DE2839564C2 - Vorrichtung mit Zu- und Abfuhr von Wärme und zum Mischen von flüssigen Medien - Google Patents

Vorrichtung mit Zu- und Abfuhr von Wärme und zum Mischen von flüssigen Medien

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Zu- und Abfuhr von Wärme und zum Mischen von flüssigen Medien bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit feststehenden Einbauten für die Zu- und Abfuhr von Wärme und das Mischen, die Zu- und Ablaufeinrichtungen für das Wärmetauschmedium aufweisen.
Nach der deutschen Offenlegungsschrift 23 64 500 ist eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt Innerhalb eines Rohres, das mit einem Doppelmantel versehen sein kann, ist axial ein Innenrohr angeordnet, das Mischsegmente aufweist und von einem Wärmetauschmedium durchströmt sind. Mit dieser Vorrichtung lassen sich fluide Stoffe zwar zufriedenstellend mischen, jedoch findet nur ein unbefriedigender Wärmetausch zwischen diesen Stoffen und einem Wärmetauschmedium statt Das gilt insbesondere dann, wenn der Durchmesser des Mischraumes groß im Vergleich zum Durchmesser des Innenrohres ist, wodurch die ohnehin schon langen Wege für den Wärmetransport vom flüssigen Medium zum Wärmetauschmedium noch länger werden.
Die Aufgabe zu vorliegender Erfindung besteht demnach darin, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Wärmetauschflächen so im Mischraum angeordnet sind, daß alle Volumenbereiche des strömenden Mediums in geringem Abstand zur Wärmetauschfläche gehalten werden können.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die Einbauten aus einem in Achsrichtung des Gehäuses und dieses im wesentlichen ausfüllenden Bündel von aus Rohrkrümmern und diese verbindenden Rohrteile aufgebauten Rohren bestehen, die in parallelen Ebenen ineinander liegen und bei welchen die verbindenden Rohrteile benachbarter Rohre einander kreuzen.
In einer Ausgestaltung reichen die gekrümmten Rohrteile der Rohre an das Gehäuse heraa Die verbindenden Rohrteile können als gerade Rohrteile ausgebildet sein und sich rechtwinklig kreuzen. Um Quervermischungen in allen Richtungen gleichmäßig zu gewährleisten, können die Einbauten aus hintereinander geschalteten Rohrbündeln bestehen, die gegeneinander um die Gehäuseachse vorzugsweise um 90° gedreht sind. Die Vorrichtung kann aus mehreren Rohrschüssen mit Einbauten aus einem oder mehreren Rohrbündeln bestehen, wobei die Rohrschüsse um die gemeinsame Achse gegeneinander um vorzugsweise 90" gedreht sind Drehungen der Rohrschüsse gegeneinander bzw. der Rohrbündel gegeneinander von mehr bzw. weniger als 90° sind ebenfalls möglich. Das rohrartige Gehäuse selbst kann doppelwandig ausgebildet sein. Das Mischen kann günstig beeinflußt werden, wenn die gekrümmten Rohrteile mit Leitelementen versehen sind.
Die Vorrichtung eignet sich grundsätzlich für die wärmetauschende -und mischende Behandlung aller strömenden Medien. Vorzugsweise findet die Vorrichtung Anwendung für Schmelzen, Massen, Pasten oder Teige, die eine hohe Zähigkeit besitzen, die aufgeheizt oder abgekühlt werden müssen oder bei denen infolge von Reaktionsabläufen zusätzlich entstehende Wärme abgeführt werden muß, was z. B. bei Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition der Fall ist Kennzeichnend für Medien mit hoher Zähigkeit ist, daß sich die Masse als Schichtenströmung bewegt und keine konvektiven Umwälzungen erfährt Der Wärmezu- oder -abfluß erfolgt hierbei lediglich durch Leitung. Um trotzdem einen genügend hohen Wärmeaustausch zu erhalten, müssen alle Volumenbereiche des strömenden Mediums in geringem Abstand zur Kühlfläche gehalten werden, was durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auch gelingt Beim Durchfließen der Vorrichtung wird das Medium durch die wärmetauschenden Rohreinbauten aufgefächert und mischend umgelagert
Bei Polymerisationen z. B. hängt die Gleichmäßigkeit der Molekulargewichtsverteilung, die für die Produkteigenschaften und Verarbeitbarkeit maßgebend ist, von der Höhe der Temperatur, der Verweilzeit und der Umsetzungsgeschwindigkeit ab. Damit dies erreicht wird, muß neben der Bedingung einer wandnahen Produktführung auch eine systematische Vermischung der Schichten und Komponenten untereinander gegeben sein. Ist dies nicht gegeben, erhält man relativ breite Verweilzeitverteilungen, bedingt durch erhöhte Geschwindigkeit in wandfernen und stark verlangsamte Geschwindigkeit in wandnahen Bereichea Diese Ungleichheit wird noch dadurch verstärkt, daß in Folge eines Temperaturgefälles zur Wand hin dort höhere Produktfähigkeit vorliegt, sodaß dort die Geschwindigkeit noch mehr verringert wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, einen vergleichsweise hohen Wärmestrom zu- oder abzuführen. Dabei spielen, wie sich gezeigt hat, neben der Vergrößerung der volumenbezogenen Oberfläche
durch die Rohrinneneinbauten die gegenüber dem Außenmantel vergleichsweise günstigeren Obergangswerte an den Rohren die entscheidende Rolle. Die flächenbezogene Austauschrate an den Rohren ist um das 4-6fache höher als am AußenmanteL Es hat sich auch gezeigt, daß die gewählte Ausgestalt uig der Einbauten neben der wärmetauschenden auch gute mischende und die Gleichmäßigkeit der Verweilzeit günstig beeinflussende Funktionen übernimmt
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß Einheiten großen Durchmessers mit den gleichen charakteristischen Abmessungen der Innenelemente, charakterisiert z. B. durch den Rohrdurchmesser oder das auf die Volumeneinheit bezogene freie Volumen, ausgeführt werden können. Unter Beibehaltung derselben Durchströmgeschwindigkeit kann man in der Vorrichtung großen Durchmessers den gleichen flächenbezogenen Wärmestrom einstellen. Der Druckverlust nimmt wegen der Gleichheit der Strömungsbedingungen nicht zu. Man kann ohne risikobehaftete Extrapolationen Ergebnisse aus Versuchsanlagen auf Großaniagen übertragen.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert Es zeigt F i g. 1 den Schnitt I-I von F i g. 2
F i g. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung
Im Gehäuse 1, das mit einem Doppelmantel 3 versehen sein kann, sind Einbauten für eine wärmetauschende und mischende Behandlung von strömenden Medien angeordnet, die aus sich in Achsrichtung des Gehävses erstreckenden Rohren 2 bestehen. Die Rohre 2 weisen verbindende Rohrteile 2a, die gerade ausgeführt sein können, und gekrümmte Rohrteile 2b auf, die parallel zueinander liegen. Die gekrümmten Rohrteile Ib eines Rohres 2 können in einer Ebene liegen. Die verbindenden Rohrteile 2a benachbarter Rohre 2 kreuzen sich, vorzugsweise unter einem Winkel von ca. 90°; größere und kleinere Winkel sind ebenfalls möglich. Jedes Rohr 2 kann mit einem Zulauf 7 und einem Ablauf 10 für ein Wärmetauschmedium versehen sein. Aus technischen Gründen kann es zweckmäßig sein, die einzelnen Rohre 2 an ihren Enden zu verbinden, um möglichst wenig Zuläufe bzw. Abläufe durch die Gefäßwand führen zu müssen. Bei der Ausführung gemäß F i g. 2 sind jeweils die Rohre einer Hälfte zusammengefaßt und mit Zuläufen 7 und 9 und Abläufen 8 und 10 versehen. Durch die Anordnung der Rohre 2 ergeben sich bei Verwendung einss Gehäuses 1 mit kreisförmigem Querschnitt Zwikkel, in denen Einbauten, z. B. Bleche 5 angeordnet werden können, sofern sich die Anordnung eines weiteren Rohres 2 nicht empfiehlt Im ausgeführten Beispiel sind die gerade geführten Rohrteile 2a eines Rohres 2 zueinander parallel und gegen die Mantelrohrachse um 45° geneigt Es können auch andere Winkel als solche von 45° gewählt werden. Ferner sind Varianten möglich, bei denen die geraden Rohrteile eines Rohres nicht jeweils parallel zueinander verlaufen. Benachbarte Rohre 2 berühren sich an den Kreuzungspunkten. Das Mischen, die radiale Verteilung und die Gleichmäßigkeit der Verweilzeit des strömenden Mediums kann günstig beeinflußt werden, wenn im Bereich der gekrümmten Rohrteile 2b Leitelemente 4,4a, die gegebenenfalls verdreht sein können, angeordnet werden. 6 bedeutet die Fließrichtung des zu behandelnden Mediums; 11 und 12 öffnungen des Doppelmantels.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Zu- und Abfuhr von Wärme und zum Mischen von flüssigen Medien bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit feststehenden Einbauten für die Zu- und Abfuhr von Wärme und das Mischen, die Zu- und Ablaufeinrichtung für ein Wärmetauschmedium aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus einem in Achsrichtung des Gehäuses (1) und dieses im wesentlichen ausfüllenden Bündel von aus Rohrkrümmern (2b) und diese verbindenden Rohrteilen (2a) aufgebauten Rohren (2) bestehen, die in parallelen Ebenen zueinander liegen und bei weichen die verbindenden Rohrteile (2a) benachbarter Rohre (2) einander kreuzen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenden Rohrteile (2a) eis gerade Rohrteile ausgebildet sind und sich die geraden Rohrteile (2a) benachbarter Rohre (2) rechtwinklig kreuzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Rohrteile (2b) der Rohre (2) an das Gehäuse (1) heranreichen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus hintereinander geschalteten Rohrbündeln bestehen, die gegeneinander um die Gehäuseachse beispielsweise um 90° gedreht sind
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mehreren Rohrschüssen mit Einbauten aus einem oder mehreren Rohrbündeln besteht, wobei die Rohrschüsse um die gemeinsame Achse gegeneinander, vorzugsweise um 90° gedreht sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Rohrteile (26) mit Leitelementen (4, 4a) versehen sind.
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