 4 opposite the outlet opening 9 . The inlet opening 12 for the liquid which is evaporated in the upper circulation section b is at the same level as the outlet opening 9 of the lower circulation section a.

Die beiden Wärmeaustauscher 4 werden mit einem Abstand von 0,5 m mit den Eintrittsöffnungen 12 der oberen Umlaufabschnitt b gegeneinander zeigend aufgestellt. Der Zwischenraum 13 zwischen den Wärmeaustauschern 4 wird unten und an den Seiten mit ebenen Platten 14 verschlossen und dient als Flüssigkeitsbad für die oberen Umlaufabschnitte b.The two heat exchangers 4 are placed at a distance of 0.5 m with the inlet openings 12 of the upper circulation section b facing each other. The space 13 between the heat exchangers 4 is closed at the bottom and on the sides with flat plates 14 and serves as a liquid bath for the upper circulation sections b.

Der Abstand zwischen der Oberkante der seitlichen Platten 14 und der Oberkante der Wärmeaustauscher 4 beträgt 150 mm. Die oberen Umlaufabschnitte b sind dadurch im Betrieb etwa zu 90% in Flüssigkeit eingetaucht. Durch entsprechende Wahl der Höhe der seitlichen Platten 14 kann die Eintauchtiefe des oberen Umlaufabschnittes b in die Flüssigkeit vorgegeben werden.The distance between the upper edge of the side plates 14 and the upper edge of the heat exchanger 4 is 150 mm. The upper circulation sections b are thus approximately 90% immersed in liquid during operation. The immersion depth of the upper circulation section b in the liquid can be predetermined by a corresponding choice of the height of the side plates 14 .

Im Betrieb der Anlage läuft flüssiger Sauerstoff vom unteren Ende der Niederdruckkolonne 2 über eine Öffnung 15 in den Zwischenraum 13, in dem sich der flüssige Sauerstoff ansammelt. Die gesammelte Flüssigkeit tritt über die Eintrittsöffnungen 12 in die oberen Umlaufabschnitte b ein und wird gegen gasförmigen Stickstoff aus der Druckkolonne 1 teilweise verdampft. Der in den Verdampfungspassagen 10 nicht verdampfte Flüssigkeitsanteil wird von dem verdampften Gas mitgerissen und am oberen Ende des Umlaufabschnittes b durch Leitbleche 16 zurück in den Zwischenraum 13 geleitet.When the system is operating, liquid oxygen runs from the lower end of the low-pressure column 2 through an opening 15 into the intermediate space 13 , in which the liquid oxygen accumulates. The collected liquid enters the upper circulation sections b via the inlet openings 12 and is partially evaporated from the pressure column 1 against gaseous nitrogen. The portion of liquid not evaporated in the evaporation passages 10 is entrained by the vaporized gas and conducted back into the intermediate space 13 through baffles 16 at the upper end of the circulation section b.

Der als Heizmedium dienende gasförmige Stickstoff aus der Druckkolonne 1 wird den nicht dargestellten Verflüssigungspassagen an ihrem oberen Ende zugeführt. Der Stickstoff durchströmt den gesamten Wärmeaustauscher 4 im Gegenstrom zu dem in den Verdampfungspassagen 10, 7 aufsteigenden Sauerstoff, wird dabei verflüssigt und als Rücklaufflüssigkeit zurück in die Druckkolonne 1 geführt.The gaseous nitrogen serving as the heating medium from the pressure column 1 is fed to the liquefaction passages ( not shown) at its upper end. The nitrogen flows through the entire heat exchanger 4 in countercurrent to the oxygen rising in the evaporation passages 10 , 7 , is liquefied and returned to the pressure column 1 as the reflux liquid.

Steigt der Flüssigkeitsstand in dem Zwischenraum 13 über die Höhe der Seitenwände 14 an, so läuft flüssiger Sauerstoff über die Seitenwände 14 in den Raum 17, in dem sich die Wärmetauscher 4 befinden. If the liquid level in the intermediate space 13 rises above the height of the side walls 14 , liquid oxygen runs via the side walls 14 into the space 17 in which the heat exchangers 4 are located.

Der sich in dem Raum 17 ansammelnde flüssige Sauerstoff tritt von unten in die unteren Umlaufabschnitte a ein und wird in indirektem Wärmeaustausch mit dem in den Verflüssigungspassagen entgegenströmenden Stickstoff zumindest teilweise verdampft. Das bei der Verdampfung entstehende Gas tritt mit der mitgerissenen Flüssigkeit jeweils etwa in der Mitte der Wärmeaustauscher 4 durch die Austrittsöffnung 9 aus. Die mitgerissene Flüssigkeit läuft in das untere Bad 17 zurück.The liquid oxygen accumulating in the space 17 enters the lower circulation sections a from below and is at least partially evaporated in indirect heat exchange with the nitrogen flowing in the liquefaction passages. The gas formed during the evaporation emerges with the entrained liquid approximately in the middle of the heat exchangers 4 through the outlet opening 9 . The entrained liquid runs back into the lower bath 17 .

Der vom unteren Ende der Niederdruckkolonne 2 ablaufende flüssige Sauerstoff wird somit zunächst in den oberen Umlaufabschnitten b der Wärmeaustauscher 4 verdampft. Da jeder Wärmeaustauscher 4 wiederum aus drei Blöcken 5 besteht, erfolgt die Verdampfung gleichzeitig und parallel in sechs Blöcken b. Der aus diesen Blöcken b austretende flüssige Sauerstoff sammelt sich in dem Zwischenraum 13 und wird, nachdem er über die seitlichen Platten 14 in das untere Bad 17 geflossen ist, in einer zweiten Verdampfungsstufe in den sechs unteren Umlaufabschnitten a verdampft.The liquid oxygen flowing from the lower end of the low-pressure column 2 is thus first evaporated in the upper circulation sections b of the heat exchanger 4 . Since each heat exchanger 4 in turn consists of three blocks 5 , the evaporation takes place simultaneously and in parallel in six blocks b. The liquid oxygen emerging from these blocks b collects in the intermediate space 13 and, after flowing through the side plates 14 into the lower bath 17, is evaporated in a second evaporation stage in the six lower circulation sections a.

In Fig. 3 ist ein Hauptkondensator gezeigt, der ebenfalls zwei Wärmeaustauscher 20 aufweist, von denen jeder wiederum aus drei parallel geschalteten, in der Zeichnung nicht dargestellten Blöcken besteht. Die Blöcke sind jeweils aus 4 übereinander angeordneten Umlaufabschnitten a, b, c, d aufgebaut. Jeder Block hat eine Größe von etwa 1,2 m × 1,2 m × 6,0 m, woraus eine Gesamtheizfläche von etwa 20.000 m² resultiert.In Fig. 3, a main condenser is shown, which also has two heat exchangers 20 , each of which in turn consists of three blocks connected in parallel, not shown in the drawing. The blocks are each composed of 4 circulation sections a, b, c, d arranged one above the other. Each block has a size of approximately 1.2 m × 1.2 m × 6.0 m, which results in a total heating area of approximately 20,000 m ² .

Die beiden Wärmeaustauscher 20 sind spiegelsymmetrisch zueinander mit einem Abstand von 0,5 m im Sauerstoffhauptbad 22 angeordnet. Zwischen den beiden Wärmeaustauschern 20 sind Seitenwände 23 angebracht, die sich über die Höhe der drei oberen Umlaufabschnitte b, c, d erstrecken. Die Seitenwände 23 sind an ihrem unteren Ende durch eine untere Wand 24b miteinander verbunden. Der durch die Seitenwände 23 und die untere Wand 24b begrenzte Zwischenraum zwischen den Wärmeaustauschern 20 ist zusätzlich jeweils am unteren Ende der beiden oberen Umlaufabschnitte c und d durch horizontale Böden 24c und 24d unterteilt, wodurch in dem Zwischenraum drei Flüssigkeitsspeicher 30b, 30c, 30d entstehen.The two heat exchangers 20 are arranged mirror-symmetrically to one another at a distance of 0.5 m in the main oxygen bath 22 . Side walls 23 are attached between the two heat exchangers 20 and extend over the height of the three upper circulation sections b, c, d. The side walls 23 are connected to each other at their lower end by a lower wall 24 b. The space between the heat exchangers 20 delimited by the side walls 23 and the lower wall 24 b is additionally divided at the lower end of the two upper circulation sections c and d by horizontal floors 24 c and 24 d, as a result of which three liquid stores 30 b, 30 c, 30 d arise.

Jeder Flüssigkeitsspeicher 30b, 30c, 30d besitzt einen Überlauf 31b, 31c, 31d, durch den Flüssigkeit ab einer bestimmten Pegelhöhe aus dem Speicher 30b, 30c, 30d in den darunter liegenden Flüssigkeitsspeicher abfliesen kann. Der Überlauf ist durch ein vom jeweiligen Boden 24b, 24c, 24d sich in den Flüssigkeitsspeicher 30b, 30c, 30d erstreckendes senkrechtes Rohr 31b, 31c, 31d realisiert. Durch am unteren Ende des Überlaufs 31 angeordnete Strömungsumlenkungen 32 wird gewährleistet, daß die aus den Flüssigkeitsspeichern 30d, 30c abfliesende Flüssigkeit zunächst jeweils nur in den darunter liegenden Flüssigkeitsspeicher 30c bzw. 30b eintritt. Anstelle der Strömungsumlenkungen 32 kann auch auf andere Weise, beispielsweise durch horizontal versetzt angeordnete Überläufe 31b, 31c, 31d, sichergestellt werden, daß die überlaufende Flüssigkeit schrittweise von einem Flüssigkeitsspeicher zum nächsten läuft.Each liquid store 30 b, 30 c, 30 d has an overflow 31 b, 31 c, 31 d, through which liquid can flow out of the store 30 b, 30 c, 30 d into the liquid store below it from a certain level. The overflow c by the respective bottom 24 b, 24, 24 d in the liquid storage 30 b, 30 c, 30 d extending vertical pipe 31 realized b, 31 c, 31 d. Flow deflections 32 arranged at the lower end of the overflow 31 ensure that the liquid flowing out of the liquid stores 30 d, 30 c initially only enters the liquid store 30 c or 30 b below it. Instead of the flow deflectors 32 may in other ways, for example by horizontally staggered overflows 31 b, 31 c, 31 d, to ensure that the overflowing fluid gradually passes from a liquid store to the next.

Die Austrittsöffnungen 9 der mittleren Umlaufabschnitte b, c sind flüssigkeitsseitig jeweils mit den entsprechenden Flüssigkeitsspeichern 30b, 30c verbunden. Dies kann, wie in Fig. 3 gezeigt, durch eine umlaufende Galerie 33 und Öffnungen 34 in den Seitenwänden 23 realisiert werden. Es ist aber auch möglich, Rohrverbindungen zwischen den Austrittsöffnungen 9 und den entsprechenden Flüssigkeitsspeichern 30b, 30c vorzusehen.The outlet openings 9 of the middle circulation sections b, c are each connected on the liquid side to the corresponding liquid stores 30 b, 30 c. As can be seen in FIG. 3, this can be achieved by a circumferential gallery 33 and openings 34 in the side walls 23 . But it is also possible to provide pipe connections between the outlet openings 9 and the corresponding liquid stores 30 b, 30 c.

Die einzelnen Umlaufabschnitte a, b, c, d sind in gleicher Weise wie die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung aufgebaut. Die Verflüssigungspassagen erstrecken sich ebenfalls über die gesamte Höhe der Wärmeaustauscher 20, d. h. über alle vier Umlaufabschnitte a, b, c, d.The individual circulation sections a, b, c, d are constructed in the same way as the device shown in FIGS. 1 and 2. The liquefaction passages also extend over the entire height of the heat exchangers 20 , ie over all four circulation sections a, b, c, d.

Der sich am Kopf der Druckkolonne 1 ansammelnde gasförmige Stickstoff wird der Eintrittsöffnung 25 der Verflüssigungspassagen am oberen Ende des obersten Umlaufabschnittes d zugeführt und strömt durch alle Umlaufabschnitte d, c, b, a, wobei er Wärme an den in den Verdampfungspassagen 40a, 40b, 40c, 40d entgegenströmenden flüssigen Sauerstoff abgibt und dabei zumindest teilweise verflüssigt wird. Der flüssige Stickstoff verläßt die Wärmeaustauscher 20 durch die Austrittsöffnung 26 und wird als Rücklaufflüssigkeit in der Druckkolonne 1 genutzt.The accumulating at the top of the pressure column 1 gaseous nitrogen is the inlet opening of the liquefaction passages at the upper end of the top circulation section fed 25 d and flows d by all circulating sections, c, b, a, whereby it at the in the evaporation passages 40 a, 40 b of heat , 40 c, 40 d emits counter-flowing liquid oxygen and is at least partially liquefied. The liquid nitrogen leaves the heat exchanger 20 through the outlet opening 26 and is used as the reflux liquid in the pressure column 1 .

Im Betrieb läuft der vom untersten Boden bzw. vom unteren Ende 27 der Niederdruckkolonne 2 abtropfende Sauerstoff in den Flüssigkeitsspeicher 30d des obersten Umlaufabschnittes d. Der Sauerstoff tritt in die Verdampfungspassagen 40d des Umlaufabschnittes d ein und wird teilweise gegen kondensierenden Stickstoff verdampft. Am oberen Ende der Verdampfungspassagen 40d sind Umlenkvorrichtungen 16 vorgesehen, die sicherstellen, daß der flüssige Sauerstoff in die Flüssigkeitsspeicher 30d zurückgeleitet wird.In operation, the oxygen dripping from the bottom plate or from the bottom end 27 of the low-pressure column 2 runs into the liquid reservoir 30 d of the top circulation section d. The oxygen enters the evaporation passages 40 d of the circulation section d and is partially evaporated against condensing nitrogen. At the upper end of the evaporation passages 40 d deflection devices 16 are provided, which ensure that the liquid oxygen is returned to the liquid storage 30 d.

Steigt der Flüssigkeitsspiegel im Flüssigkeitsspeicher 30d bis zur Höhe der Eintrittsöffnung des Überlaufs 31d an, so fließt flüssiger Sauerstoff aus dem Flüssigkeitsspeicher 30d in den darunterliegenden Flüssigkeitsspeicher 30c. Der flüssige Sauerstoff tritt aus dem Flüssigkeitsspeicher 30c in die Verdampfungspassagen 40c des Umlaufabschnittes c ein, wird wiederum teilweise verdampft und tritt durch die Austrittsöffnung 9 aus dem Umlaufabschnitt c aus. Der nichtverdampfte Flüssigkeitsanteil wird über die die beiden Wärmetauscher 20 sowie . den Zwischenraum zwischen den beiden Wärmetauschern 20 umlaufende Galerie 33 und über die Öffnungen 34 in den Flüssigkeitsspeicher 30c zurückgeführt.If the liquid level in the liquid reservoir 30 d rises to the level of the inlet opening of the overflow 31 d, then liquid oxygen flows from the liquid reservoir 30 d into the liquid reservoir 30 c underneath. The liquid oxygen occurs from the liquid storage 30 c in the evaporation passages 40 of the circulation section c c a, in turn, is partially evaporated and passes through the outlet opening 9 from the recycle section from c. The non-evaporated liquid portion is via the two heat exchangers 20 and. the space between the two heat exchangers 20 revolving gallery 33 and returned via the openings 34 in the liquid storage 30 c.

Steigt auch der Flüssigkeitspiegel im Speicher 30c über die Höhe der Eintrittsöffnung des entsprechenden Überlaufs 31c an, so wird der flüssige Sauerstoff in den darunterliegenden Flüssigkeitsspeicher 30b eingeleitet. Nach zumindest teilweiser Verdampfung in dem Umlaufabschnitt b wird der verbleibende Flüssiganteil an Sauerstoff über eine Galerie 33 und Öffnungen 34 in den Speicher 30b zurückgeführt und bei Überschreiten eines bestimmten Flüssigkeitsstandes über den Überlauf 31b in das Sauerstoffhauptbad 22 geleitet.If the liquid level in the reservoir 30 c also rises above the height of the inlet opening of the corresponding overflow 31 c, the liquid oxygen is introduced into the underlying fluid reservoir 30 b. After at least partial evaporation in the circulation section b, the remaining liquid portion of oxygen is returned to the storage 30 b via a gallery 33 and openings 34 and, if a certain liquid level is exceeded, is led via the overflow 31 b into the main oxygen bath 22 .

Der im Sauerstoffhauptbad 22 befindliche flüssige Sauerstoff tritt schließlich von unten in die Verdampfungspassagen 40a des untersten Umlaufabschnittes a ein und wird teilweise verdampft. Der verbleibende flüssige Anteil an Sauerstoff wird in das Sauerstoffhauptbad 22 zurückgeführt. Der in den einzelnen Umlaufabschnitten a, b, c, d jeweils entstehende gasförmige Sauerstoff steigt in die Niederdruckkolonne 2 auf.The liquid oxygen in the main oxygen bath 22 finally enters from below into the evaporation passages 40 a of the lowest circulation section a and is partially evaporated. The remaining liquid portion of oxygen is returned to the main oxygen bath 22 . The gaseous oxygen which arises in the individual circulation sections a, b, c, d rises into the low-pressure column 2 .

Claims

1.Device for evaporating a liquid with a heat exchanger which has evaporation passages for the liquid and liquefaction passages for a heating medium and has at least two superposed circulation sections, the evaporation passages in each case at the lower end of a circulation section and an inlet opening for the liquid and in each case at the upper end of one Circulation section have an outlet opening for the liquid and means are provided for guiding liquid from the outlet opening of a circulation section to the inlet opening of the circulation section below, characterized in that at least two spaced-apart, parallel-connected heat exchangers ( 4 , 20 ) are provided and that the space ( 13 ) between the heat exchangers ( 4 , 20 ) is at least one receiving device ( 30 b, 30 c, 30 d) for liquid.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the number of receiving devices ( 30 b, 30 c, 30 d) located in the intermediate space ( 13 ) is one less than the number of revolving sections (a, b, c, d ) is.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heat exchangers ( 4 , 20 ) are arranged mirror-symmetrically to one another.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the intermediate space ( 13 ) between the heat exchangers ( 4 , 20 ) is closed at the bottom and on the side.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat exchangers ( 4 , 20 ) each consist of two to four blocks ( 5 ) arranged next to one another, each block ( 5 ) having at least two circulation sections (a, b, c , d) has.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that two up to four circulation sections (a, b, c, d) are arranged one above the other.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the receiving device for liquid ( 30 b, 30 c, 30 d) is designed so that in operation the liquid in the receiving device ( 30 b, 30 c, 30 d ) to the upper end of the circulation section (b, c, d), the inlet opening of which is connected to the receiving device ( 30 b, 30 c, 30 d) on the liquid side.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the receiving device for liquid ( 30 b, 30 c, 30 d) is designed so that during operation at least 10%, preferably at least 25% of the height of the circulation section ( b, c, d), the inlet opening of which is connected to the receiving device ( 30 b, 30 c, 30 d) on the liquid side, are above the maximum liquid level in the receiving device ( 30 b, 30 c, 30 d).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the liquefaction passages extend over the entire height of the heat exchanger ( 4 , 20 ).

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inlet opening in the evaporation passages ( 40 b, 40 c, 40 d) of a circulation section (b, c, d) and the outlet opening from the evaporation passages ( 40 a, 40 b, 40 c) of the underlying circulation section (a, b, c) are on opposite sides of the heat exchanger ( 20 ).

11. The device according to one of claims 1 to 10 with a lower, an upper and at least one intermediate circulation section (b, c), characterized in that in the intermediate circulation section (b, c), the inlet opening into the evaporation passages ( 40 b, 40 c) and the outlet opening from the evaporation passages ( 40 b, 40 c) are on the same side of the heat exchanger ( 20 ).

12. Use of a device according to one of claims 1 to 11 in a method for the low-temperature separation of air in a double-column apparatus, in which liquid from the lower section of the low-pressure column ( 2 ) in indirect heat exchange with condensing steam from the upper section of the pressure column ( 1 ) is evaporated.

13. Use of a device according to one of claims 1 to 11 in one Process for the low temperature separation of air in a single column apparatus, at the liquid from the lower section of the column in indirect Heat exchange with condensing steam from the top section of the Column is evaporated.