DE2720078A1 - Verfahren zur vergroesserung der waermeaustauschenden flaeche von graphitelementen in einem waermeaustauscher - Google Patents

Description

• Verfahren zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden
• Fläche von Graphitelementen in einem Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Fläche von Graphitelementen in einem Wärmeaustauscher.
• In Wärmeaustauschern, die mit einem gasförmigen und einem flüssigen oder kondensierenden Fluid beaufschlagt sind, ist der Wärmeübergangswiderstand auf der einen Seite der Wärmeaustauschfläche bezogen auf die Summe aller übrigen Widerstände im allgemeinen sehr groß. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, den Wärmeübergang durch eine Vergrößerung der Austauschfläche auf der Gasseite zu verbessern. Es ist bekannt, die Austauschfläche von beispielsweise Rohrbündelwärmeaustauschern dadurch zu vergrößern, daß die einzelnen Rohre des Bündels mit Rippen oder anderen geeigneten Profilen versehen werden. Die Berippung von Graphitrohren ist jedoch technisch schwierig und aufwendig, da die Rippen aus dem Graphitrohr herausgearbeitet werden müssen. Versuche, Rippen beim Formen der Rohre zu erzeugen, führten nicht zu einer technisch praktikablen Lösung. Die gleichen Schwierigkeiten bestehen ebenfalls für andere Elemente, wie Platten, Blöcke, Zylinder und dergleichen.
• Durch die deutsche Auslegeschrift 1 933 369 ist es bekannt, in Chemieapparaten verwendete Werkstoffe mit einem korrosionsbeständigen Überzug zu versehen, der im wesentlichen aus einer Kunstharzmatrix und in der Matrix dispergierten Kohlenstoff- oder Graphitfasern besteht.
• Derartige Schichten, die zwar eine größere Wärmeleitfähigkeit als das reine Kunstharz aufzuweisen, verändern die Oberflächengröße der beschichteten Unterlage nicht und verbessern insbesondere nicht den Wärmeübergang.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem technisch einfachen Verfahren die Austauschfläche von Graphitelementen in Wärmeaustauschern zu vergrößern und den Wärmeübergang zu verbessern. Die Aufgabe ird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß man a) die gasseitige wärmetauschende Fläche der Graphitelemente mit einem Harzfilm von zäher Konsistenz beschichtet, b) Elektrographitkörner in den Harzfilm einbringt, c) Elektrographitkörner verwendet, deren Durchmesser größer als die Dicke des Harzfilmes ist.
• Der Harzfilm, der in an sich bekannter Weise durch Streichen, Spritzen oder Spachteln auf die Mantelfläche des Graphitelements aufgebracht wird, ist in seiner Dicke so zu bemessen, daß die Elektrographitkörner fest auf der Mantelflache verankert sind, ohne daß der Wärmewiderstand des Rohres wesentlich zunimmt. Zur Ausbildung des Films sind insbesondere Harze geeignet, die bei einer erhöhten Temperatur gegen aggressive Medien, wie Säuren, starke Basen und dergleichen beständig sind, z.B. Furanharze, Polyesterharze und Elastomer-Gießharze. Bevorzugt werden nach der Erfindung Phenolformaldehydharze verwendet. Die Konsistenz der Kunstharze ist so zu bemessen, daß die Harze in einfacher Weise auf die Mantelfläche aufgebracht werden können, der Harzfilm auf der Unterlage gut haftet und nicht verläuft. Zur Einstellung einer diese Forderung erfüllenden Zähigkeit werden in bekannter Weise dem Harz Lösungsmittel, wie Methanol, andere Alkohole, Ketone, Äther und dergleichen zugesetzt.
• In einem zweiten Verfahrensschritt werden Elektrographitkörner in den Harzfilm eingebracht, beispielsweise durch Wälzen der beschichteten Rohre in einem Kornhaufwerk oder durch Aufspritzen der Körner. Der Durchmesser der Körner ist größer als die Dicke des Harzfilms zu wählen, bevorzugt werden Körner mit einer Korngröße größer als 2 mm verwendet, wobei unter dem Begriff "Korngröße" der als Äquivalentdurchmesser bezeichnete Durchmesser einer Kugel mit dem gleichen Volumen zu verstehen ist.
• Da der erreichbare Flächenzuwachs mit steigender Korngröße abnimmt, ist die Verwendung von Körnern mit einem Durchmesser von ca. 5 mm und mehr nur ausnahmsweise, z.B. für Rohre mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser von Vorteil.
• Graphitkörner weisen bedingt durch das jeweilige Ausgangsmaterial und die Herstellungsbedingungen die verschiedensten Formen auf. Stengelige oder plattige Körner sind für den Zweck der Erfindung weniger gut geeignet, da die längste Achse der Körner parallel zur Oberfläche der Graphitelemente orientiert wird und der Flächenzuwachs entsprechend klein bleibt. Bevorzugt werden daher kubische Elektrographitkörner. Nach der Erfindung werden insbesondere 60 - 80 % der Fläche mit Elektrographit beschichtet. Eine geringere Bedeckung ergibt entsprechend einen geringeren Flächenzuwachs, größere Bedeckungen lassen sich wegen der abnehmenden Wärmeübergangszahlen nicht vollständig nutzen.
• Werden die beschichteten Rohre mit einer höheren Temperatur, beispielsweise 2000C beaufschlagt, so ist es zweckmäßig, den Harzfilm in an sich bekannter Weise zuvor durch eine Härtungsbehandlung zu stabilisieren. Für Verwendungstemperaturen bis ca. 1000C ist eine derartige Behandlung in der Regel nicht erforderlich.
• Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in seiner einfachen Durchführbarkeit. Die in Betracht kommenden Harze lassen sich leicht verarbeiten, sie können mit einfachen Mitteln auch auf schlecht zugängliche Stellen aufgebracht werden und Beschädigungen darüber hinaus leicht repariert werden. Der Zuwachs an Austauschfläche beträgt in Abhängigkeit von der Korngröße der verwendeten Graphitkörner und dem Bedeckungsverhältnis bis zu 500 %. Die Beschaffenheit der aufgebrachten Schicht, z.B. die Rauhigkeit, bewirkt eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeaustauschers.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels erläutert.
• Auf Graphitrohre mit einem Außendurchmesser von 32 mm und einer Länge von 1600 mm wurde Phenolformaldehydharz mit einer Viskosität von ca. 1500 m Pa s aufgepinselt.
• Die durchschnittliche Dicke des geschlossenen Harzfilms betrug etwa 0,1 - 0,2 mm. Die beschichteten Rohre wurden in einem Kornhaufwerk aus Elektrographitkörnern mit einem Korndurchmesser von 2 - 3 mm und einer vorwiegend kubischen Form gewälzt, bis ein Bedeckungsverhältnis von ca. 70 % erreicht war. Diese Rohre wurden in einem Rohrbündelwärmeaustauscher innen mit Heißwasser und außen mit einem schwefelkohlenstoffhaltigen Gas beaufschlagt, wobei die maximale Temperatur ca. 70 zog betrug.
• Im Vergleich mit unbeschichteten Graphitrohren wurde eine vierfach größere Austauschleistung erzielt.

Claims (5)

1. Patentansprüche X Verfahren zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Fläche von Graphitelementen in einem Wärmeaustauscher, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man a) die gasseitigewärmeaustauschende Fläche der Graphitelemente mit einem Harzfilm von zäher Konsistenz beschichtet, b) Elektrographitkörner in den Harzfilm einbringt, c) Elektrographitkörner verwendet, deren Durchmesser größer als die Dicke des Harzfilms ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Graphitelemente mit einem Phenolformaldehydharz beschichtet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Korngröße größer als 1 mm aufweisende Elektrographitkörner in den Harzfilm eingebracht werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß kubische Elektrographitkörner verwendet werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß Elektrographitkörner in einer 60 - 80 % der wärmeaustauschenden Fläche bedeckenden Menge in den Harzfilm eingebracht werden.