DE2750824C2

DE2750824C2 - Röhren-Reaktor zur Durchführung katalytischer Reaktionen

Info

Publication number: DE2750824C2
Application number: DE2750824A
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8360 Deggendorf Vogl
Original assignee: Deggendorfer Werft und Eisenbau 8360 Deggendorf GmbH
Current assignee: Deggendorfer Werft und Eisenbau 8360 Deggendorf GmbH
Priority date: 1977-11-14
Filing date: 1977-11-14
Publication date: 1979-08-09
Also published as: IT1100684B; IT7829440A0; JPS5499782A; BE871515A; GB2007523A; FR2408385B3; DE2750824B1; FR2408385A1; NL7810575A

Description

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Reaktionsapparate zur Durchführung katalytischer Reaktionen werden vielfach mit einem Rohrbündel ausgerüstet, das wie auch bei sonstigen Arten von Wärmetauschern, zwischen zwei Rohrboden angeordnet ist. Dabei werden gewöhnlich die mit einem Katalysator gefüllten Kontaktrohre von einem Reaktionsgas durchströmt und außenseitig von einem Wärmetauschmedium beaufschlagt, das üblicherweise im Kreislauf geführt wird und in einem besonderen War- jo metauscher die bei exothermen Reaktionen von den Kontaktrohren aufgenommene Wärme wieder abgibt oder bei endothermen Reaktionen die an die Kontaktrohre abgegebene Wärme wieder aufnimmt.

Derartige Kontaktrohrbündel sind aus konstruktiven Gründen vielfach ringförmig angeordnet, wobei in dem von Kontaktrohren freien zentralen Raum der erwähnte oder ein zusätzlicher Wärmetauscher sowie gegebenenfalls auch das Umwälzaggregat für das Wärmetauschmedium untergebracht sind.

In dem Bestreben, solche Reaktionsapparate entsprechend den herkömmlichen konstruktiven Grundsätzen in ihren äußeren Abmessungen möglichst zu beschränken, wurde bisher der zentrale, von Kontaktrohren freie Raum in seinem Durchmesser nur so groß gehalten, wie es mit Rücksicht auf die dort unterzubringenden Bauteile unbedingt notwendig war.

Auch wurde der betreffende zentrale Raum nur als Strömungskanal für das umgewälzte Wärmetauschmedium verwendet; der Wärmetauscher und das Um- -,0 wälzaggregat sind dann an einer anderen Stelle, z. B. oberhalb des Kontaktrohrbündels oder sogar ganz außerhalb des Reaktionsapparates angeordnet (DE-PSen 1642996, 2201528, 2207166).

Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, daß die Wirtschaftlichkeit eines solchen Reaktionsapparates zum nicht geringen Teil vom Energieaufwand für die Umwälzung des Wärmetauschmediums abhängt. Dieser Energieaufwand steigt mit zunehmendem Strömungwiderstand, der relativ am größten ist _bQ in den quer zu den Kontaktrohren gerichteten Strömungsbereichen. Diese liegen bei der üblichen Kreislaufführung des Wärmetauschmediums in den Endzonen des ringförmigen Kontaktrohrbündels, wo die Strömung radial einwärts bzw. radial auswärts erfolgt. (,5

Zur Verringerung des Strömungswiderstandes in den betreffenden Bereichen kommt es also darauf an, dort die Strömungswege möglichst kurz, d. h. die radiale Breite des Rohrbündels möglichst gering zu halten.

Dieser Gesichtspunkt im Sinne einer zahlenmäßigen Begrenzung des Durchmesserverhältnisses zwischen dem äußeren und dem inneren Umfang eines ringförmigen Kontaktrohrbündels ist bisher nur bei einer bestimmten Art besonders großer, aus mehreren Sektoren zusammengesetzter Reaktionsapparate berücksichtigt worden, weil man dabei bezüglich der Abmessungen und Gewichte nicht mehr beschränkt ist (DE-OS 2559661).

Inzwischen hat sich jedoch auf Grund von Überlegungen ergeben, daß die gleiche Maßnahme bei kleineren, einteilig hergestellten Reaktionsapparaten und einem ringförmigen Kontaktrohrbündel mindestens mit dem gleichen, teilweise sogar mit noch größerem wirtschaftlichen Nutzen angewendet werden kann. Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, besteht die Erfindung generell darin, daß das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser des ringförmigen Kontaktrohrbündels S 5 : 1 ist. Gegebenenfalls empfiehlt sich sogar eine noch engere Begrenzung des betreffenden Durchmesserverhältnisses im Sinne von S 4 : 1.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform schematisch einer bisher üblichen Ausführungsform beispielsweise gegenübergestellt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in Längsansicht bzw. im Querschnitt einen Reaktionsapparat in der bisherigen Bauart, wobei die in einem zylindrischen Reaktionsbehälter 1 angeordneten Kontaktrohre 2 ein ringförmiges Rohrbündel bilden mit einem Außendurchmesser D und einem Innendurchmesser d. Das Verhältnis des Außendurchmessers D zum Innendurchmesser d beträgt 8 : 1 (hier entspricht das dargestellte Durchmesserverhältnis - zum Unterschied von sonstigen, bekanntlich nicht maßstäblich zu wertenden Patentzeichnungen - der vorstehenden Angabe).

Die Fig. 3 und 4 zeigen ebenfalls in Längsansicht bzw. im Querschnitt einen Reaktionsapparat mit einem zylindrischen Reaktionsbehälter 1' und darin angeordneten Kontaktrohren 2', die ein ringförmiges Rohrbündel bilden. In diesem Falle stehen allerdings der Außendurchmesser D'und der Innendurchmesser d' des Rohrbündels im Sinne dieser Erfindung in einem Verhältnis von 3,5 : 1 (auch hier gilt bezüglich der Darstellung ausnahmsweise das gleiche wie zu den Fig. 1 und 2).

Wie eine derartige Verringerung des Durchmesserverhältnisses eines ringförmigen Kontaktrohrbündels gemäß den Fig. 3 und 4 gegenüber der Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2 bei gleichbleibender Gesamtzahl der Kontaktrohre praktisch möglich ist und welche Vorteile damit verbunden sind, wird nachstehend an Hand eines Zahlenbeispieles erläutert.

Bei einem Reaktionsapparat mit 8000 Kontaktrohren ist
im Fall a)

der Außendurchmesser (D) des
ringförmigen Rohrbündels = 3600 mm

der Innendurchmesser (d) des ringförmigen Rohrbündels = 450 mm die radiale Breite des ringförmigen
Rohrbündels = 1575 mm das Verhältnis D : d = 8 : 1
der Druckverlust des umgewälzten
Wärmetauschmediums 635 mm F. S.

im Fall b)

der Außendurchmesser (Dl) des ringförmigen Roh/biindels = 3700 mm

der Innendurchmesser (</l) des ringförmigen Rohrbündels = 988 mm die radiale Breite des ringförmigen Rohrbiindels = 1356 mm das Verhältnis Dl: dl = 3,74 : 1 der Druckverlust des umgewälzten Wärmetauschmediums 480 mm F. S.

Der Druckverlust des Wärmetauschmediums und damit der Energieaufwand für dessen Umwälzung verringern sich also im Fall b) gegenüber dem Fall a) um 24%. Ähnliche Verbesserungen lassen sich auf diese Weise auch bei anderen KontaktrohrzahJen erreichen. Gegebenenfalls läßt sich sogar durch Verlegen von Kontaktrohren von der Innenseite an die Außenseite des Rohrbündels eine noch größere Gesamtrohrzahl trotz Verringerung der radialen Breite des Rohrbündels unterbringen. Dann wird außer der Verringerung des Energieaufwandes für das umgewälzte Wärmetauschmedium gleichzeitig noch eine Vergrößerung der Leistung des Reaktionsapparates erreicht. Der Gegenstand der Erfindung ist übrigens sowohl bei kreisrundem als auch bei polygonalem Umfang eines Kontaktrohrbündels anwendbar sowie bei sonstigen Wärmetauschern mit entsprechenden baulichen und betriebsmäßigen Verhältnissen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktionsapparat zur Durchführung katalytischer Reaktionen mit einem ringförmigen Kontaktrohrbündel und einem im Kreislaufsystem umgewälzten, an mindestens einer Stelle in radialer Richtung durch das Kontaktrohrbündel geführten Wärmeaustauschmedium, dadurch· gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außen- ι ο durchmessen (Dl) zum Innendurchmesser (dl) des ringförmigen Kontaktrohrbündels ^5:1 ist.

2. Reaktionsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser des ringförmigen Kontaktrohrbündels S 4 : 1 ist.