DE2140748A1

DE2140748A1 - Flussigkeitswarmeaustauscher

Info

Publication number: DE2140748A1
Application number: DE19712140748
Authority: DE
Inventors: Frank Thomas Smith Robert Dilman Wilmington Del Smith (V St A )
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-08-14
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR2102281B1; NL7111055A; FR2102281A1; BE771128A; GB1316375A; CA971554A

Description

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13. August I97I DE-92 .

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth .and Market Streets, Wilmington, Del. 19898,V.St.A.

Flüssigkeitswärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Wärmeaustauscher und ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen zwei Flüssigkeiten. Im besonderen ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Kühlung grosser Volumen heisser korrodierend wirkender Flüssigkeiten unter Prozeßstrombedingungen gerichtet. Im engeren Sinne bezieht sich die Erfindung auf eine neue und verbesserte Wärmeaustauschvorrichtung zum Kühlen heisser Schwefelsäure.

Bei der Herstellung von Schwefelsäure, insbesondere in der Absorptionsturmanlage, in welcher Schwefeltrioxid durch verdünnte Säure geleitet wird, um die Konzentration der Säure zu erhöhen, kann die Temperatur der Säure bis auf 113°C (2 36°F) ansteigen. Bei der erhöhten Temperatur hat die Säure nicht nur ihre Fähigkeit verloren, mehr Schwefeltrioxidgas'zu absorbieren, sondern sie hat , 209808/U06 - ι -

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auch eine stark korrodierende Wirkung auf die Rohre, Pumpen und Tanks, in welchen sie gehalten wird, so daß sie auf mindestens 71°C (160⁰F) gekühlt werden muß, bevor eine weitere Verarbeitung oder Lagerung erfolgt. Bei einer großtechnischen Säureanlage ist es -nicht ungewöhnlich, daß 2 4 600 Liter (6500 US-Gallonen) heisse Säure je Minute durch eine typische Absorptionsturmanlage zirkulieren. Die Kühlung einer solchen Menge korrodierend wirkender Flüssigkeit ist eine ausserordentlich schwierige Aufgabe.

Das häufigste Verfahren, das gegenwärtig angewendet wird, besteht darin, daß man die heisse Säure durch Rohre oder Leitungen in Form gestapelter hohler Gußstücke, Rohrschlangen, Schleifen oder parallele spiralige Platten zirkulieren läßt. Je nach den besonderen Säureeigenschaften können die Kühlrohre aus Stahl, Gußeisen oder Blei hergestellt werden. Die eigentliche Kühlung geschieht durch Berieseln oder Aufsprühen eines Wassernebels auf die Aussenflachen der Kühler oder durch Kühlkanäle,

Bekanntlich wird ein maximaler Wärmeübergang zwischen P einer flüssigkeit und einer Fläche erzielt, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit sich in der Wirbelströmungsbedingung befindet, die gewöhnlich dadurch erhalten wird, daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ausreichend erhöht wird. Im Falle der relativ viskosen konzentrierten Schwefelsäure ist die Geschwindigkeit des Mediums, die zur Erzeugung der gewünschten Wirbelströmungsbedingung notwendig ist, viel zu hoch, um eine beschleunigte Korrosion der Kühler zu vermeiden. Dies hat zur Folge, daß man die Säure mit weniger als den optimalen Strömungsbedingungen auf Kosten eines

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entsprechend niedrigeren WärmeübergangsWirkungsgrades durch die Rohre zirkulieren läßt. Zur Beseitigung dieses' Nachteils muß eine zusätzliche Wärmeaustauschkapazität vorgesehen werden, um eine angemessene Grosse der Wärmeaustauschfläche zu erhalten. Dies hat zur Folge, daß Wärmeaustauscher dieser Art notwendigerweise sehr grosse Anlagen darstellen, die einen beträchtlichen Kapitalaufwand und Aufstellungsraum erfordern. Solche Anlagen bedingen ausserdem hohe Wartungskosten, da die Rohre ständig unter korrodierendem Angriff stehen, nämlich innen durch die heisse Säure und aussen durch die intermittierende Benetzungs- und Trocknungswirkung des Kühlnebels, Schließlich zersetzen sich die Rohre und es treten Leckstellen auf. In einem solchen Falle erfordert die normale Wartungsfolge gewöhnlich das Aufsuchen der Leckquelle, das Herausnehmen des Wärmeaustauschers aus dem Prozeß, das Ableiten der Säure aus dem gestörten Teil und das Auswechseln der fehlerhaften Rohre. Alles dies ist kostspielig, zeitraubend und für das Personal gefährlich. Was noch wichtiger ist, Leckstellen in den Wärmeaustauscherrohren führen nicht nur zu einem erheblichen Verlust wertvoller Säure, sondern auch zu einer Verunreinigung der Umgebung. Zahlreiche Versuche, verbesserte Wärmeaustauschsysteme zu schaffen, mit denen die vorerwähnten Schwierigkeiten vermieden werden können, sind nur teilweise erfolgreich gewesen. Ein bemerkenswertes Beispiel ist der Schwefelsäurekühler nach dem USA-Patent 3.373,802, welcher eine gedrängte Wärmeaustauschvorrichtung darstellt, die aus Gruppen von U-förmigen Rohren hergestellt ist, welche in eine Flüssigkeitsspexcherkammer getaucht sind. Jedes Rohr ist mit Fluideinlässen und -Auslässen verbunden, die einen Kanal für den Umlauf eines Kühlmediums, wie Wasser, bilden. Die Rohre sind in sektorförmigen Gruppen

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innerhalb der Flüssigkeitskammer angeordnet, um sie zur Instandsetzung und Inspektion leicht ausbauen zu können.Um die korrodierende Wirkung der ankommenden heissen Säure auf die Kühlrohre auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist mittig in der Kammer eine Rühreinrichtung vorgesehen, um der Einströmung von Flüssigkeit am Einlaß durch Vermischen der heissen Flüssigkeit mit der bereits gekühlten Flüssigkeit entgegenzuwirken. Bei einer solchen Vorrichtung wird im Wärmeaustauscher ein starker Rückvermischungszustand erzeugt, fc um die Temperaturdifferenz in der Flü tsigkeit zu verringern und dadurch die nachteiligen Wirkungen der heissen Säure auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Diese Rückvermischung hat zur Folge, daß die gesamte Flüssigkeit im Tank eine gleichmässige Temperatur erreicht. Da sich eine solche Vermischungswirkung leider dahingehend auswirkt, daß der GesamtwärmeÜbergangswirkungsgrad der Vorrichtung verringert wird, muß diese mit einem Überschuß an Wärmeübergangskapazität gebaut werden.

Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten, relativ gedrängten Wärmeaustauschers, bei welchem die vorerwähnten Nachteile der bekannten Ψ Wärmeaustauschvorrichtungen auf ein Mindestmaß· herabgesetzt sind.

Die erfindungsgemässe Wärmeaustauschvorrichtung besitzt mindestens einen zylindrischen Tank mit einem ersten Einlaß und Auslaß z'urAufnähme einer ersten Flüssigkeit, mindestens ein Wärmeaustausch-Rohrbündel aus einem flexiblen organischen polymeren Material, das innerhalb jedes Tanks angeordnet ist und sich über die Länge jedes Tanks erstreckt, um einen ungebrochenen Wärmeaustauschbereich zu bilden, welcher den Tank in eine Eingangs-

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seite und eine Ausgangsseite unterteilt, ferner einen zweiten Einlaß und Auslaß, die mit den Endteilen des Rohrbündels für den Umlauf einer zweiten Flüssigkeit durch diese verbunden sind, und eine Einrichtung, die innerhalb jedes Tanks zwischen dem Einlaß und dem Wärmeaustauschbereich zur gleichmässigen Verteilung der Wärmeaustauschflüssigkeit über den Wärmeaustauschbereich angeordnet ist.

Eine solche Bauform kann entweder zum Erwärmen oder Kühlen des Prozeßstrcrms je nach den besonderen Erfordarnissen des Systems verwendet werden. Bei einer Ausführungsform wird der Prazeßstrom in die Mitte eines ringförmigen Wärmeaustauschbereiches eingeleitet und durch diesen mittels des Strömungsverteilers gefördert. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Flüssigkeit an der Aussenseite des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches eingeleitet und durch den Strömungsverteiler nach innen gefördert. Bei einer dritten Ausführungsform ist eine Vielzahl Tanks, von denen jeder mindestens ein Rohrbündel der Haarnadelbauart enthält, vorgesehen und der Prozeßstrom wird in eine Vielzahl kleiner Ströme unterteilt, von denen jeder einem anderen Tank zugeführt wird und von der einen Seite des Tanks zur anderen durch den durch das Rohrbündel gebildeten Wärmeaustauschbereich gefiltert wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Rohrbündel haarnadelförmige Rohrbündel und der zylindrische Tank bzw. die zylindrischen Tanks sind oben offen und in einen Flüssigkeitsspeicherbehälter so eingetaucht, daß der Auslaß oberhalb des Spiegels der Flüssigkeit im Flüssigkeitsspexcherbehälter bleibt und zwar unabhängig von dem Spiegel der Flüssigkeit in dem umgebenden Be-

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hälter. An der Basis des Tanks ist eine Teilchenaufnahmekammer zum Sammeln der Verunreinigungen vorgesehen, die in der Wärmeaustauschflüssigkeit mitgeführt werden.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft zur Schwefel- säureherstellungj bei welcher großvolumige Speicherbzw. Pumptanks normalerweise zur Aufnahme der heissen Säure in den Trocken- und Absorptionsturmanlagen erforderlich sind, wenn die Anlagen nicht in Betrieb sind. Im Betrieb wird die Säure aus diesen Tanks durch

P Reihen von Gußeisen- oder Bleirohr-Wärmeaustauschern .gepumpt, sowie gekühlt und durch die Turmanlage in Zirkulation versetzt. Die Erfindung läßt sich leicht in das Säurekühlsystem durch Eintauchen in einen bestehenden Pumptank integrieren, wodurch die Notwendigkeit für die raumbeanspruchenden Gußeisenrohr-Wärmeaustauscher vermieden wird,. Durch die Verwendung einer Wärmeaustauschergestaltung, welche eine Rückvermischung der heissen und der gekühlten Flüssigkeit im Tank verhindert, wird der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers wesentlich erhöht, so daß eine relativ gedrängte Vorrichtung zum Kühlen grosser Flüssigkeitsvolumen gebaut werden kann,

fe was bisher nicht für durchführbar gehalten wurde.

Das Volumen, das von einem solchen Modularkühler eingenommen wird, beträgt, gewöhnlich weniger als 1 % des Werkraums, der normalerweise durch die vorerwähnten herkömmlichen Kühleinlagen eingenommen wird. Hierbei ist zu erwähnen, daß, obwohl die Erfindung besonders vorteilhaft zum Kühlen heisser Säure ist, sie ebenso gut zum Erwärmen oder Kühlen grosser Volumen einer grossen Vielfalt von Flüssigkeiten, sowohl korrodierend als auch nicht korrodierend wirkende, geeignet ist, wie sie z.B. zur Lebensmittel- sowie zur biom^.dizinischen

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Verarbeitung u. dgl. verwendet werden.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich am besten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Schnitt und im Aufriß einer Ausführungsform der Erfindung, welche eine Anzahl haarnadeiförmiger Rohrelemente in konzentrischer Anordnung um einen inneren spitzbogenförmigen Strömungsverteiler zeigt, der einen ringförmigen Wärmeaustauschbereich bildet, welcher in einem Bottich oder Tank angeordnet ist, der einen Rand am offenen Ende aufweist, welcher als Überlaiiwehr dient;

Fig. 2 eine Teilansicht im Schnitt des in Fig. 1 dargestellten ringförmigen Wärmeaustauschbereiches, der aus einer Vielzahl rohrförmiger Bündel zusammengesetzt ist, welche haarnadelförmige Rohre aus einem organischen polymeren Material enthalten, welche Rohre zu Seilen verflochten und mit korrosionsbeständigen metallischen Abstandsstücken und Rahmen von. geringem Gewicht verschnürt sind;

Fig. 3 eine Endansicht eines typischen ausgeflachten geflochtenen Seils, welche die netzartige Anordnung flexibler Rohre von kleinem Durchmesser aus einem organischen Polymeren zeigt;

Fig. H eine Einzeldarstellung einer typischen Abstandsstück- und Rahmengruppe, wobei die Teile durch verformbare korrosionsbeständige Bänder

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aneinander befestigt sind;

Fig. 5 eine Teilansicht im Schnitt einer Ausführungsform des Kühlflüssigkeitsumlaufsystems, welche die Zuführungs- und Aufnahme-Endkammern, die Rohrbündelbefestigungen und die Absperrventile zeigt;

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt und im Aufriß einer

anderen Ausführungsform der Erfindung mit einer sich vajüngenden mittigen Zuführungsdüse, die sich im wesentlichen über ihre volle Länge in den Tank erstreckt und gegenüberliegend einer abgedeckten Teilchenfalle an der Basis endet;

Fig. T und 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte zylindrische Tank 1 ist an seinem einen Ende offen und weist an diesem einen Rand auf, der als Überlaufwehr 2 wirkt, wie vorgesehen. Der ψ ■ Tank 1 kann aus einem geeigneten korrosionsbeständigen Material, wie legiertem Stahl, glasverstärkten Harzen u. dgl. hergestellt werden, vorausgesetzt, daß er baulich ausreichend starr ist, um eine Vielzahl von Wärmeaustauschelementen zu tragen, die nachstehend näher beschrieben werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Tank 1 aus Gußeisen hergestellt und in einem grossen Speichertank oder Behälter gelagert. Bei dem dargestellten Fall ist der Tank in einen bestehenden Säureaufnahme- bzw. Pumptank 3 durch ein Einfahrloch eingetaucht, das für diesen Zweck vorgesehen ist. Der

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Tank 1 hat eine ausreichende Höhe, um sicherzustellen, daß das Niveau der Säure im PumptanJc 3 unterhalb des Oberlaufwehrs 2 bleibt. Innen ist das untere Ende des Tanks 1 durch eine schmale ringförmige Eintiefung bzw._e einen Kanal 5 modifiziert, der als Teilchenabscheider für Rückstände dient, die von der ankommenden Flüssigkeit mitgeführt werden können. Konzentrisch zum Kanal 5 ist ein spitzbogenförmiger Strömungsverteiler 6, der sich an der Längsachse des Tanks 1 nach oben erstreckt, Die Spitze des Verteilers 6 endet geringfügig unterhalb' des Niveaus des Überlaufwehrs 2 unmittelbar gegenüberliegend der Mündung eines Einlaßrohres 7, welches durch einen Deckel 8 über dem Einfahrloch 4 hindurchragt und oberstromseitig an den Auslaß einer Schwefelsäure-Absorptionsturmanlage (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Zwischen dem Verteiler 6 und der Wand des Tanks 1 befindet sich ein ringförmiger Wärmeaustauschbereich 9, der, wie in Fig. 2 gezeigt, aus einer Vielzahl von haarnadelförmigen Rohrbündeln 10 zusammengesetzt ist, die aus einer flexiblen organischen polymeren Masse hergestellt und nebeneinander zur Bildung einer unterbrechungsfreien ringförmigen Anordnung von Wärmeaustauschelementen angeordnet sind. Die Endteile der Haar-, nadelschleifen jedes Bündels 10 sind zu einer Endform verarbeitet, beispielsweise zu der Wabenform-Rohrendkonstruktion, wie sie in dem USA-Patent 3,315.7UO beschrieben ist. Der äussere Schenkel dieser haarnadelschleife ist mit einem Kühlmittel-Zuführungssammelrohr 11 gekuppelt,, während der innere Schenkel mit einem Kühlmittel-Aufnahmesammeirohr 12 gekuppelt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind beide Sammelrohre geschweißte kreisförmige Konstruktionen, die einen Bestandteil des Einfahrlochdeckels 8 bilden. Die Schleifen sind an den jeweiligen Sammelrohren in fluiddichter Weise

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mittels Flanschkappe 13 und O-Ringdichtungen 14 befestigt, die besser in Fig. 5 dargestellt sind, welche eine weitere Ausfuhrungsform der Samme!rohranordnung darstellt, die gesonderte Absperrventile 2 3 für jede Schleife enthält. Die Kappen' 13 sind an den Sammelrohren bzw. Endkammern durch herkömmliche Schraubverbindungen befestigt und dienen als Halterungen, von denen die Bündel 10 frei herabhängen.

Wie Fig. 2, 3 und 4 zeigen, ist jede Schleife aus einer Vielzahl von Rohren von kleinem Durchmesser zusammengesetzt, die miteinander zur Bildung rohrförmiger Seile 15 verflochten sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Bei einer Ausfuhrungsform sind 48 Seile in jedem Rohrbündel, wobei jedes Seil 64 Rohre mit einem Durchmesser zwischen 2,5 mm und 6,35 mm (zwischen 0,1 und 0,2 5 ") enthält. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Rohre aus einer organischen polymeren Masse auf Fluorkohlenstoff basis, wie "Teflon", hergestellt. Jedes Rohrbündel 10 ist daher aus etwa 3,072 Rohren zusammengesetzt, so daß ein typischer Wärmeaustauschbereich 9, der aus 10 Bündeln zusammengesetzt ist, bis 30.000 Rohre enthalten kann, durch welche ein Kühlmittel in Umlauf gesetzt wird.

Wie erwähnt, hängen die biegsamen rohrförmigen Elemente frei nach unten. Daher kann, um den ringförmigen Verlauf des unterbrechungsfreien Wärmeaustauschbereiches 9 sicherzustellen, ein Verankerungssack 16, der aus einem geeigneten korrosionsbeständigen Material, wie "Teflon", hergestellt ist, und Bleischrot 17 enthält, innerhalb der gebogenen Teile des Bündels 10 angeordnet werden, um die rohrförmigen Elemente gedrängt und gerade zu halten. Die Ringform des Wärmeaustauschbereiches 9 wird ferner durch Abstandsstücke

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und Metallrahmen 20 aufrechterhalten j wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, ist jeder Rahmen 20 ein teilweise gekrümmter Abschnitt, der aus einem korrosionsbeständigen Metall von geringem Gewicht hergestellt ist und mit den Rohrbündeln 10 und benachbarten Rahmen durch verformbare Bänder 19 verschnürt ist. Die Abstandsstücke 18 und Metallrahmen 20 tragen zur Versteifung der Rohrbündel 10 bei, wodurch der Einbau und die Entnahme aus dem Tank 1 erleichtert wird. Im eingebauten Zustand dienen die Rahmen 20 ferner zur Bildung und Begrenzung einer Strömungskammer 21 zwischen dem Verteiler 6 und der Innenseite des Wärmeaustauscherbereiches 9 und einer Sammelkammer 22 zwischen der Aussense ite des Wärmeaustauschbereiches 9 und der Wand des Tanks 1, Die Kammer 21 ist ein Raum von veränderlichem Volumen, der dazu bestimmt ist, den ankommenden heissen Flüssigkeitsstrom gleichmässig über die volle Länge des Bereiches 9 bei einer geringstmöglichen Herabsetzung der Stromgeschwindigkeit zu verteilen. Die Kammer bildet eine Sammelzone für die gekühlte Flüssigkeit, bevor sie den Tank 1 über das Überlaufwehr 2 verläßt,

Im Betrieb wird Kühlwasser in die Rohrbündel 10 vom Sammelrohr 11 eingeleitet, von diesen nach unten durch die äusseren Schleifen geleitet, sodann nach oben durch die inneren Schleifen und in das Auslaßsammelrohr 12, aus dem es in geeigneter Weise abgeleitet wird. Der vorangehend beschriebene Strömungsweg bietet die Vorteile und den Nutzen von Fluidströmungssystemen mit zwei Durchgängen, jedoch mit nur einem einzigen Durchgang der heissen Flüssigkeit. Da jedes Rohrbündel von Sammelrohren 11 und 12 unabhängig von den anderen Bündeln verbunden ist, bietet die Parallelschaltung zahlreiche Vorteile und vor allem die Fähigkeit, ein

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konstantes hohes Temperaturgefälle zwischen dem rohrseitigen Kühlmedium und der in der Querrichtung strömenden heissen Säure auf der Mantelseite. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann jedes Rohrbündel 10 mit Ventilen 23 zur Abschaltung der Kühlflüssigkeit bei einem Leck infolge Rohrbruchs versehen sein. Dies ermöglicht eine Isolierung eines nicht einwandfrei arbeitenden Bündels 10 und einen fortgesetzten Betrieb der Vorrichtung bis zur nächsten geplanten Abschaltung ohne nachteilige Verdünnung und Verunreinigung der in Behandlung befindlichen Säure«

Da die Kühlflüssigkeit durch eine grosse Vielzahl von Rohren in Umlauf gesetzt wird, ist natürlich die Leckmenge j die beim Bruch eines oder mehrerer Rohre erhalten wird, praktisch unbedeutend und die Notwendigkeit, ein einzelnes Rohrbündel 10 wegen Leckens zu isolieren, ist ziemlich selten» Ein zu kühlender Strom heisser Säure wird in der Vorrichtung in den Tank 1 eingeleitet, um den Verteiler 6 herum umgelenkt, über die Kammer 21 verteilt, einmal durch die ringförmige Anordnungvon Rohrbündeln 10 geleitet und im Aufnahmesammeirohr 22 gesammelt, worauf es schließlieh den Tank 1 am Überlaufwehr 2 verläßt. Wenn die heisse Flüssigkeit in die Kammer 21 eintritt, bewirkt das veränderliche Volumen, daß die Strömung gleichmassig über den ganzen ringförmigen Wärmeaustauschbereich 9 mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit verteilt wird.

Nach dem Durchtritt durch den Wärmeaustauschbereich sammelt sich die gekühlte Säure in der Kammer 22. Der Rückdruck der ankommenden Flüssigkeit verhindert einen Rückfluß und eine Vermischung, so daß die gekühlte

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Flüssigkeit über das Wehr 2 in den Puraptank 3 überläuft« Die vorerwähnte Anordnung ergibt einen einzigen Durchgang durch den Wärmeaustauschbereich 9 ohne Vermischung. Dies ermöglicht die Aufrechterhaltung eines beträchtlichen Temperaturgefälles zwischen der ankommenden und der abgehenden Flüssigkeit und ist daher sehr wirksam, zum Kühlen grosser Mengen Flüssigkeit„ Bei einer beispielsweisen Ausführungsform konnten durch die Vorrichtung 681 m³ (180 000 Gallonen)heisse Säure stündlich von 105⁰C auf 38°C (von 22O°F auf 100⁰F) gekühlt werden.

Mit Rücksicht auf die netzartige Struktur der in engem Abstand voneinander befindlichen Warmeaustauschrohre muß darauf geachtet werden₉ daß der Wärmeaustauschbereich 9 durch Teilchen und Abfälle_s welche von dem heissen Säurestrom mitgeführt werden, nicht verschmutzt wirdο In den meisten Fällen ist die Veränderung in der Geschwindigkeit3 die in der Eingangskammer 21 ein·=, tritt,, ausreichendj das Absetzen der grösseren Teilchen im Kanal 5 herbeizuführen. Für eine stark sedimentierte und verunreinigte Säure kann jedoch eine wirksamere Einrichtung notwendig werden.

In Fig» 6 ist eine andere Ausführungsform gezeigt₃ die eine Teilchenfalle bzw. einen Teilchenabscheider 24 am Boden des Tanks 1 aufweist₉ der durch eine Platte 25 abgeschirmt ist. Die Falle 2'f ist unmittelbar gegenüberliegend der Mündung der Einlaßdüse 26 angeordnet_s die sich über ihre volle Länge im Tank 1 erstreckt₀ Die Düse 2 6 ist so abgeändert₉ daß sie einen kontinuierlich abnehmenden Querschnitt aufweist₉ so daß sie dazu beiträgt_s eine Eingangskammer 21 von veränderlichem Volumen zu bilden» Im Betrieb erfährt die durch die Düse

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eingeleitete heisse Säure eine Umkehrung der Strömungsrichtung von 180° am Boden des Tanks 1, bevor sie in die Kammer 21 eintritt. Die Richtungsänderung verursacht eine plötzliche Herabsetzung der Geschwindigkeit und einen entsprechenden Abfall im Energieniveau der Flüssigkeit, wodurch mitgeführte Teilchen freigesetzt werden, die sonst den Austauschbereich 9 verschmutzen könnten» Das Material setzt sich in der Falle 24 rasch ab, aus der es bei einer späteren geplanten Abschaltung entfernt werden kann. Die Abschirmplatte 25 schützt das abgesetzte Material gegen Auswaschen durch den ankommenden Strom.

Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Anzahl rechteckiger und länglicher Tanks 30 vorgesehen, die aus einem geeigneten korrosionsbeständigen Material hergestellt sind und von denen jeder einen ersten Einlaß 40 und einen ersten Auslaß 31 aufweist. Bei dieser Ausfuhrungsform besteht der erste Auslaß aus einem Rand, der als Überlaufwehr dient. Die Tanks werden von Säulen 2 2 getragen, und tauchen in einen grösseren Tank 33, der ein vorhandener Säureaufnahme- bzw, -Pumptank sein kann. Eine Anzahl haarnadeiförmiger Rohrbündel 34 je aus einer Vielzahl flexibler rohrförmigen Elemente von kleinem Durchmesser aus einer organischen polymeren Masse ist ebenfalls vorgesehen. Mindestens eines dieser Rohrbündel ist innerhalb jedes der Tanks angeordnet und erstreckt sich im wesentlichen vom oberen zum unteren Ende des Tanks, um einen unterbrechungsfreien Wärmeaustauschbereich 3 5 zu bilden, der den Tank in eine Eingangsseite 36 und in eine Ausgangsseite unterteilt. Eine erste Leitung 38 dient zur Belieferung des ersten Einlasses 40 mit einer Zufuhrflüssigkeit, welche bei der dargestellten Ausführungsform ein Prozeß»

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strom ist. Der. Prozeßstrom wird durch einen Kanal 39 zum Boden des Tanks geleitet und, wie durch die Pfeile angegeben, durch den Wärmeaustauschbereich 35 durch die Strömungsverteilungswxrkung der Wand 41 gefördert, deren Funktion darin besteht, das Fluidvolumen, welches durch jede Flächeneinheit des Wärmeaustauschbereiches hindurchtritt, im wesentlichen gleich zu halten. Die Endteile der Haarnadelschleifen werden zu einer Endkonstruktion verarbeitet, wie vorangehend beschrieben. Der Schenkel der Haarnadelschleife ist mit einem Einlaß ' 42 und mit einem Kühlmittelzufuhrsammelrohr 4 3 gekuppelt₉ während der innere Schenkel mit einem Auslaß 44 und mit einem Kühlmittelaufnahme-Sammelrohr 45 gekuppelt ist. Die Gesamtkonstruktion ist oberhalb der Tanks durch Stützen 46 ^lagert. In jedem Tank ist eine Stützwand 47 vorgesehen, um zu verhindern, daß sich die Rohrbündel innerhalb des Tanks verschieben.

Die vorangehende Beschreibung wurde auf die Ausführungsform beschränkt, bei der haarnadeiförmige Rohrbündel verwendet werden, was zu bevorzugen ist, besonders wenn es sich um korrodierend wirkende Flüssigkeiten handelt, da die Sammelrohranordnungen ausserhalb der korrodierend wirkenden Flüssigkeit gehalten werden können. Die Erfindung ist jedoch auch auf die Verwendung gerader Rohrbündel mit einem Einlaß am einen Ende und einem Auslaß am anderen Ende des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches anwendbar. Eine solche Anordnung ist zur Verwendung geeignet, wenn es sich nicht um korrodierend wirkende flüssigkeiten handelt. Die vorangehende Beschreibung soll lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienen, die nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.

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Claims

Pat ent ansprüche t

1«) Vorrichtung zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen einer fliessenden ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit, deren Temperatur von derjenigen der ersten Flüssigkeit wesentlich vea?- schieden ist, gekennzeichnet durch

a) mindestens einen Tank zur Aufnahme der fliessenden ersten Flüssigkeit, wobei jeder der Tanks einen ersten Einlaß und Auslaß zur Aufnahme der Strömung der ersten Flüssigkeit in den und aus dem Tank aufweist;

b) mindestens ein Rohrbündel, das innerhalb jedes der Tanks angeordnet ist und sich im wesentlichen vom oberen zum unteren Ende des Tanks erstreckt, um einen unterbrechungsfreien Wärmeaustauschbereich zu bilden, der den Tank in eine Eingangsseite und in eine Ausgangsseite unterteilt, jedes der Rohrbündel durch eine Vielzahl relativ flexibler, enger rohrförmiger Elemente gebildet wird, die aus einer organischen polymeren Masse hergestellt sind und einen zweiten Einlaß und Auslaß aufweisen, die mit ihren Enden und mit dem Inneren der rohrförmigen Elemente verbunden sind, um den Durchfluß der zweiten Flüssigkeit zu ermöglichen;

c) eine Einrichtung zum Leiten der Strömung der Wärme· austäuschflüssigkeit durch den Wärmeaustauschbereich von der Eingangsseite zur Ausgangsseite, des

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Tanks, so daß das Volumen der ersten Flüssigkeit, das durch jede Flächeneinheit des Wärmeaustauschbereiches hindurchtritt, über die volle Länge des Wärmeaustauschbereiches im wesentlichen gleich ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Tank zur Aufnahme der fliessenden ersten Flüssigkeit vorgesehen ist und

Jb) eine Vielzahl Rohrbündel innerhalb des Tanks sich im wesentlichen vom oberen Ende bis zum Boden des Tanks erstreckend angeordnet sind, um einen im wesentlichen ungebrochenen ringförmigen Wärmeaustaus chbereieh zu bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß innerhalb des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches angeordnet ist und der erste Auslaß ausserhalb des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches, so daß die Strömung der ersten Flüssigkeit von innerhalb des Wärmeaustauschbereiches zu dessen. Aussenseite stattfindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß an der Aussenseite des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches angeordnet ist und der erste Auslaß an der Innenseite des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches, so daß die Strömung der

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ersten Flüssigkeit von der Aussenseite des Wärmeaustauschbereiches zu dessen Innenseite erfolgt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - **, dadurch gekennzeichnet,., daß die rohrförmigen Elemente aus einer polymeren Masse auf Basis von Fluorkohlenstoff hergestellt sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel von der Haarnadelbauart sind und beide Endteile jedes der Bündel am oberen Ende des Tanks angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Verankerungselement, das verhindern soll, daß das untere Ende der haarnadeiförmigen Bündel sich wesentlich vom Boden des Tanks wegbewegt.
8, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel gerade Rohrbündel sind und ein Endteil jedes der Bündel am oberen Ende des Tanks angeordnet ist und ein Endteil jedes der Bündel am Boden des Tanks.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1.-7, gekennzeichnet durch eine Teilchenfalle, die am Boden des Tanks auf der Eingangsbereichsseite des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches zur Aufnahme und zum Fest-_

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halten der von der fliessenden ersten Flüssigkeit mitgeführten Teilchen angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß .die Einrichtung zum Leiten der Strömung der ersten Flüssigkeit aus dem Inneren der zylindrischen Anordnung von Rohrbündeln zur Aussenseite die-

ser zylindrischen Anordnung, ein spitzbogenförmiger Verteiler ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente in jedem der Rohrbündel zu einer dicht gedrängten Anordnung verflochten sind, wobei die Schenkel jedes der haarnadelförmigen Bündel miteinander längs im wesentlichen der vollen Länge der Haarnadel/verschnürt sind und jedes Rohrbündel mit dem benachbarten Rohrbündel über im wesentlichen die volle Länge der Haarnadel verschnürt ist, so daß die zylindrische Anordnung aus Rohrbündeln eine im wesentlichen kontinuierliche und unterbrechungsfreie Anordnung von rohrförmigen Elementen für die hxndurchfliessende erste Flüssigkeit darstellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Tanks zur Aufnahme der ersten fliessenden Flüssigkeit vorgesehen ist, mindestens ein haarnadelförmiges Rohrbündel innerhalb jedes der Tanks angeordnet ist und innerhalb jedes der Tanks

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ein spitzbogenförmiges Element vorgesehen ist, um den Fluß der Wärmeaustauschflüssigkeit durch jeden der Wärmeaustauschbereiche zu leiten.
13. Verfahren für den Wärmeaustausch zwischen einer fliessenden ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß

P 'a) ein ringförmiger Wärmeaustauschbereich vorge

sehen wird, der durch eine Vielzahl von Wärmeaustauschbündeln gebildet wird, von denen jedes eine Vielzahl von relativ flexiblen engen Rohrelementen aufweist, die aus einer organischen polymeren Masse hergestellt sind und ein Einlaß sowie ein Auslaß mit dam Inneren der Rohrelemente verbunden wird, um den Durchfluß der zweiten Flüssigkeit durch dieses zu ermöglichen;

b) jedes Rohrelement in jedem Wärmeaustauschbündel mit der zweiten Flüssigkeit beliefert wird;

c) die fliessende erste Flüssigkeit in einen Einlaß | auf der einen Seite des fliessenden Wärmeaustauschbereiches eingeleitet wird;

d) die Strömung der ersten Flüssigkeit von der einen Seite des Wärmeaustauschbereiches zur anderen Seite desselben in der Weise geleitet wird, daß das Volumen der durch jede Flächeneinheit des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches hindurch-

t retenden ersten Flüssigkeit über die volle Länge des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches im wesentlichen gleich ist; und

e) die fliessende erste Flüssigkeit aus einem Auslaß abgeleitet, wird, der auf der entgegengesetzten

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Seite des ringförmigen Wärmeaustauschbereiches angeordnet ist, so daß nur die erste Flüssigkeit, die durch den ringförmigen Wärmeaustauschbereich hindurchgetreten ist, den Auslaß erreicht, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten Flüssigkeit am Einlaß und der ersten Flüssigkeit am Auslaß aufrechterhalten wird.

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