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ROTIERENDER STOFF- UND WÄRMEAUSTAUSCHER FÜR GASE
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MIT EINER FILMARTIG AUFTRAGBAREN FLÜSSIGKEIT Die Erfindung bezieht
sich auf Ausrüstungen zur DurchfWhrung von Stoff- und Wärmeaustauschprozessen zwischen
Gas und Flüssigkeit, zum Beispiel zur Durchführung von Rektifikation, Absorption,
Chemosorption, Naßentstaubung von Gas, Abkühlung und Befeuchtung von Gasen, und
zwar auf einen rotierenden Stoff- und Wärmeaustauscher für Gase und Flüssigkeiten.
Besonders vorzuziehendes Einsatzgebiet der Erfindung ist die Vakuumrektifikation
von Stoffen, die gegenüber erhöhten Temperaturen empfindlich sind.
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Bekannt ist ein rotierender Wärmeaustauscher (s. Urheberschein der
UdSSR, Nr. 203 621), der ein im Querschnitt rundes Gehäuse mit Rohrstutzen zur Einführung
von Flüssigkeit in das Gehäuse an einem seiner Enden und zur Abführung von Flüssigkeit
aus dem Gehäuse an seinem anderen Ende sowie zur EinfUhrung von Gas in das Gehäuse
an einem seiner Enden und zur Abrührung von Gas aus dem Gehäuse an seinem anderen
Ende und
weiterhin eine koaxial im Gehäuse drehbar aufgestellte
Welle mit den darauf befestigten Berieselungsstufen enthält. Die Berieselungsstufen
werden durch Blechbänder gebildet, die in Form von von der Welle auseinanderlaufenden
Spiralen gebogen und in Richtung zur Welle umgebördelt sind. Der bekannte Apparat
beinhaltet auch Überströimrngseinrichtungen zur Fortbewegung von Flüssigkeit von
einer Berieselungsstufe zur anderen.
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Eine Uberströmungseinrichtung stellt einen an der inneren Oberfläche
des Gehäuses befestigten ringförmigen Flüssigkeitsabscheider für Aufnahme von Flüssigkeit,
die von einer Berieselungsstufe abgelassen wird, und eine Uberlaufrohrleitung dar.
Das Aufnahmeende der Überlaufrohrleitung kommuniziert mit dem Flüssigkeitsabscheider
und das Ablaßende ist mit einer anderen Berieselungsstufe verbunden.
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Beim Betrieb des bekannten Wärmeaustauschers, der senkrecht aufgestellt
ist, wird seine Welle zur Drehung gebracht.
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Flüssigkeit wird in das Gehäuse von oben durch einen Rohrstutzen eingeführt
und tritt in die letzte Berieselungsstufe von oben ein. Unter der Einwirkung von
Zentrifugalkräften verteilt sich die Flüssigkeit an den Blechbändern der jeweiligen
Berieselungsstufe in Form eines Filmes und strömt vom Zentrum zur Peripherie der
Berieselungsstufe. Von der Peripherie der Berieselungsstufe wird die Flüssigkeit
in einen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider abgelassen, der an der Wandung des
Gehäuses befestigt ist. Aus dem Flüssigkeitsabscheider strömt die Flüssigkeit durch
eine mit ihm kommunizierende Uberlaufrohrleitung unter der Einwirkung
von
Schwerkraft auf die darunter angebrachte BeriewserlÜs?tfe über. Hierdurch strömt
die Flüssigkeit durch die ganze Anlage.
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Die von der untersten Berieselungsstufe abgelassene Flüssigkeit wird
aus dem Apparat durch einen Rohrstutzen abgeleitet, der am unteren Ende des Apparates
befestigt ist. Gas wird in den Apparat von unten eingeführt und von oben durch die
Rohrstutzen abgeleitet, mit denen sein Gehäuse versehen ist. Gas durchquert die
Berieselungsstufen durch Spalten zwischen Blechbändern, dabei kommt es mit Flüssigkeitsfilm
in Berührung, der die Bänder benetzt.
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Der bekannte Wärmeaustauscher weist jedoch eine Reihe von Nachteilen
auf, die den Wirkungsgrad des Stoff-und Wärmeaustausches herabsetzen.
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Einer der Nachteile besteht darin, daß der Apparat bei Abweichung
seines Gehäuses von der senkvechten Stellung, zul Beispiel bei Montage, betriebsunsicher
ist, wodurch Flüssigkeit sich auf dem Abschnitt des ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders
ansammelt, der sich in der untersten Stellung gegenüber den anderen Abschnitten
befindet.'3enn sich dabei das Aufnahmeende der Uberlaufrohrleitung an dem diametral
entgegengesetzten, das heißt an dem besonders erhöhten Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders
befindet, so strömt die Flüssigkeit mindestens teilweise über den Rand des ringförmigen
Flüssigteitsabcheiders auf den am niedrigsten liegenden Abschnitt, ohne dabei in
die Oberlaufr ohr leitung zu gelangen. Dadurch konn die sberströmung der Flüssigkeit
von einer Berieselungsstufe auf eine andere mindestens teilweise gestört werden.
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Wenn aber das Aufnahmeende der Uberlaufrohrleitung auf den untersten
Abschnitt des ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders gerät, so kann das Ablaßende
einer und derselben Uberlaufrohrleitung die Stellung über ihrem Aufnahmeende einnehmen.
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Da die Flüssigkeit sich in der Uberlaufrohrleitung lediglich unter
der Einwirkung der Schwerkraft bewegen kann, verursacht das die Verringerung der
Durchlaßfähigkeit der Rohrleitung und das übermäßige Anfühlen des Flüssigkeitsabscheiders
mit der darauffolgenden unkontrollierbaren Ausströmung von Flüssigkeit.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daßes nicht möglich ist, den
Rücklauf der Flüssigkeit auf einer Berieselungsstufe zu erreichen. Es ist nicht
möglich, Flüssigkeit, die von einer Berieselungsstufe abgelassen wird, auf die gleiche
Stufe zurückzuführen. Diese Rückführung wird von der Schwerkraft verhindert.Die
Rezirkulation von Flüssigkeit auf einer Berieselungsstufe ermöglichte es aber, das
vollständige Benetzen der Stufe auch in dem Fall zu sichern, wenn die gesamte Durchflußmenge
der dem Apparat zugeleiteten Flüssigkeit gering ist Noch ein Nachteil des bekannten
Wärmeaustauschers besteht in der Kompliziertheit seiner Montage und Demontage. Die
Überlaufrohrleitungen sind in
Form von radialen Abflußrinnen ausgeführt,
die mit dem Gehäuse verbunden und im Raum zwischen den Berieselungsstufen angebracht
sind. Für die Herausnahme der Zelle mit den darauf angeordneten Berieselungsstufen
aus dem Apparat ist es erforderlich, vorher sämtliche radiale Abflußrinnen aus dem
Apparat zu entfernen, deren Anzahl oft groß ist.
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Noch ein weiterer Nachteil des bekannten Wärmeaustauschers besteht
in der ungenügend großen ärmeaustauschfläche. Bei Durchfuhrung des Prozesses der
Chemosorption im Apparat, die durch die Entwicklung großer Wärmemengen gekennzeichnet
wird, entsteht öffters die Notwendigkeit, die von der Flüssigkeit entstehende Wärme
abzuführeni Im bekannten Apparat kann die genannte Vlärmeableitung nur durch die
Wandungen des Gehäuses des Apparates stattfinden, der mit einem kühlenden Außenmantel
versehen werden kann. Hierdurch ist die XJärmeaustauschfläche durch die Wandungen
des Apparates eingeschränkt, was öfters ein hemmender Faktor für Erhöhung seiner
Effektitität und Leistung ist.
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Die Anbringung von Kühlschlangen im ringförmigen Blussigkeitsabscbeider
selbst kann infolge des beschränkten Rauminhalts des Flüssigkeitsabscheiders die
Wärmeaustauschrläche nicht wesentlich vergrößern.
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Noch ein Nachteil des bekannten Wärmeaustauschers besteht in der
Unmöglichkeit seines
Betriebes in horizontaler Stellung.
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Bekannt ist ferner ein rotierender Wärmeaustauscher, der ein horizontales
Gehäuse, eine koaxiale Welle, an der Welle befestigte Berieselungsstufen und ringförmige
FlUssigkeitsabscheider, die an den Berieselungsstufen angeordnet sind, aufweist,
wobei der innere Hohlraum ringförmiger Rinnen mit Aufnahmeenden von Überlaufrohrleitungen
kommuniziert, deren Abflußenden an die angrenzenden Berieselungsstufen angeschlossen
sind (siehe Urheberschein der UdSSR Nr. 259 822). Solche Apparate sind Jedoch nur
bei ausreichend großer Drehgeschwindigkeit der Welle betriebsfähig, da sonst infolge
der geringen Auflaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf das offene Aufnahmeende
einer Uberlaufrohrleitung die Uberströmung der Flüssigkeit von einer Berieselungsstufe
auf die andere nicht gesichert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen rotierenden
Wärmeaustauscher zu entwickeln, dessen Konstruktion eine sichere Überströmung von
Flüssigkeit von einer Berieselungsstufe auf die andere auch bei der Abweichung des
Apparates von der senkrechten Stellung gewährleistet, darunter auch bei horizontaler
Stellung sogar bei geringen Drehgeschwindigkeiten der Welle die Rezirkulation von
Flüssigkeit sicherstellt und eine große Wärmaustauschfläche hat, wobei die Montage
und Demontage des Apparates erleichtert werden.
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Das wird dadurch erreicht, daß in einem rotierenden Stoff-und Elärmeaustauscher
das im Querschnitt runde Gehäuse mit Rohrstutzen
zur Einführung
von Flüssigkeit in das Gehäuse an dem einen seiner Enden und zur Ableitung von Flüssigkeit
aus dem Gehäuse an dem anderen Ende und Rohrstutzen zur Einführung von Gas in das
Gehäuse an dem einen seiner Enden und zum Entweichen von Gas aus dem Gehäuse an
dem anderen Ende aufweist, ferner daß eine drehbare koaxial im Gehäuse angeordnete
vertikale Welle mit daran befestigten Berieselungsstufen vorgesehen ist, welche
Stufen von Blechbändern gebildet werden, die in Form von gewundenen von der Welle
auseinanderlaufenden Spiralen verlaufen und die in Richtung zur Welle umgebördelt
sind, sowie daß mindestens eine Uberströmungseinrichtung zur Förderung von Flüssigkeit
von einer Berieselungsstufe auf die andere angeordnet ist, die einen an der Innenoberfläche
des Gehäuses befestigten ringförmigen Flüssigkeitsabscheider für die Aufnahme von
Flüssigkeit aufweist, die von einer beliebigen Berieselungsstufe abgelassen wird,
und die eine Uberlaufrohrleitung besitzt, deren Aufnahmeende mit dem FlUssigkeitsabscheider
kommuniziert und deren Abflußende an eine andere Berieselungsstufe angeschlossen
ist, wobei der Flüssigkeitsabscheider erfindungsgemäß in Form einer die Berieselungsstufe
umfassenden ringförmigen Rinne ausgeführt ist, in deren Innenraum mindestens eine
mit der Peripherie der jeweiligen Berieselungsstufe verbundene Trennwand ragt, die
quer über der ringförmigeniRinne angeordnet ist.
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Ein derartiger Wärmeaustauscher ist bei einer beliebigen Abweichung
seines Gehäuses von der senkrechten Stellung betriebssicher.
Die
an der Peripherie der Berieselungsstufen befestigten Trennwände, die in den Hohlraum
der ringförmigen Rinnen-FlUssigkeitsabscheider eingefUhrt und quer zu den Rinnen
angeordnet sind, sichern die Verwirbelung der Flüssigkeit in den ringförmigen Rinnen.
Hierdurch entstehen Zentrifugalkräfte, die die Flüssigkeit an den Boden der ringförmigen
Rinnen andrücken.
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Die entstehende Druckhöhe der Flüssigkeit gewährleistet ihre zwangsläufige
Bewegung innerhalb der Uberlaufrohrleitung.
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Dabei übertreffen die auf die Flüssigkeit infolge ihrer Verwirbelung
einwirkenden Kräfte in ihrer Größe die Schwerkraft.
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Die Form der Oberfläche der Flüssigkeit, die sich in der ringförmigen
Rinne befindet, hängt dabei nicht mehr vom Grad der Abweichung der Achse des Apparates
von der Senkrechten ab, genauso wenig wie die die Flüssigkeit durch die Uberlaufrohrleitung
durchpressende Kraft nicht von der Einwirkung der Schwerkraft abhängt.
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Wenn das Gehäuse des Wärmeaustauschers im wesentlichen senkrecht
angeordnet ist, soll die Uberströmungseinrichtung zweckmäßigerweise zusätzlich mit
einer Rezirkulationsrohrleitung versehen werden, deren Aufnahmeende mit der ringförmigen
Rinne kommuniziert, die die Jeweilige Berieselungsstufe umfaßt, und deren Abflußende
über ihrem Aufnahme ende liegt und die von oben an die gleiche Berieselungsstufe
angeschlossen wird. Eine derartige Ausführung des Apparates stellt das Steigen von
FlUssigkeit in der Uberströmungseinrichtung in der den Schwerkräften
entgegengesetzten
Richtung und demzufolge auch den Rückfluß der Flüssigkeit sicher, die bereits von
der Berieselungsstufe abgelassen ist, auf dieselbe Berieselungsstufe. Dadurch wird
die Rezirkulation von Flüssigkeit auf einer Berieselungsstufe zustandegebracht.
Dabei entsteht die für die Förderung der Flüssigkeit in der Rezirkulationsrohrleitung
erforderliche Druckhöhe unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften, die auf die
Flüssigkeit, die in einer ringförmigen Rinne wirbelt, wirksam werden.
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Es ist ebenfalls wünschenswert, die Rezirkulationsrohrleitung mit
einem Einstellventil zu versehen. Das ermöglicht, die Menge der rezirkulierenden
Flüssigkeit auf der jeweiligen Berieselungsstufe ohne eine besondere Einstellung
des Apparates durch eine einfache Drehung des Einstellorganes des Ventils zu regeln,
das außerhalb des Apparates angeordnet ist. Bei vollständig geschlossenem Ventil
ist die Rezirkulation der Flüssigkeit auf einer Berieselungsstufe ausgeschlossen.
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Es ist auch wünschenswert, die Abflußenden der Uberlaufrohrleitungen
etwas weiter von der Achse des Apparates als die Peripherie der Berieselungsstufen
anzubringen und die mit der Peripherie der Berieselungsstufen verbundenen Trennwände
übereinander anzuordnen und auf einer gemeinsamen Stange zu befestigen, die parallel
zur Achse des Apparates liegt und am peripheren Teil der Berieselungsstufen mit
der Möglichkeit der Drehung um die eigene Achse befestigt ist.
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Dabei wird die Montage und Demontage des
Wärieaustauschers
vereinfacht. Vor der Demontage des Apparates besteht keine Notwendigkeit, die Uberlaufrohrleitungen
zu entfernen, da sie nicht mehr die Entfernung des Rotors aus dem Apparat verhindern,
der aus den auf der Welle befestigten ßerieselungsstufen besteht. Die auf der gemeinsamen
Stange befestigten und beim Betrieb des Apparades in die inneren Hohlräumen der
ringförmigen Rinnen hineinragenden Trennwände werden durch die Drehung der sie tragenden
Stange aus den ringförnigen Rinnen herausgeführt und an die Peripherie der Berieselungsstufen
angedrückt. Daraufhin kann der Rotor frei aus dem Apparat herausgenommen werden.
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Die Druckhöhe der Flüssigkeit beim Betrieb dea Apparates soll in
diesem Fall das Auftreffen des Strahls, der aus der ilberlaufrohrleitung ausströmt,
in die Mitte der jeweiligen Berieselungsstufe sichern.
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Es ist auch wumschenswert, in den Kreislauf mindestens einer Überlaufrohrleitung
einen Oberflächenwärmeaustauscher einzufügen, der außerhalb des Apparates aufgestellt
ist; in diesem Wärmeaustauscher kann man die überschüssige Wärme von der Flüssigkeit
bei Durchführung einer exotherinischen Reak tion in Apparat abführen. Dabei wird
die für das Durchpressen der Flüssigkeit durch die Uberlaufrohrleitung und Arbeitskanäle
des Überflachenwärmeaústauschers erforderliche Druckhöhe durch zwangsläufige Verwirbelung
der Flüssigkeit in einer ringförmigen Rinne gesichert. Hierdurch kann man, ohne
Enden
rungen in Konstruktionsabmessungen des Apparates vorzunehmen,
die für die Kühlung der Flüssigkeit erforderliche Oberfläche eines Wärmeaustauschers
beliebig vergrößern.
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Es ist wünschenswert, daß im Apparat, dessen Gehäuse vorwiegend horizontal
angeordnet ist, an den Boden der ringförmigen Rinne außenseitig eine Kammer angrenzt,
die über der Achse des Gehäuses liegt, mit dem Innenraum der ringförmigen Rinne
durch die in ihrem oberen Teil angeordnete Einlaßöffnung kommuniziert und in ihrem
unteren Teil eine Ablaßöffnung aufweist, die mit dem Aufnahmeende der Uberlaufrohrleitung
in Verbindung steht, wobei die Einlaßöffnung in ihrer Querschnittfläche die Ablaßöffnung
wesentlich übertrifft. Eine derartige Konstruktion des Wärmeaustauschers ist in
horizontaler Stellung auch bei geringen -Drehzahlen - seiner Welle betriebsfähig.
Dabei ist für eine normale Uberströmung von Flüssig keit von einer Berieselungsstufe
auf die andere keine große zusätzliche Druckhöhe der Flüssigkeit erforderlich, die
durch Verwirbelung der Flüssigkeit in einer ringförmigen Rinne mit Hilfe von Trennwänden
herbeigeführt wird, die an der Periphärie der Berieselungsatufen befestigt sind.
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Durch das Vorhandensein der an die ringförmige Rinne angrenzenden
Kammer und den großen Querschnitt der Einlaßöffnung der Kammer Sird die Rolle der
genannten Trennwände lediglich auf das "nhäuZen" der Flüssigkeit an der Einlaßöffnung
der
Kammer begrenzt. Aus der Kammer fließt die Flüssigkeit nur
unter Einwirkung der Schwerkraft weiter.
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Bs ist ebenfalls wünschenswert, das Ablaßende der Uberlaufrohrleitung
in Rohrstutzen abzuzweigen, die an zwei verschiedenen Berieselungsstufen angeschlossen
sind. Das ermöglicht, neben der Überführung der Flüssigkeit auf die nächstfolgende
Berieselungsstufe auch eine teilweise Rückführung der Flüssigkeit auf die Berieselungsstufe,
von der die FlUssigkeit bereits abgelassen wurde.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen
und der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Wärmeaustauscher
im Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 Ausführngsvariante
des Wärmeaustauschers mit horizontal angeordnetem Gehäuse, im Längsschnitt; Fig.
4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie
V-V der Fig. 3; Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, in vergrößertem
Maßstab.
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Der rårmeaustauscher umfaßt ein im Querschnitt rundes Gehäuse 1 (Fig.
1), das senkrecht angeordnet ist, mit Rohrstutzen 2 zur Einführung von Flüssigkeit
in das Gehäuse 1 an einem seiner
Enden, mit Rohrstutzen 3 zur Ableitung
der Flüssigkeit an seinem anderen Ende, mit Rohrstutzen 4 zur Einführung von Gas
in das Gehäuse 1 an einem seiner Enden und mit Rohrstutzen 5 zur Ableitung von Gas
aus dem Gehäuse 1 an seinem anderen Ende.
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Im Gehäuse 1 ist in Lagerungen 6 eine drehbare Welle 7 koaxial eingebaut.
Auf der Welle 7 werden Berieselungssturen 8 betestigt, die von Bändern 9 gebilciet
werden, die rings um die elle 7 in Form von von ihr auseinanderlaufenden Spiralen
gewunden und an Bändern in Richtung zur Welle 7 umgebördelt sind. Die ßerieselungsstufen
8 überdecken den Querschnitt des Gehäuses 1 und weisen Luftspalte 10 (Fig. 1 und
2) zwischen den Spiralenwindungen zum Durch gehen von Gas auf.
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Die Bänder 9 der BerieselungsstuYe 8 sind untereinander mittels Radialrippen
11 verbunden, die an einer zertralen Büchse 12 der Berieselungsstufe 8 befestigt
werden.
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Zur Förderng von Flüssigkeit von einer Berieselungsstufe 8 auf eine
andere sind im Apparat Uberströmungseinrichtungen vorgesehen. Eine ttberströmungseinrichtung
enthält.einen Flüssigkeitsabscheider in Form einer die Berieselungsstufe umfassenden
ringförmigen Rinne 13 zur Aufnahme von Flüssigkeit, die von dieser Berieselungsstufe
8 abgelassen wird, und eine Uberlaufrohrleitung 14 (Fig. 1). Das Aufnahmeende 15
der oberlauirohrleitung 14 kommuniziert mit der ringförmigen Rinne 13, die einen
oberen Bördelrand 16 und einen unteren Bördelrand
17 aufweist,
wobei der letztere mit einem nach oben gerichteten ringförmigen Vorsprung versehen
werden kann. Der Boden 19 der ringförmigen Rinne 13 wird durch den Abschnitt der
Seitenwandung des Gehäuses 1 gebildet. Das Ablaßende 20 der Rohrleitung 14 ist einer
anderen Berieselungsstufe 8 zugeführt. In den Innenhohlraum der ringförmigen Rinnen
13 ragen Trennwände 21 ein, die quer in den Rinnen 13 liegen und mit Peripherie
der Berieselungsstufen 8 verbunden sind. Die Überströmungseinrichtungen im oberen
Teil des Wärmeaustauschers sind mit zusätzlichen Rezirkulationsrohrleitungen 22
versehen. Die Ablaßenden 23 dieser Rohrleitungen 22 sind höher als ihre Aufnahmeenden
24 angeordnet, die mit der ringförmigen Rinne 13 kommunizieren, und von oben den
Berieselungsstufen 8 zugeführt. Das gewährleistet eine teilweise Rückführung von
Flüssigkeit, die von den Berieselungsstufen 8 abgelassen wird, auf dieselben Berieselungsstufen
8. Der mittlere Teil der zusätzlichen Rohrleitungen 22 wird aus dem Gehäuse herausgeführt
und mit einem Einstellventil 25 versehen, mit dessen Hilfe die menge der Rezirkulationsflüssigkeit
auf den Berieselungsstufen verändert werden kann.
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Erfindungsgemäß liegen die Ablaßenden 20 und 23 der Rohrleitungen
14 und 2? etwas weiter von der Achse des Apparates entfernt als die Peripherie der
Berieselungsstufen d.
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Die Trennwände 21 sind an einer gemeinsamen Stange 26 befestigt, die
parallel zur Achse des Apparates an der Peripherie der Berieselungsstufen 8 mit
der Löglichkeit der Drehung
um die eigene Achse angeordnet ist.
Dabei ist die Druckhöhe der Plüssigkeit, die in den Xohrleitungen 14 und 22 mit
Hilfe der sich drehender Trennwände erzeugt wird, dafür ausreichend, um die Flüssigkeit
bis zur Mitte der Berieselungsstufe 8 zu fördern. Für die ilerausführung samtlicher
Trennwände 21 aus den Innenhohlräumen der ringförmigen Rinnen 13 genügt es, die
Welle 7 mit den Berieselungsstufen 8 etwas anzuheben und die Stange 26 in eine derartige
Stellung zu bringen, daß die Trennwände 21 aus den Rinnen 13 herausgeführt und an
die Periphärie der Berieselungsstufen 8 (wie auf Fig. 2 punktiert gezeigt) angedrückt
werden. Hinterher kann die Welle 7 zusammen mit den Berieselungsstufen 8 ohne weiteres
aus dem Gehäuse 1 herausgenommen werden.
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In den Stromkreis der Rohrleitungen 14a (Fig. 1), die im unteren
Teil des Apparates liegen, sind Oberflächenwärmeaustauscher 27 eingefügt, die außerhalb
des Apparates angeordnet sind. Sie sind zur Abführung der überschüssigen Wärme von
der Flüssigkeit bei Durchführung exothermischer Reaktionen im Apparat vorgesehen,
Zusätzlicher Widerstand, der vom Wärmeaustauscher 27 in Bezug auf die UberströLung
von Flüssigkeit von einer ßerieselungsstufe 8 auf eine andere ausgeübt wird1 wird
durch das Verwirbeln der Flüssigkeit in der ringförmigen Rinne 13 mittels der Treinwand
21 und durch die Entste1iun zusätzlicher Druckhöhe der Flüssigkeit überwunden.
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In einer anderen Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers wird erfindungsgemäß
das Gehäuse
28 (Fig. 3) des Apparates hauptsächlich horizontal
ori -entiert, an einen Sunde des Gehäuses 2G Rohrstutzen für die Einführung von
Flüssigkeit und Ableitung von Gas aus demselben vorgesehen- und am anderen hnde
Rohrstutzen für die Einführung von Gas und Ableitung von Flüssigkeit (auf Fig. nicht
gezeigt).
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Auf der koaxial zum Gehäuse 28 angebrachten Welle 29 sind Berieselungsstufen
30 befestigt, die aus umgebördelten Bändern 31 ausgeführt sind, die spiralförmig
um die Welle 29 gewunden sind. Die Bänder 31 sind mit Hilfe von Radialrippen 32
an zentraler Büchse 33 der Berieselungsstufe 30 befestigt. An der Innenfläche des
Gehäuses 28 sind ringförmige Quertrennv;ände 34 vorgesehen, die zusammen mit Seitenwänden
des Gehäuses 28 ringförmige Rinnen 35 bilden, die die Peripherie jeder Berieselungsstufe
30 umfassen. Die ringförmigen Rinnen 35 können getrennt vom Gehäuse 28 des Apparates
ausgeführt und mit einem geringen Luftspalt in diesem Gehäuse 28 (nicht gezeigt)
eingebaut werden. In der auf Fig. 3 äbgebildeten Ausführung fällt der sonden der
Rinne 35 mit der Wandung des Gehäuses 28 zusammen. Zwischen den Rinnen 35 befinden
sich Zellen 36, in denen Uberlaufrohrleitungen 37 (Fig.
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3, 4) eingebaut sind. An der Peripherie der Berieselungsstufen 30
sind, an die Rippen 32 angelenkt, Trennwände 38 aufgehängt, die in die ringförmigen
Rinnen 35 (Fig. 3) Sineinragen. Die Uberlaufrohrleitungen 37 werden auf eine gemeinsame
Stange
39 aufgesetzt. Bei DelaontaGe des Apparates wird die Stange 39 so gedreht, daß die
Pohrleitungen 37 in den Zellen 36 versenkt werden, vonach die V;elle 29 zusammen
mit den Berieselungsstufen 30 ganz leicht aus dem Apparat herausgenormen werden
kann. Es sollen dabei die Trennwände 38 vorher in Richtung zu den Berieselungsstufen
30 gedreht werden. Das wird durch Drehung der elle 29 in eine solche Stellung erzielt,
bei der sämtliche angelenkt aufgehängte Trennwände 38 unter der Einwirkung der Schwerkraft
in Richtung zur jeweiligen erieselungsstufe 30 durchhängen.
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An den Boden der ringförmigen Rinne 35 grenzt von der Außenseite-
eine Kammer 40 an (Fig. 5, 6). Die Kammer 40 liegt oberhalb der Achse des Gehäuses
28 (Fig. 5) und ist von oben durch eine Wand 41 und von unten durch eine Wand 42
sowie durch Seitenwände 43 (Fig. 6) begrenzt, die die Kammer 40 in der Längsrichtung
gegenüber dem Gehäuse 26 (Fig. 5) begrenzen. Die Seitenwände 43 (Fig. 6) der Kammer
40 sind so angeordnet, daß ihre Breite die Breite der ringförmigen Rinne 35 übersteht,
und ein Teil der Kammer 40 gegenüber der Zwischenzelle 36 angebracht wird. Im gegenüber
der Apparat achse oberen Teil der Kammer 40 ist eine breite Einlaßöffnung 44 (Fig.
5, 6) vorgesehen, mit deren Hilfe die Kammer 40 mit dem Innenhohlraum der ringförmigen
Rinne 35 (Fig. 6) kommuniziert. Im unteren Teil der Kammer 40 ist eine Auslaßöffnung
45 (Fig. 4) mit einem geringeren Durchmesser vorhanden, die
mit
dem Aufnafmeende 46 der Sberlaufrohrleitung 37 komuniziert. Die Auslaßöffnung 45
der Kammer 4C liegt gegenüber der Zwischenzelle 36 (Fig. 6). Dadurch kommuniziert
das Aufnahmeende 46 (Fig. 3) der Uberlaufrohrleitung 37 mit dem inneren Hohlraum
der ringförmigen Rinne 35, die die Berieselung8-stufe 30 umfaßt durch die Kammer
40 (Fig. 6). Das Ablaßende 47 (Fig. 3) der Uberlaufrohrleitung 37 ist in zwei Rohrstntzen
48 und 49 verzweigt, die auf verschiedene Berieselungsstufen 30 gerichtet sind.
Wenn keine Notwendigkeit für Rezirkulation von Flüssigkeit auf den Berieselungsstufein
30 besteht, wird der Rohrstutzen 49 abgeflanscht bzw. er fehlt überhaupt.
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Der Wärmeaustauscher in der auf Fig. 1 und 2 abgebildeten Variante
hat folgende Funktionsweise.
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Die Welle 7 (Fig. 1), auf der die Berieselungsstufen 8 befestigt
sind, wird von einem auf den Zeiohnungen nicht gezeigten Antrieb zur Drehung gebracht.
Flüssigkeit vurd durch den Rohrstutzen 2 auf die obere Berieselungsstufe 8 gefördert.
Unter die Einwirkung von Zentrifugalkräften benetzt die Flüssigkeit die Bänder 9
der Berieselungsstufe 8 ; dann wird von der Peripherie derselben in die ringförmige
Rinne 13, die diese Berieselungsstufe-8 umfaßt, abgelassen, FlUssigkeit sammelt
sich an und beginnt dann in der ringförmigen Rinne 13 unter der Einwirkung der Trennwand
21, die mit aber Peripherie der Berieselungsstufe 11 verbunden ist, zu kreisen.
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Dabei entsteht in der ringförmigen Rinne 13 ein sich drehender Flüssigkeitswirbel,
der sich an den Boden 19 der Rinne 13 andrückt.
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Hierbei wird die Flüssigkeit unter Druck in die Vberlaufrohrleitung
14 verdrängt und in Form eines Strahls aus dem Ablaßende 20 der Rohrleitung 14 in
den Zwischenraum zwischen den Berieselungsstufen 8 hinausgepreßt und unter der Einwirkung
der Schwerkraft auf die darunterliegende Berieselungsstufe 8 abgelassen.
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Ein Teil von Flüssigkeit steigt durch die zusätzliche Überlaufrohrleitung
22 nach oben und fließt auf die Ausgangsberieselungsstufe 8 zurück. Zwei der unteren
Berieselungsstufen 8 haben keine Rohrstutzen für Rezirkulation von Flüssigkeit.
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Die die vorletzte Berieselungsstufe 8 verlassende Flüssigkeit strömt
durch die Oberflächen-Wärmeaustauscher 27 durch, die außerhalb des Apparates liegen,
und kehrt danach wieder in den Apparat zurück. Dabei gibt die Flüssigkeit die überschüssige
Wärme an die Wärmeaustauscher 27.- Die genannten; Wärmeaustauscher sind in dem Fall
erforderlich, wenn sich infolge chemischer Reaktionen zwischen Gas und Flüssigkeit
(Chemosorption) zu viel Wärme entwickelt. lis Beispiel für solche Prozesse kann
das Zusammenwirken von Stickstoffoxiden mit Wasser bei Raumtemperaturen unter Druck
mit Bildung von Salpetersäure dienen.
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Gas wird in den Apparat durch den Rohrstutzen 4 eingeführt und durch
den Rohrstutzen 5 aus dem Apparat abgeleitet.
In den Luftspalten
10 der Berieselungsstufen 8 kommt das Gas mit einem Flüssigkeitsfilm in Berührung.
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Der Apparat in Gestalt der auf Fig. 3 bis 5 abgebildeten Variante
hat folgende Funktionsweise. Von der sich drehenden Berieselungsstufe 30 (Fig. 3)
wird Flüssigkeit in die ringförmige Rinne 35 abgelassen und fließt in ihren unteren
Teil ab. Bei Drehung der Berieselungsstufe 30 häufen die Trennwände 38 die Flüssigkeit
an und bewegen sie längs der Rinne 35 zur Einlaßöffnung 44 (Fig. 5) der Kammer 40
fort. Durch die Öffnung 44 fließt die Flüssigkeit in die Kammer 40 und weiter durch
die Auslaßöffnung 45 in das Aufnahmeende 46 der Uberlaufrohrleitung 37 ein. Durch
die Rohrstutzen 48 und 49 (Fig. 3) wird die Flüssigkeit in Form eines Strahls auf
die Berieselungsstufe 30 herausgepreBt. Dabei kehrt ein Teil der durch. den Rohrstutzen
49 herausfließenden Flüssigkeit auf die gleiche Berieselungsstufe 30 zurück, von
der sie gesammelt wurde. Der andere Teil der Flüssigkeit wird durch den Rohrstutzen
48 auf -eine andere Berieselungsstufe 30 gefördert. Auf solche Weise strömt die
Flüssigkeit im Apparat von seinem einen Ende zum anderen. Gas strömt im Apparat
im Gegenstrom. In den Luftspalten zwischen den Bändern 31 kommt das Gas mit einem
Flüssigkeitsfilm in Berührung.