DE2727238A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Patentanwälte 15.6.1977 Dipl.-Ing. Helmut M is sling 6300 Giessen DipL-Ing. Richard Schlee ~Z - Biemarcketraese 43

_n. , , a ... ,. Telefon: (0641) 71019

Dipl.-Ing. Arne Miesling

^Mi/Sdt 2W238

L'EQUIPEMENT INDUSTRIEL EN VERRES SPECIAUX E.I.V.S. 23, Quai Alfred-Sisley_y 92390 VILLENEUVE-LA-GARENNE, France

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher für die Verdampfung ätzender Fluide mit¹einer Dichtungsvorrichtung zwischen dem wärmeübertragenden Fluid und dem ätzenden Fluid.

Es ist z.B. für die Konzentration von Schwefelsäure bekannt, die zu konzentrierende Säure in einen Raum des Verdampfers strömen zu lassen. Dieser Raum ist von Wärmetauscherröhren durchsetzt, in denen Dampf oder ein anderes wärmeerzeugendes Fluid strömt. Diese Rohre stehen mit der Verteilungsstelle des wärmeerzeugenden Fluids über eine Dichtungsplatte in Verbindung, die auf der einen Seite einer relativ hohen Temperatur und auf der anderen Seite der warmen ätzenden Flüssigkeit ausgesetzt ist. Die gewöhnlich verwendeten Dichtungsplatten bestehen aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), um eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion zu erhalten. Nachteilig ist, daß die Druckfestigkeit dieses Materials nicht sehr groß ist und sich stark mit der Temperatur vermindert.

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Die Verwendbarkeit dieser Austauscher als Verdampfer, bei denen sich auf der einen Seite der Platte eine ätzende Flüssigkeit und auf der anderen Seite Dampf mit zwei bar befindet, ist begrenzt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Verwendung von Dampf mit einem Druck über zwei bar zu gestatten. Um dies zu erreichen, bestehen die Dichtvorrichtungen je aus zwei Platten, die für den Durchgang der Wärmetauscherrohren mit gleichen Bohrungen versehen sind, wobei die erste Dichtungsplatte, die in Kontakt mit dem ätzenden Fluid steht, aus einem Material besteht, das wenigstens chemisch beständig gegenüber dem genannten Fluid ist, und die zweite Dichtungsplatte, die in Kontakt mit dem wärmeerzeugenden Fluid steht, aus einem Material besteht, das wenigstens in mechanischer und chemischer Hinsicht beständig ist gegenüber dem genannten wärmeerzeugenden Fluid.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Wärmetauschers mit einer Dichteinrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Dichtvorrichtung, die an einem Ende eines Wärmetauscherrohres angeordnet ist.

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Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Wärmetauschers. Der umschlossene Raum besteht aus einem mittleren Teil 1 in T-Form und aus zwei Teilen 2 und 3, die eine Reduzierung des Gehäuses des Verdampfers auf den notwendigen und ausreichenden Durchmesser für den Durchgang des Rohrbünäels der Wärmetauscherrohren 4 bringen. Die Verbindung dieser Teile wird durch Anschlußflansche 5 und 6 unter Zwischenschaltung einer Dichtung aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) zwischen die Glasbünde gemäß einem bekannten Verfahren erreicht. Das Rohrbündel ist an jedem Ende an einer Dampfkammer 8 angeschlossen. Die Verbindung und Abdichtung der Rohre einerseits mit dem abgeschlossenen Raum des Verdampfers und andererseits mit den Dampfkammern wird mit Hilfe der Vorrichtungen 9 erreicht, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Der gesamte Verdampfer ruht auf gabelförmigen Auflagern 10.

Die Vorrichtungen 9 bestehen aus Platten, die je eine Anzahl von Löchern aufweisen, die mit der Zahl der Wärmetauscherrohre übereinstimmen, und deren geometrische Anordnung in jeder Platte absolut gleich ist, um jegliche Spannungen zu vermeiden.

Die Fig. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab das Detail der zwei Durchgänge eines Wärmetauscherrohres in den Dichtungsplatten der Vorrichtung.

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Auf dem Glasrand des Gehäuses 11 des Verdampfers liegt die erste Dichtungsplatte 12 an, die in dem vorgesehenen Verfahren in Kontakt mit der ätzenden Flüssigkeit (Schwefelsäure) steht, die in dem abgeschlossenen Raum enthalten ist. Die Platte besteht aus PTFE und die Durchlässe, durch die sich das Rohr 13 aus Tantal für das wärmeerzeugende Fluid erstreckt, haben ein besonderes Profil, das eine Abdichtung durch eine Stoffbüchse gewährleistet.

Die Durchlässe weisen einen Teil 14 auf mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser des Rohres 13. Die Ränder des Loches zeigen eine Abrundung 15, die ein Einführen des Rohres erleichtern. Auf der anderen Seite der Platte bildet eine Bohrung mit einem Durchmesser, der größer ist als derjenige der öffnung 14, ein Lager 16 mit einem Boden mit einer Ansenkung, in der eine ringförmige Dichtung 17 eingesetzt ist, z.B. ein Ring 18 aus Silikonkautschuk, der umgeben ist von einem Bund 19 aus PTFE. Vor dem Lager 16 ist ein Gewinde ausgebildet, damit ein aus PTFE bestehender Gewindering 20 befestigt werden kann. Das Ende 20a dieses Ringes zeigt eine abgeschrägte Fläche. Die Schräge ist zur Achse hin gerichtet und gewährleistet, indem sie sich an der Dichtung 17 abstützt, und diese in ihr Lager und gegen die Oberfläche des Rohres 13 preßt, eine vollständige Abdichtung. Die Teile der Flächen der Dichtungsplatte, die dem Glasgehäuse des Verdampfers gegenüberliegen, sind geeignet, ein oder mehrere Wülste zu bilden (nicht gezeigt), die als

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Dichtung dienen können. Die Dichtungsplatte 12 ist gegenüber dem Gehäuse durch an sich bekannte Mittel gehalten, wie durch Flansche 21 und Gegenflansche 22, die aus einem Material bestehen, das mechanisch widerstandsfähig ist (z.B. Gußeisen, Stahl etc.).

Die zweite Dichtungsplatte 23, die an der Seite der Dampfkammer befestigt ist, besteht aus Metall und hat eine Form, vergleichbar mit der der ersten Platte. Sie weist gleichfalls für jeden Durchgang eine Bohrung auf, die ein Lager für eine ringförmige Dichtung 24 bildet. In dem Ausführungsbeispiel besteht diese Dichtung aus einem Ring aus Silikonkautschuk mit einem Bund aus PTFE. Ein Metallring 25 drückt die Dichtung 24 in ihr Lager und gegen die Wand des Rohres und gewährleistet so die Abdichtung.

Die Verbindung der Dichtplatte 23 mit der Dampfkammer 8 ist in bekannter Weise mit Hilfe von Bohrungen, die am äußeren Umfang der Platte angebracht sind, hergestellt. Die Abdichtung zwischen der Platte 23 und der Dampfkammer wird durch eine Dichtung 26 gewährleistet, die z.B. aus "Klingerit" bestehen kann.

Die Trennung zwischen den beiden Platten erlaubt es somit, jeder Platte eine spezifische Aufgabe zu geben, ohne daß eine Rückwirkung von der einen auf die andere stattfindet. Die erste Platte, die gegenüber Korrosion beständig ist, ist nicht dem Druck des wärmeerzeugenden Fluids ausgesetzt, während die

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zweite Platte, z.B. aus Stahl, hohe Drucke aushalten kann, die begrenzt sind durch jene, die die Rohre 13 aushalten können. Es ist des weiteren möglich, der geringen Temperaturwiderstandsfähigkeit des Materials der ersten Platte abzuhelfen, in dem man an dieser Platte eine Kühlvorrichtung anordnet, deren Beschaffenheit von dem Material und den Arbeitsbedingungen abhängt.

Ausführungsbeispiele:

Wenn Dampf durch die Rohre strömt (das Beispiel ist zuvor beschrieben worden) sind die Platten aus PTFE zunächst auf den Rohren befestigt. Anschließend ordnet man die Stahlplatten z.B. ca. 10 cm von den ersten an.

Wenn der Dampf in den abgeschlossenen Raum eingeleitet wird, werden die Stahlplatten zwischen den Platten aus PTFE befestigt. Diese Vorrichtungen können gleichfalls in dem Fall benutzt werden, wo die benutzten Drucke nicht notwendigerweise hoch sind, wo jedoch die Temperaturen an den Rohren und in dem abgeschlossenen Raum so hoch sind, daß die Platten aus PTFE, die an jeder Seite in Kontakt mit den warmen Fluiden stehen, ihre mechanische Widerstandsfähigkeit verlieren würden.

Schließlich könnten diese Vorrichtungen auch dort verwendet werden, wo man um jeden Preis einen zufälligen Kontakt zwischen den' beiden Fluiden vermeiden will.

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Anwendungsbeispiele:

Bei der Konzentration von Schwefelsäure behandelt man 80%ige Säure unter einem Druck von 60 Torr und einer Temperatur von 13 5°C im abgeschlossenen Glasraum des Verdampfers. Die Wärmetauscherrohre aus Tantal gestatten die Zirkulation von Dampf unter einem Druck von 6 bar und 165⁰C.

Bei der Konzentration von Schwefelsäure behandelt man 96%ige Säure unter einem Druck von 10-30 Torr und einer Temperatur von 195°C in dem abgeschlossenen Glasraum. Die Austauscherrohre aus Tantal transportierten ein Thermofluid unter einem Druck von 1 - 2 bar bei 220⁰C.

Der Verdampfer gemäß der Erfindung ist mit Dichtungsplatten aus PTFE mit einem Durchmesser von 180 mm und einer Dicke in der Größenordnung von 30 mm versehen, die 19 Durchlässe für die Wärmetauscherrohre aus.Stahl aus Ni Cr Ti aufweisen. Die Durchmesser der Rohre betragen 12x14 mm. Die Dichtungsplatten aus Stahl haben eine Dicke von 15 mm und weisen die gleiche Aufteilung der Durchlässe auf. Der äußere Durchmesser beträgt 200 mm, wobei 6 Bohrungen für die Befestigung an der Dampfkammer vorgesehen sind.

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Es ist darauf hinzuweisen, daß die zuvor beschriebenen Ausführ ungs formen nur beispielhaft sind, und daß die benutzten Materialien ebenso wie die Fluide in den beschriebenen Wärmetauschern abgeändert werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims (4)

1. Patentansprüche;

   1 Γ) Wärmetauscher für die Verdampfung ätzender Fluide mit einer Dichtungsvorrichtung zwischen dem wärmeübertragenden Fluid und dem ätzenden Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungsvorrichtungen wenigstens aus zwei Dichtungsplatten besteht, die mit gleichen Bohrungen für die Wärmetauschrohre versehen sind, daß die erste in Kontakt mit dem ätzenden Fluid stehende Dichtungsplatte aus einem dem genannten Fluid gegenüber chemisch resistenten Material besteht, und daß die zweite mit dem wärme.übertragenden Fluid in Kontakt stehende Dichtungsplatte aus einem Material besteht, das gegenüber dem wärmeübertragenden Fluid beständig ist.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtungsplatten mit Abstand zueinander angeordnet sind.
3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittel wenigstens an der Dichtungsplatte angebracht sind, die in Kontakt mit dem ätzenden Fluid steht.
4. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Kontakt mit dem ätzenden Fluid stehende Dichtungsplatte aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) besteht.

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