DE2403285A1

DE2403285A1 - Vorrichtung zum erwaermen einer unterkuehlten fluessigkeit

Info

Publication number: DE2403285A1
Application number: DE2403285A
Authority: DE
Inventors: H Guenther Dr Hirschberg
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1974-01-24
Publication date: 1975-07-31
Also published as: NL7403313A; CH573583A5

Description

Vorrichtung zum Erwärmen einer unteridihiten Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen einer unterkühlten Flüssigkeit auf eine Temperatur in der Nähe ihrer Sättigungstemperatur mit einem Wärmeträger, der die Wärme von der Wärmequelle zu der zu erwärmenden Flüssigkeit transportiert, Tiefsiedende Flüssigkeiten werden häufig in grossen Lagertanks bei Atmosphärendruck oder aber geringem Ueberdruck gelagert. Die Lagertemperatur liegt dann bei der diesem Druck entsprechenden Sättigungstemperatur der Flüssigkeit. In Prozessanlagen sind neben diesem Niederdrucklagertank vielfach mehrere kleinere, daran angeschlossene Hochdrucklagertanks vorhanden, in welchen ein Teil der Flüssigkeit aus dem Niederdrucklagertank vor ihrer Verwendung gespeichert wird. So wird bçispielsweise in Düngemittel-Produktionsanlagen Ammoniak in grossen Niederdrucklagertanks mit einem Inhalt von 15 000 - 25 000 m3 bei einem Druck von 1 at entsprechend einer Sättigungstemperatur von -340 C gelagert. Zur Verwendung des Ammoniaks in der Anlage wird ein-Teil davon in mehrere kleinere Hochdrucklagertanks umgefüllt, in denen ein Druck von etwa 10 at herrscht. Dazu muss das Ammoniak auf den genannten Druck von 10 at gehoben und ausserdem auf die 0 zugehörige höhere Sättigungstemperatur von 24° C erwärmt werden.
Bei der bekannten Vorrichtung ist der Wärmeträger, der die Wärme von der Wärmequelle zu der zu erwärmenden Flüssigkeit transportiert, ein einheitlicher Stoff, z. B. Wasserdampf.
Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass wegen der tiefen Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit, unter Umständen die Gefahr besteht, dass das Heizmittel einfriert. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung besteht darin, dass beim Stocken des Durchflusses der zu erwärmenden Flüssigkeit der Druck gefährlich ansteigt, da die Erwärmung durch den Wärmeträger weitergeht. Dies kann zu Flüssigkeitsschlägen in der Anlage -führen.
Die Vorrichtung ist deshalb mit einem aufwendigen Regel- und Sicherheitssystem zu versehen.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zu schen bei der die Gefahren des Einfrierens und des übermässigen Druckanstiegs ausgeschaltet werden, ohne dass ein aufwendiges Regelsystem notwendig ist. Gemass der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Wärmeträger ein nichtazeotropes Flüssigkeitsgemisch ist, das aus einer höhersiedenden und einer tietersiedenden Komponente besteht, die ineinander löslich sind, und dass der Wärmeträger durch die Wärmequelle verdampft und die zu erwärmende Flüssigkeit durch den kondensierenden Dampf des Wärmeträgers erhitzt wird.
Der Wärmeträger ist vorzugsweise ein Ammoniak-Was ser-Gemisch.
Das Gemisch enthält vorzugsweise 20 - 33 Gfi Ammoniak.
Die Vorrichtung besteht-vorzugsweise aus zwei übereinander angeordneten Wärmeübertragern, wovon der untere die Wärmequelle und den flüssigen Wärmeträger enthält, und wobei beide Wärmeübertrag er durch ein Rohr zum Einleiten des verdampften Wärmeträgers in den oberen Wärmeübertrager und durch ein weiteres Rohr zum Rückführen des kondensierten Dampfes aus dem oberen in den unteren Wärmeübertrager verbunden sind.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist zwei übereinander angeordnete Wärmeübertrager 1 und 2 auf, die mantelseitig durch ein Steigrohr 3 und ein Fallrohr 4 miteinander verbunden sind.
Das Fallrohr 4 mündet in den unteren Teil des Wärmeübertragers 1 aus. Die zu erwärmende Flüssigkeit, z. B. Ammoniak, wird dem Wärmeübertrager 2 durch einen Stutzen 5 zugeführt und nach Durchströmen eines Rohrbündels 6 durch einen Stutzen 7 abgeführt.
In einem Mantelraum 8 des Wärmeübertragers 1 befindet sich ein Gemisch 9 von Ammoniak und Wasser, das bekanntlich nicht azeotrop ist. Ein Stutzen 10 des Wärmeübertragers 1 dient der Zufuhr von Reizdampf zu einem Rohrbündel 11. In einer Zufuhrleitung 12 für den Heizdampf ist ein Druckregelventil 13 angebracht, das mit einem Druck-Messwertgeber .14 einen Regelkreis für den Druck im Rohrbündel 11 des Wärmeübertragers 1 bildet.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der durch das Rohrbündel 11 des Wärmeübertragers 1 strömende Heizdampf verdampft einen Teil deslAmmoniak-Wasser-Gemisches 9.
Der Dampf strömt durch das Steigrohr 3 in den Mantelraum 15 des Wärmeübertragers 2 und kondensiert am Rohrbündel 6, wobei die Kondensationswärme an die durch das Rohrbündel strömende, zu erwärmende Flüssigkeit abgegeben wird. Das Kondensat fliesst durch das Fallrohr 4 zurück zum Mantelraum 8 des Wärmeübertragers 1.
Der Heizdampf kondensiert im Rohrbündel 11 bei einem Druck, der durch den Regelkreis 13, 14 konstant gehalten wird. Das Kondensat strömt durch einen Kondensatableiter 16 ab. Dieser ist mit einem (nicht gezeichneten) Niveauregler für das Kondensat versehen, der gewährleistet, dass kein Dampf abgeführt werden kann.
Die Ammoniakkonzentration des Flüssigkeitsgemisches im Wärmeübertrager 1 ist so gewählt, dass der durch das Steigrohr 3 aufsteigende Dampf einen höheren Anteil an Ammoniak als an Wasser hat. Daher kondensiert der Dampf-am Rohrbündel 6 bei einer Temperatur die wesentlich niedriger liegt als die Siedetemperatur des Gemisches, aber nur wenig höher als die gewünschte Austrittstemperatur der erwärmten Flüssigkeit aus dem Rohrbündel 6. Stoppt somit der Durchfluss der zu erwärmenden Flüssigkeit durch das Rohrbündel 6, so kann der Druck in diesem trotzdem nicht übermässig ansteigen, sondern erreicht einen Wert, der nur geringfügig über dem bei ungestörtem Betrieb auftretenden Wert liegt.
Auch ein Einfrieren des Kondensats bei dessen allfälligem Rückstau im Rohrbündel 11 des Wärmeübertragers 1 ist nicht möglich, da zwischen den beiden Wärmeübertragern nur eine geringe Konvektionsströmung auftritt, deren Kühleffekt auf den Wärmeübertrager 1 durch den Wärmeeinfall von aussen ausgeglichen wird.
Ausserdem ist genügend Zeit vorhanden, den Rückstau des Kondensats zu beheben.
Selbstverständlich kann das nichtazeotrope Flüssigkeitsgemisch auch ein anderes sein als das im Ausführungsbeispiel erwähnte Ammoniak-Wassergemisch. Die Art und Zusammensetzung des einzusetzenden Gemisches wird bestimmt durch die zu erzeugende Sättigungstemperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit.
Weiterhin können die beiden Rohrbündel 6 und 11 auch in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht sein, Es ist dabei selbstverständlich zu achten, dass der flüssige Wärmeträger nur das untere Rohrbündel 11 umgibt.

Claims

Patentansprüche

3,rrichtung zum Erwärmen einer unterkühlten Flüssigkeit auf eine Temperatur in der Nähe ihrer Sättigungstemperatur mit einem Wärmeträgerj der die Wärme von der Wärmequelle zu der zu erwärmenden Flüssigkeit transportiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger ein nichtazeotropes Flüssigkeitsgemisch ist, das-aus einer höhersiedenden und einer tiefersiedenden Komponente besteht, die ineinander löslich sind, und dass der Wärmeträger durch die Wärmequelle verdampft und die zu erwärmende Flüssigkeit durch den kondensierenden Dampf des Warmeträgers erhitzt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme träger ein Ammoniak-Wassergemisch ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch 20 - 33 GX Ammoniak enthalt..
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch zwei übereinander angeordnete Wärmeübertrager (1 2), wovon der untere (l) die Wärmequelle (11) und den flüssigen Wärmeträger (9) enthält, und wobei beide Wärmeübertrager (1, 2) durch ein Rohr (3) zum Fuhren des verdampften Wärmeträgers zum oberen Wärmeübertrager (2) und durch ein weiteres Rohr (4) zum Rückführen des kondensierten Dampfes aus dem oberen zum unteren Wärmeübertrager (2 bzw. 1) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der untere Wärmeübertrager (1) mit einem Regelkreis (13, 14) zum Regeln des Kondensationsdruckes des Heizmittels der Wärmequelle versehen ist.

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