DE2516125C2 - Device for mass and heat exchange processes, consisting of several parallel, vertically arranged tube bundles - Google Patents
Device for mass and heat exchange processes, consisting of several parallel, vertically arranged tube bundlesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Stoff- und Wärmeaustausch prozesse zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase, besehend aus mehreren parallelen, vertikal angeordneten Rohrbündcln, wobei die Rohre am oberen und am unteren Ende miteinander verbunden sind, mil einem zentralen Zulauf und einem zentralen Ablauf.The invention relates to a device for fabric and Heat exchange processes between a gaseous and a liquid phase, consisting of several parallel, vertically arranged tube bundles, the tubes at the top and at the bottom with one another are connected, with a central inlet and a central outlet.
Für Stoffaustauschprozesse zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase verwendet man häufig Vorrichtungen, in denen die Flüssigkeit als dünner Film über einen Filmträger abwärts rieselt. Das Gas wird vorzugsweise im Gegenstrom zum Flüssigkeitsfilm durch die Vorrichtung geleitet. Dabei können auch chemische Reaktionen ablaufen.One often uses for mass transfer processes between a liquid and a gaseous phase Devices in which the liquid trickles downwards as a thin film over a film carrier. The gas will preferably passed through the device in countercurrent to the liquid film. You can also chemical reactions take place.
Bekannte Vorrichtungen sind die Füllkörperkolonne und die Rohrkolonne. In Füllkörperkolonnen dienen Füllkörper, wie Raschigringe oder Satielkörper, als Filmträger. In Rohrkolonnen sind senkrecht angeordnete Rohre die Filmträger. Die üblichen Abmessungen der Füllkörper und der Rohre liegen zwischen 25 und 50 mm.Known devices are the packed column and the tubular column. Serve in packed columns Packing bodies, such as Raschig rings or Satiel bodies, as Film carrier. In columns of tubes, vertically arranged tubes are the film carriers. The usual dimensions of the The packing and the pipes are between 25 and 50 mm.
Die Nachteile der Füllkörpcrkolonnen sind vor allem der verhältnismäßig große Druckverlust des Gasstromes, die verhältnismäßig geringe Belastbarkeit für Gas und Flüssigkeit innerhalb der Füllkörpcrschicht.The main disadvantages of packed columns are the relatively large pressure loss in the gas flow, the relatively low load capacity for gas and liquid within the packing layer.
Darüber hinaus ist die Größe der Phasengrenzfläche, durch die der Sioffausiausch gerichtet ist, weitgehend unbekannt. Mit Sicherheit weiß man nur, daß die Phasengrenzfläche kleiner ist als die geometrische Oberfläche der Filmträger. Der Vorteil der Füllkörpcrkolonne besteht im wesentlichen darin, daß sie im Vergleich zu anderen Filmkolonnen die größte Phasen* grenzfläche je Völümcinficit des Apparates ermöglicht.In addition, the size of the phase interface through which the Sioffausiausch is directed is largely unknown. One only knows with certainty that the phase interface is smaller than the geometrical one Surface of the film base. The advantage of the packed column is essentially that it is in the Compared to other film columns, it enables the largest phase interface for each volume of the apparatus.
Der Nachteiidcr herkömmlichen Röhrkolonne ist vor allem die kleine Phasengrenzfläche je Volumeneinheit« Von Vorteil ist der geringe Druckverlusl des Gasstro' fnes. Auf Gmnd der kleinen Phasengrenzfläche wird die Rohrkolonnc nur wenig angewendet. Die Rühre der Rohrkolonne sind im allgemeinen wie in Wärmeaustauschern in Rohrboden befestigt, wodurch zwischen den Rohren ein verhältnismäßig großer Abstand notwendig wird, der das tote, für den Austauschprozeß nicht verfügbare Apparatevolumen vergrößert.The disadvantage of the conventional tubular column is in front especially the small phase interface per unit volume. The low pressure loss of the gas flow is an advantage. fnes. On the basis of the small phase interface, the Rohrkolonnc only rarely used. The tubes of the tubular column are generally as in heat exchangers fixed in the tube sheet, which means that a relatively large distance is necessary between the tubes which increases the dead apparatus volume that is not available for the exchange process.
Ferner ist eine Vorrichtung für Stoff- und Wärmeaustauschprozesse bekannt (DK-AS 11 64 990), bei der die Austauschprozesse in Kanälen stattfinden, die in einen massiven Block gebohrt sind. Schon aus Festigkeitsgründen ist eine unmittelbar benachbarte Anordnung der Kanäle, wenn überhaupt, nur unter großem Aufwand mit Spe/ialwcrkzcugmaschinen zu erreichen. Eine Vergrößerung des Wirkungsqucrschniltes istFurthermore, a device for mass and heat exchange processes is known (DK-AS 11 64 990), in which the Exchange processes take place in channels that are drilled into a massive block. For reasons of strength, there is a directly adjacent arrangement of the channels, if at all, can only be achieved with great effort with special tool machines. An enlargement of the cross section is
ι5 entweder mit einem größeren Bloekdurchmcsser möglich, der jedoch nicht beliebig groß gemacht werden kann, oder durch Nebcncinandcranordnung mehrerer solcher Blöcke, wobei jedoch Tolräume in mehrfacher Größe des Wirkungsquerschnittes sich ergeben.ι 5 possible either with a larger block diameter, which, however, cannot be made as large as desired, or by arranging several such blocks in addition, whereby, however, tol spaces in several times the size of the effective cross-section result.
Die Stoff- und Wärmeaustauschvorrichtung gemäß der DE-OS 23 19 411 besteht aus einer Füllschicht aus mehreren parallelen, getrennt angeordneten Teilen, die als hohle, einen Abstand voneinander aufweisende Wellrohre ausgebildet sind. Durch die parallele Anordnung sind zwar die Strömungsverhälmisse günstiger als bei den Füllkörpcrkolonnen mit ungeordneten Füllkörpern, jedoch sind die Toträume verhältnismäßig groß.The mass and heat exchange device according to DE-OS 23 19 411 consists of a filler layer several parallel, separately arranged parts that are designed as hollow corrugated pipes spaced apart from one another. Through the parallel Arrangement, the flow conditions are more favorable than in the case of packed columns with random packing, but the dead spaces are proportionate great.
Die Stoff- und Wärmeaustauschvorrichtung nach der DE-PS 12 68 596 ist aus ein/einen ',ich verengenden und wieder erweiternden, hohlen Gebilden zusammengesetzt und ist daher wigcn der komplizierten Gestalt der Gebilde in der Herstellung außerordentlich aufwendig. Die GB-PS 8 45 366 zeigt und beschreibt eine außen gekühlte RohrbiindeLinnrdnung /um Durchfuhren exothermer Reaktionen Dabei bestehen die Rohrbündel aus im Querschnitt si-ehseckförmigen Ei π/el rohren, die mit ihren etwas nwenerten. ebenfalls sechseckigen Enden so zusammengefügt sind, daß sich zwischen den Rohren zum Zwecke einer Ersparnis an leucrem Kühlmittel (Quecksilber) η·:·τ klc.T! /wischenräume ergeben. Diese Konstruktion ist wegen der Querschnittsform der Rohre aufwendig in der Herstellung und würde bei ihrer Anwendung auf eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art die Bildung eines gleichmäßig dünnen Flüssigkeiisfilmcs erschweren.The mass and heat exchange device according to DE-PS 12 68 596 is a / one ', I narrowing and again widening, hollow formations and is therefore less complex shape of the Structure extremely expensive to manufacture. The GB-PS 8 45 366 shows and describes an outside Cooled pipe bundles / around exothermic passages Reactions Here, the tube bundles consist of egg π / el tubes with a cross-section that have a si-hexagon shape with their something. also hexagonal ends are joined together so that between the Pipes for the purpose of saving leucrem coolant (mercury) η ·: · τ klc.T! / wipe spaces result. This construction is because of the cross-sectional shape the tubes are expensive to manufacture and would be used in a device of the type according to the invention complicate the formation of a uniformly thin liquid film.
Aufgabe der Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art /u schaffen, die die Vorteile der herkömmlichen Rohikolonne und der Füllkörperkolonnc weitgehend vereinigt. Das heißt, daß die Vorrichtung eine Phasengrenzfläche /wischen Gas und Flüssigkeit gewährleistet, die gleich oder großer als die in einer Füllkörperkolonnc ist. Ferner soll, wie bei herkömmlichen Rohrkolonnen, der Druckvcrlust gering und die Belastbarkeit groß scm. Schließlich soll der Aufbau einfacher als bei Kohrkolonncn herkömmlicher Konstruktion sein. Diese Aufgabe wird durch die im Kcnn/eichcn des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen einer solchen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von sieben Figuren näher beschrieben: 's 'eigiIt is the object of the invention. To create a device of the type mentioned at the beginning which largely combines the advantages of the conventional crude column and the packed column. This means that the device ensures a phase boundary between gas and liquid which is equal to or greater than that in a packed column. Furthermore, as with conventional tubular columns, the pressure loss should be low and the load-bearing capacity should be high. After all, the structure should be simpler than that of conventional columns. This object is achieved by the features specified in the Kcnn / eichcn of claim I. Expedient developments of such a device are specified in claims 2 to 4. The invention is described in more detail below with reference to seven figures: 's' eigi
F i g. I ein erfindungsgemäßes aktives Rohr der Vorrichtung,F i g. I an inventive active tube of the device,
Fig.2 die crfindungsgcriiäße Vorrichtung in einer
Draufsicht mil mehreren Rohrbündclcirtheileni
F i g, 3 eine Röhrbündeleinheil in Einzelheiten,
Fig,4 einen Schnitt nach der Linie A durch die2 shows the device according to the invention in a plan view with several tube bundle parts
Fig. 3 a tube bundle unit in detail,
Fig, 4 is a section along the line A through the
Rohrbündeleinheit mich I·' i g. J in größerem Maßstab,Tube bundle unit me I · 'i g. J on a larger scale,
Fig.5 eine Ausftihrungsforrn eines Elementes zur Erzeugungeines Fliissigkeitsfilmes,Fig.5 shows an embodiment of an element for Creation of a liquid film,
Fig.6 Grund und Aufriß des Ablaufendes von drei zusammengelegten aktiven Rohren,Fig. 6 is a plan and elevation of the end of the drain of three collapsed active tubes,
F i g. 7 eine Ausführungsform eines aktiven Rohres.F i g. 7 shows an embodiment of an active tube.
Die erfindung-sgemäße Vorrichtung besteht aus einer großen Zahl von aktiven Rohren 1 (Fig. 1), die am oberen Ende ein Filmerzeugungselement 2 aufnehmen und am unteren Ende unte,· einem Winkel von vorzugsweise 60° r-dgespitzl sind, wodurch der Flüssigkeitsablauf in der so erzeugten Spitze herbeigeführt wird.The device according to the invention consists of a large number of active tubes 1 (FIG. 1), which on at the top end a film-forming element 2 and at the bottom end at an angle of preferably 60 ° r-dspitzl, whereby the liquid drainage is brought about in the tip produced in this way.
in Fig.2 sind zur einfacheren Darstellung die Filmerzeugungselemente 2 nicht eingezeichnet. Das kompakte Rohrbündel setzt sich aus in Sechseckform angeordneten Einheiten 3 zusammen. Im Beispiel der Fig.2 sind sieben solcher Einheiten dargestellt. Die Rohrbündeleinheiten 3 können zum Aufbau von Kolonnen mit nahezu beliebig großen Querschnittsflächen verwendet werden.in Fig.2 are for ease of illustration the Film-generating elements 2 not shown. The compact tube bundle is made up in a hexagonal shape arranged units 3 together. In the example of FIG. 2, seven such units are shown. the Tube bundle units 3 can be used to build columns with cross-sectional areas of almost any size be used.
Jede Rohrbündelcinhcit 3 besieht gemäß der Fig. 3 aus einem passiven Zentrairohr 4 um das auf mehreren sechseckförmigen Schalen aktive Rohre 1 angeordnet sind. Die erste Schale I wird von sechs, die zweite Schale II von zwölf, eine etwaige dritte Schale von achtzehn aktiven Rohren usw. gebildet. Die Rohrbündeleinheiten nach F i g. 2 und 3 sind zweischalig.According to FIG. 3, each tube bundle unit 3 consists of a passive central tube 4 around the multiple hexagonal shells active tubes 1 are arranged. The first shell I is made of six, the second shell II formed by twelve, a possible third shell of eighteen active tubes, etc. The tube bundle units according to FIG. 2 and 3 are double-shell.
Nur die aktiven Rohre 1 einer solchen Einheil werden von der Flüssigkeit und dem Gas durchströmt und stehen daher für den Austausch zwischen den beiden Phasen zur Verfügung. Das Zentralrohr 4 dient zum Aufbau der sechseckförmigen Einheiten 3 sowie zur Verteilung der Flüssigkeit am Kopf der Rohrbündcleinheit. Darübcrhinaus kann das Zentrairohr aber auch für die Zufuhr der Flüssigkeit verwendet werden.Only the active tubes 1 become such a Einheil through which the liquid and the gas flow and therefore represent the exchange between the two Phases available. The central tube 4 is used to build the hexagonal units 3 and for Distribution of the liquid at the head of the tube bundle unit. In addition, the central tube can also be used for the supply of the liquid can be used.
In Fig.ί sind im Schnitt die Rohre auf der Schnittlinie A der F i g. 3 dargestellt. In der Mille dieser Rohrreihe befindet sich das Zentrairohr 4. Zu beiden Seilen des Rohres 4 befinden sich in diesem Schnitt je zwei aktive Rohre I. da die Rohrbündeleinheit aus zwei Rohrschalen aufgebaut ist. Das Zentralrohr 4 ist gegenüber den aktiven Rohren 1 verkürzt und durch einen Pfropfen 5 verschlossen. Der Rohrbündolcinheit wird die Flüssigkeit mittels eines Zulaufrohrcs 6 zugeführt, das oberhalb des Zcntralrohres 4 angeordnet ist. Vom Zentralrohr 4 aus verteilt sich die Flüssigkeit auf die aktiven Rohre 1. die sich auf den Schalen der Rohrbündelcinhcii befinden. Die /wischen den Rohren befindlichen Zwischenräume werden mittels einer Vergußmasse, die ein Metall. Kunststoff oder auch Keramik sein kann, sowohl am oberen als auch am unteren Ende des Bündels verschlossen. Damit wird sowohl ein fester Verbund der Rohre als auch eine Begrenzung des Flüssigkeitsraumes am oberen Bündel·In Fig.ί the tubes are in section on the section line A of F i g. 3 shown. The central tube 4 is located in the middle of this row of tubes. Two active tubes I are located on each of the two ropes of tube 4 in this section, since the tube bundle unit is made up of two tube shells. The central tube 4 is shortened compared to the active tubes 1 and closed by a plug 5. The liquid is fed to the tube bundle unit by means of an inlet tube 6 which is arranged above the central tube 4. From the central tube 4, the liquid is distributed to the active tubes 1. which are located on the shells of the tube bundle tubes. The / between the pipes located gaps are by means of a casting compound, which is a metal. Plastic or ceramic can be sealed at both the upper and lower ends of the bundle. This creates a solid bond between the pipes and a limitation of the liquid space at the upper bundle
ende erreicht.end reached.
|cdes aktive Rohr im um oberen |-'ndc mit einem Filmer/.eugungselement 2 (I"ig. I) und (Fig.4) versehen. The active tube is provided with a filmer / diffraction element 2 (Fig. I) and (Fig. 4) in the upper | -'ndc.
Das Filmerzeugungselement 2 isi ein zylindrisches Rohrstück, das /ur Hälfte seiner Lange aufgeweitet und gewellt ist. Der äußere Durchmesser des gewellten Endes ist so bemessen, daß das Filmcr/eugungselement mit leichtem Druck in das obere Ende eines aktiven Rohres 1 eingeführt werden kann. Auf zusätzliche Befesiigungsmaßnahmcn kann verzichtet werden.The film-forming element 2 is a cylindrical one Piece of pipe that is widened for half of its length and is wavy. The outer diameter of the corrugated end is sized to accommodate the film diffraction element can be inserted into the upper end of an active tube 1 with slight pressure. On additional Fastening measures can be dispensed with.
Bei zweischaligen Rohrbündcleinhciten bilden stets drei Rohre 1 eine Grundeinheit. Die abgeschrägten Enden der drei Rohre dieser Grundeinheit werden so zusammengelegt, daß die Spitzen eng benachbart sind. Damit wird die Vorraussetzung geschaffen, daß die von den drei Rohren ablaufende Flüssigkeit einen einzigen Ablaufstrahl 5 biklet, der in ein Ablaufrohr 8 mündet (F i g. 6). Die Verwendung eines Ablaufrohres für jede Grundeinheit gewährleistet einen störungsfreien Ablauf der Flüssigkeit und gleichzeitig eine störungsfreie Zuführung des Gases, wodurch die oH-re Belastungsgrenze für Gas und Flüssigkeit erhcblirn erhöht wird.In the case of double-shell tube bundle units, they always form three tubes 1 a basic unit. The beveled ends of the three tubes of this base unit will be like this collapsed so that the tips are closely spaced. This creates the prerequisite that the The liquid draining off the three pipes has a single discharge jet 5 which opens into a discharge pipe 8 (Fig. 6). The use of a drain pipe for each base unit ensures trouble-free drainage the liquid and at the same time a trouble-free supply of the gas, whereby the oH-re load limit for gas and liquid is increased.
Für jede zweischalig!.· Rohrbünddeinheit 3 ergeben sich sechs Ablaufrohre, die /u einem nicht dargestellten zentralen Ablaufrohr geiührl werden können. Damit verfügt jfdc Rohrbündclcinheit über cm zentrales Zulaufrohr 6 und über ein zentrales Ablaufrohr.For each two-shell tube assembly unit 3 there are six drainage pipes which can be connected to a central drainage pipe (not shown). This means that the jfdc pipe bundle unit has a central inlet pipe 6 and a central outlet pipe.
Die aktiven Rohre 1 können aus metallischen oder keramischen Werkstoffen sowie aus Glas oder Kunststoffen
bestehen. Ihre Wandstärke richtet sich fast ausschließlich nach den Fertigungsmögiichkeiten und
kann daher so dünn wie möglich sein. Metallische Rohre können z. B. eine Wandstärke von etwa V10 bis 2/m mm
haben. Die Rohre haben praktisch keine Kräfte aufzunehmen. Die Steifigkeit des Rohrbündels ist auf
Grund seines wabenförmigen Querschnitts außerordentlich groß. Der Durchmesser der Rohre wird unter
den üblichen praktischen Bedingungen zwischen 10 und 20 mm liegen, die Länge der Rohre kann bis zu eirigen
Metern betragen. Muß die Gesamtlänge der Rohre in mehrere Abschnitte unterteilt werden, so ist das
verht.inismäßig leicht /u realisieren, da die Zwischenvcrieilung
der Flüssigkeit auf Grund der erläuterten Bauweise mit zentralem Zu- und Ablaufrohr je
Rohrbündcleinheit keine Schwierigkeiten bereitet. Das zentrale Ablaufrohr der jeweils oberen Rohrbündeleinhcit
kann dabei als zentrales Zulaufrohr für die untere Rohrbündelcinheii dienen. Als aktive Rohre können
solche mit zylindrischen Wanden gemäß Ι· ι g. 1 oder mn
gewellten Wänden gemäß (" i g. 7 verwendet werden. Bei schraubenförmig gewellten Wänden kann der
Steigungswinkel der Wellung α den praktischen Bedürfnissen angepaßt sein.
55 The active tubes 1 can consist of metallic or ceramic materials as well as of glass or plastics. Their wall thickness depends almost exclusively on the manufacturing possibilities and can therefore be as thin as possible. Metallic pipes can e.g. B. have a wall thickness of about V 10 to 2 / m mm. The pipes have practically no forces to absorb. The rigidity of the tube bundle is extremely high due to its honeycomb cross-section. The diameter of the pipes will be between 10 and 20 mm under the usual practical conditions, the length of the pipes can be up to several meters. If the total length of the pipes has to be divided into several sections, this is verht.inismäßig easy / u to realize, since the intermediate layering of the liquid does not cause any difficulties due to the explained construction with a central inlet and outlet pipe for each tube bundle unit. The central outlet pipe of the respective upper tube bundle unit can serve as a central inlet pipe for the lower tube bundle unit. As active tubes, those with cylindrical walls according to FIG. 1 or mn corrugated walls according to ("i g. 7. In the case of helically corrugated walls, the angle of inclination of the corrugation α can be adapted to practical requirements.
55
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (4)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19752516125 DE2516125C2 (en) | 1975-04-12 | 1975-04-12 | Device for mass and heat exchange processes, consisting of several parallel, vertically arranged tube bundles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752516125 DE2516125C2 (en) | 1975-04-12 | 1975-04-12 | Device for mass and heat exchange processes, consisting of several parallel, vertically arranged tube bundles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2516125A1 DE2516125A1 (en) | 1976-11-18 |
| DE2516125C2 true DE2516125C2 (en) | 1982-03-04 |
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- 1975-04-12 DE DE19752516125 patent/DE2516125C2/en not_active Expired
Also Published As
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