DE2126248C2 - Anlage für den Wärmeaustausch in einem Prozeßstrom zwischen einer korrodierenden Flüssigkeit und einer Wärmeaustauschflüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage für den Wärmeaustausch in einem ProzeBstrom zwischen einer korrodierenden Flüssigkeit, wie Schwefelsäure, und einer Wärmeaustauschflüssigkeit nach dem Oberbegriff des PatentansDruchs 1.

Bei einer derartigen, aus der US-PS 29 73 944 bekannten Anlage sind die Wärmeaustauscheinheiten selbst in Art von Radiatoren ausgebildet, wobei einzelne Rohrstränge am oberen und unteren Ende miteinander verbunden sind und mehrere dieser Rohreinheiten dann miteinander verbunden sind. Zur Erzielung einer ausreichenden Wärmetauschwirkung müssen dabei die einzelnen Rohreinheiten aus gut wärmeleitendem Material wie Metali hergestellt sein. Da dieses Material

ίο der Wärmeaustauscheinheiten von korrodierenden Flüssigkeiten angegriffen wird, ist die bekannte Anlage störungsanfällig, muß genau überwacht werden und erfordert einen relativ häufigen Austausch der Rohreinheiten. Da die korrodierende Flüssigkeit in dem

.5 Wärmeaustauschraum ferner lediglich durch ein Rührwerk in Bewegung gesetzt wird, ist entweder nur ein chargenweiser Betrieb möglich oder muß bei einem kontinuierlichen Betrieb ein ungleichmäßiger Wärmeaustausch in Kauf genommen werden.

Aus der DE-PS 2 66 936 ist eine Anlage zum Wärmeaustausch zwischen heißen Gasen und einer Wgrmeäusiäüsehflüssigkeii bekannt, bei der die Wärmeaustauscheinheiten aus einzelnen U-förmig gebogenen Ruhren zusammengesetzt sind, die in einem Gas-Strömungskanal sowohl hintereinander als auch nebeneinander angeordnet sind. Da diese Rohre aus Metall bestehen, haften ihnen beim Einsatz beim Wärmeaustausch mit korrodierenden Flüssigkeiten ebenfalls die oben genannten Nachteile an.

Wärmeaustauscheinheiten aus Bündeln flexibler Kunststoffrohre sind aus »Chemical Engineering Progress«, Juli 1965, Seiten 55 bis 62, bekannt. Es werden dabei jedoch keine Einzelheiten über die Anordnung der Rohrbündel in einem Wärmeaustauschraum mitgeteilt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine geringe Störanfälligkeit aufweist, obwohl der Wärmeaustausch mit einer korrodierenden Flüssigkeit stattfindet, ohne daß der Wirkungsgrad schlechter ist als bei Wärmeauj'auscheinheiten aus Metall.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß trotz der Verwendung von Wärmeaustauscheinheiten aus flexiblen Kunststoffrohren und der dabei bestehenden Gefahr, daß die Wärmeaustauscheinheiten durch die Strömung der korrodierenden Flüssigkeit mitgenommen werden, ein guter Wärmeaustauschwirkungsgrad erzielt wird. Die einzelnen Rohrbündel können dabei zur Instandsetzung ohne Stillegen der Anlage entnommen werden. Ein eventuelles Leck eines Rohres kann an Ort und Stelle verschlossen werden, und das Rohr kann sofort wieder in Betrieb genommen werden. Die Anlage kann sowohl zum Erwärmen als auch zum Abkühlen der korrodierenden Flüssigkeit verwendet 'verden und eignet sich insbesondere zum Kühlen von Schwefelsäure bei deren Herstellung, da sie wegen ihres Wärmeaustauschwirkungsgrades in den bereits vorhandenen Speichertanks untergebracht werden kann. Dadurch daß die Rohrbündel so ausgestaltet sind und so in dem Strömungskanal befestigt sind, daß sie dessen gesamten Querschnitt ausfüllen, ermöglicht die erfindungsgemäße Anlage eine gleichmäßige schrittweise Abkühlung bzw. Erwärmung der korrodierenden Flüssigkeit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Strömungskanal in den Speichertank als Ringkanal eingebaut ist;

Fig.2 eine Seitenansicht der Fig. 1 im Schnitt nach der Linie 2-2;

Fig.3 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Strömungskanal in den Speicher*snk eingebaut ist;

Fig.4 eine Seitenansicht der Fig.3 im Schnitt nach der Linie 4-4;

Fig.5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Rohrbündels;

F i g. 6 eine Vorderansicht des in F i g. 5 dargestellten Rohrbündels;

Fig.7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Strömungskanal oberhalb des Speichertanks angeordnet ist

In Fig. 1, in der eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung gegeben ist, und in F i g. 2, die eine Seitenansicht der gleichen Ausführungsforr.i zeigt, sind zwei konzentrische ausgemauerte Gußeisenzylinder dargestellt Der Speichertank 11 wird durch die Gußeisenwand 12 und die Ausmauerung 13 begrenzt und der enge Strömungskanal 20 wird zwischen den Gußeisenwänden 12 und 14 und den Ausmauerungswänden 15 und 16 gebildet Ein gußeisenes Rohr 17, das vom Säureturm herführt, entleert sich in den Strömungskanal 20 zwischen den beiden ausgemauerten Gußeisenwänden 12, 14. Die aus dem Rohr 17 austretende Säure fließt in beiden Richtungen durch den Strömungskanal 20 um den Speichertank 11 herum, um an einer Stelle zusammenzufließen, die dem Rohr 17 diametral entgegengesetzt ist. Die Säure fließt dann in den Speichertank 11 durch eine Überlauföffnung 18 am oberen Rand des Strömungskanals 20 und durch eine verstellbare Schleuse 19 am Grund des Strömungskanals 20 unmittelbar unter der Überlauföffnung. In den Speichertu.ik 11 eintretende Säure wird dann aus diesem durch eine nicht gezeigte Pumpe zu ihrer nächsten Position im Prozeßstrom gepumpt. Bei der dargestellten Ausbildung wurde der ursprüngliche Speichertank durch die äußere Gußeisen- (14) und Ausmauerungswand (16) begrenzt und die inneren Gußeisen- (12) und Ausmauerungswände (15) wurden eingesetzt, um sowohl den engen Strömungskanal 20 als auch den Speichertank in dem gleichen Raum zu bilden, der vorher durch den alten Speichertank eingenommen war.

Wärmeaustausch-Rohrbündel 21a bis 21 e sind in dem engen Strömungskanal 20 auf der einen Seite des Speichertanks 11 angeordnet, während Rohrbündel 22a bis 22e im Strömungskanal 20 auf der anderen Seite des Speichertanks angeordnet sind, so daß bei der dargestellten Ausführungsform Säure, die aus dem Rohr 17 austritt, über fünf Wärmeaustausch-Rohrbündel fließt unabhängig davon, in welcher Richtung sie um den Speichertank 11 fließt. Eine Wärmeaustauschflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, wird jedem Rohrbündel 21,22 über einen Einlaß 23, eine Sammelleitung 24 und Zulaufanschlüssen 25 zugeführt. Die Wärmeaustauschflüssigkeit verläßt jedes Rohrbündel 21, 22 über Ablaufanschlüsse 26, die zu einer Sammelleitung 27 und zu einem Auslaß 28 führen. Wie dargestellt, sind die einzelnen Rohrbündel 21,22 mit dem Einlaß 23 durch eine Abdeckplatte 2S hindurch verbunden, ii;e über dem Strömungskanal 20 angeordnet ist. Die Rohrbündel 22b und 22csind nur für die Zwecke der Darstellung unbedeckt gelassen. Die gesonderten Abdeckplatten 29 ermöglichen das Herausnehmen einzelner Rohrbündel 21, 22. Gegebenenfalls können die Abdeckplatten 29 zur Verwendung bei Hochdruck-Strömung eingedichtet werden.

In Fig.3, die eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung gibt, und in Fig.4, die eine Seitenansicht des gleichen Ausführungsbeispiels darstellt, wird der Speichertank 30 durch die Gußeisenwand 31 und die Ausmauerung 32 begrenzt. Der Wärmeaustauschraum ist nicht mehr ein ringförmiger Kanal, sondern ein langer schmaler Ströniungskanal 34, der entlang des Durchmessers des Speichertanks 30 angeordnet ist und am Ende Raum für die Verbindung der beiden Hälften des Speichertanks 30 läßt. Der Strömungskanal 34 wird durch eine Gußeisenwand 35 und Ausmauerungen 36 und 37 gebildet Innerhalb des Strömungskanals 34 sind vier Wärmeaustausch-Rohrbündel 38a bis 38d angeordnet Jedes Rohrbündel 38 . wird mit Wärmeaustauschflüssigk'¹!·. über eine Sammelleitung 39 und Zulaufanschlüsse tiSa bis 40rf beliefert, welche Wärmeaustauschflüssigkeit die Rohrbündel 38 über Ablaufanschlüsse 41a bis 41c/ und eine Sammelleitung 42 verläßt Die heiße Flüssigkeit tritt in den Strömungskanal 34 durch ein Rohr 43 ein, tritt durch alle Rohrbündel 38 hindurch und fließt in den Speichertank 30 durch eine Überlauföffnung 44 und eine verstellbare Schleuse 45, von wo aus sie zur nächsten Prozeß-Station durch eine nicht gezeigte Pumpe geleitet wird. Wenn das Verhältnis der Länge zur Breite des Strömungskanals zu klein ist, wird keine schrittweise Kühlung erzielt. Das Verhältnis hängt natürlich von den Umständen ab, jedoch wird im allgemeinen ein Verhältnis von Länge zu Breite bevorzugt, das größer als 5 :1 ist.

Die Arbeitsweise dieser beiden Ausführungsbeispiele ist im wesentlichen die gleiche und hängt weitgehend von der Gestaltung der Rohrbündel 21, 22; 38 ab, die durch eine Anzahl von kleinen, verhältnismäßig flexiblen Rohren 60 gebildet werden, die aus einem organischen Polymermaterial, vorzugsweise aus einem Huorkohlenstoff wie »Teflon«, hergestellt sind. Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit dieses organischen Materials im Vergleich zu Metall ist eine große Zahl von Rohren 60 kleinen Durchmessers notwendig, um den gewünschten Wärmeaustausch zu ei zielen. Normalerweise enthält jedes Rohrbündel 21,22; 38 zwischen 500 und 3500 gesonderte Rohre 60 mit einem Durchmesser von jeweils zwischen 2,5 und 6,4 mm. Die Rohre 60 sind im Strömungskanal 20; 34 quer zum ganzen Strömungsweg der heißen, korrodierenden Flüssigkeit angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Breite und Höhe des engen Strömungskanals 20; 34, so daß die gesamte korrodierende Flüssigkeit nacheinander in innigen Kontakt mit den Rohren 60 jedes Rohrbündels 21, 22; 38 kommt. Es muß dabei darauf geachtet werden, daß eine Führung der heißen Flüssigkeit an einem der Rohrbündel 21, 22; 34 vorbei auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird und daß der Rückfluß der gekUhlun Flüssigkeit so gering wie möglich ist. Wenn hierauf geachtet wird, kann ein Temperaturgefälle zwischen der in den Strömungskanal 20; 34 eintretenden heißen fließenden Flüssigkeit und der ihn verlassenden Flüssigkeit aufrechterhalten werden. Wenn Vorbeifluß oder Rückfluß wesentlich werden, kann sich im Strömungskanal £i\ 34 tine gleichmäßige Temperatur bilden, wodurch der Wirkungsgrad der Kühlung herabgesetzt und es unmöglich gemacht wird, große

Mengen Flüssigkeit in dem vorgesehenen Raum zu kühlen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Rohrbündel ist in F i g. 5 und 6 dargestellt, die eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht des gleichen Rohrbündels sind. Eine Vielzahl von Rohren 60 zu einem einzigen U-förmigen Rohrbündel zusammengefaßt, welches aus Fertigungsgründen in zwei oder mehrere Abschnitte, je nachdem, um wieviele Rohre 60 es sich handelt, unterteilt ist. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 und 6 sind die einzelnen Rohre 60 durch starre Abstandsplatten 61 und 62 hindurchgeführt, die aus Metall. Kunststoff oder einem anderen starren Material hergestellt sind. Da diese Abschnitte des Rohrbündels außerhalb der heißen korrodierenden Flüssigkeit gehalten werden, können sie aus einem weniger korrodierbaren Material hergestellt werden.

Es ist nicht durchgehend ein starres Abstandsstück notwendig, sondern es genügen zwei solche Abstandspiaüeri Oi, 62. um uic Ausiliicliiung iici Rüi'ii'c &G herbeizuführen und um die Ausfluchtung der einzelnen Rohre 60 über das ganze Rohrbündel ohne zusätzliche Hilfe aufrechtzuerhalten, wenn diese einmal an den Enden des Rohrbündels hergestellt ist. Unstarre Abstandsplatten 64. die aus einem nicht korrodierbaren Material, wie Polytetrafluoräthylen. hergestellt sind, werden innerhalb des Bades verwendet und tragen dazu bei. die Abstände aufrechtzuerhalten, jedoch besteht ihr Hauptzweck darin, die einzelnen Rohre 60 daran zu hindern, unmittelbar gegen die Wände des Tanks zu reiben, jedes Rohr 60 im Rohrbündel wird dann durch die beiden starren Abstandsplatten 61 und 62 und durch mehrere flexible Abstandsplatten 64 hindurchgeführt. um die dargestellte U-förmige Anordnung zu erhalten. Die f'nden der einzelnen Rohre 60 werden dann zusammengefaßt und von Hülsen 65 und 66 aufgenommen, welche den Einlaß und den Auslaß der Rohrbündel bilden und mit den Zulauf- und den Ablaufanschlüssen 67 und 63 für die Wärmeaustauschflüssigkeit durch Flansche 69 und 70 verbunden sind. Das Endstück kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Eine günstige Ausbildung ist in der US-PS 33 15 740 beschrieben, wobei die einzelnen Rohre 60 wabenförmig zueinander angeordnet und sie miteinander und mit den Wänden der Rohrhülse haftend verbunden sind, daß Leckstellen vermieden werden. Es kann auch ein anderes Verfahren, beispielsweise ein Preßformverfahren, zum Formen der Enden oder Rohrbündel angewendet werden. Das Rohrbündel wird dann mit einer tragenden Konstruktion 71 verbunden, die dazu dient, das Rohrbündel im Strömungskanal 20; 34 in der Weise zu halter, daß die starren Abstandsplatten 61, 62 nicht in die korrodierende Flüssigkeit eintauchen, und die Enden der Rohrbündel in der Weise zu halten, daß die Leitungen für die Wärmeaustauschflüssigkeit in einfacher und sicherer Weise an ihnen angebracht werden könner,-

Da die heiße, korrodierende Flüssigkeit durch den Strömungskanal 20; 34 fließt, müssen Mittel zur Verankerung der Rohrbündel vorgesehen sein, damit sie nicht vom Boden des Strömungskanals 20; 34 hochgespült werden und ein Umgehungsweg für die heiße, korrodierende Flüssigkeit unterhnlb des Rohrbündeis gebildet wird. Wenn irgendwelche Mittel zur körperlichen Befestigung des unteren Endes der Rohrbündel am Boden des Strömungskanals 20; 34 verwendet werden, so wird das Entfernen des Rohrbündels erschwert. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Verankerung durch eine Reihe von Beschwerungen 72 in Form von Bleistäben gebildet, die zuerst in ein Rohr 73 aus Polytetrafluorethylen eingesetzt und dann durch die Abstandsplatten 64 zusammen mit den einzelnen Rohren 60 geführt werden.

Diese Beschwerungen 72 dienen dazu, die Rohrbündel so zu beschweren, daß sie zum Boden des Strömungska nals 20; 34 gedrückt werden, und bilden so eine Verankerung, welche die einzelnen Rohrbündel frei läßt, so daß sie nach Belieben aus dem Strömungskanal 20; 34

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an den vier Kanten jedes Abschnitts des Rohrbündels angeordnet. Sie brauchen sich nicht bis zur Oberfläche der heißen, korrodierenden Flüssigkeit zu erstrecken, sondern können, da sie als Verankerung wirken, auf den unteren Teil des Bündels beschränkt werden. Sie können voll von dem Rohr 73 eingehüllt werden, das sie umgibt, indem die Enden des Rohres 73 um die Beschwerungen 72 herum abgedichtet werden, so daß die gesamte Anon'r.ung gegen die korrodierende Flüssigkeit geschützt ist. Um dazu beizutragen, die Abstandsplatten 64 in Abstand voneinander zu halten, können die Beschwerungen 72 durch das Rohr 73 hindurch auf jeder Seite der Abstandsplatten 54 zusammengedrückt werden, um die Beschwerungen 72 auf jeder Seite der Abstandsplatten 64 zu verformen und dadurch die letzteren in ihrer Lage zu sichern.

Um zusätzlich ein Hindurchtreten der korrodierenden Flüssigkeit unter dem Rohrbündel zu verhindern, wird eine Folie 75 aus Polytetrafluorethylen an der unteren Abstandsplatte 64 durch eine Verschnürung 77, ebenfalls aus Polytetrafluorethylen, befestigt. Die Folie 75 wird durch mit Polytetrafluorethylen beschichtete Bleistäbe 78 beschwert und wirkt als Trennwand. Wenn sich das Rohrbündel aufwärts bewegt, schwingt die Folie 75 nach unten und verhindert, daß heiße, korrodierende Flüssigkeit das Rohrbündel dadurch umgeht, daß es unter diesem hindurchfließt.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher der Strömungskanal 34 oberhalb des Speichertanks 31 angeordnet ist. so daß die heiße, korrodierende Flüssigkeit aus dem Strömungstank 34 zum Speichertank 31 durch die Oberlauföffnungen und die Γ :hleuse durch Gefällewirkung fließt.
Der Strömungskanal kann auch oberhalb oder außerhalb des Speichertanks angeordnet werden und kann auch abgedichtet werden, wenn eine Strömung unter hohem Druck erforderlich ist Ferner kann ein geflochtenes Rohrbündel statt eines solchen mit Abstandsplatten vorgesehen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anlage für den Wärmeaustausch in einem ProzeBstrom zwischen einer korrodierenden Flüssigkeit, wie Schwefelsäure, und einer Wärmeaustauschflüssigkeit bei der in einem die korrodierende Flüssigkeit aufnehmenden Wärmeaustauschraum eine Vielzahl von Wärmeaustauschereinheiten angeordnet sind, die jeweils aus einem Bündel zusammengefaßter Wärmeaustauscherrohre gebildet sind und jeweils mit einem Zulauf- und einem Ablaufstück an eine für alle gemeinsame Zulaufbzw. Ablaufsammelleitung für die Wärmeaustauschflüssigkeit angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel (21a—e, 22a—e; 38a—d) der Wärmeaustauschereinheiten aus an sich bekannten flexiblen Rohren (60) aus einem organischen Polymermaterial zusammengesetzt und U-förmig gebogen sind sowie mit in Strömungsrichtung der korrodierenden Flüssigkeit hintereinafderliegenden Schenkeln und obenliegenden Zulauf- und Abiaufanschiüssen (25, 26; 40ä—u, 41a—d) in dem die korrodierende Flüssigkeit aufnehmenden Wärmeaustauschraum (20; 34) hängen, der seinerseits als Strömungskanal (29, 34) mit einem Zuflußende und einem Abflußende gestaltet ist und dessen Querschnitt drr Breite und Höhe der U-Schenkel der Rohrbündel (21a—e, 22a—e; 38a—d) angepaßt ist, und daß die Rohrbündel (21a—e, 22a—e; 38a—d)durch eingefügte Beschwerungen (72) mit ihren U-Krümmungen am Boden des Strömungs! anals (20; 34) gehalten werden.

2. Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel (21a —e, 22a—e; 38a—d) an ihren unteren Enden mit beschwerten, Trennwände bildenden Folien (75) versehen sind.

3. Anlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel (21a —e, 22a — e)]n einem kreisringförmigen Strömungskanal (20) angeordnet sind, der einen Speichertank (11) umschließt und in diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen einen Zufluß und einen Abfluß für die korrodierende Flüssigkeit aufweist, von denen der Abfluß mit dem Speichertank (11) verbunden ist (F i g. 1,2).

4. Anlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel (38a—d) in einem geradlinigen Strömungskanal (34) angeordnet sind, der einen Speichertank (30) durchquert und einerends mit einem Zufluß und andernends mit einem Abfluß für die korrodierende Flüssigkeit versehen ist, von denen der Abfluß mit dem Speichertank (30) verbunden ist (F i g. 3,4).

5. Anlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel (38a—d) in einem Strömungskanal angeordnet sind, der über einem Speichertank (30) angeordnet ist und einerends in den Speichertank (30) mündet (F i g. 7).