DE2950205C2 - Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer, Fallfilmabsorber oder Film- Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer, Fallfilmabsorber oder Film-Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren.

Die Verteilung einer Flüssigkeit in Form eines Films in einem Wärmeaustauscher ist von besonderer Bedeutung, da Film-Wärmeaustauscher in zunehmendem Maße für die Zu- oder Abfuhr von Wärme zur Anwendung gelangen. Ein beKanntes System zum Wärmeübergang durch teilv-eise Verdampfung einer flüssigen Phase oder Absorption einer Dampf- oder Gasphase in einer flüssigen Phase sind Dünnschichtverdampfer bzw. Fallfilmabsorber. Bei diesem System wird an den inneren Wandungen von vertikalen Rohren, die die eigentliche wärmeübertragende Fläche (Heizfläche) sind, eine gleichmäßige Flüssigkeitsschicht gebildet, welche unter der Einwirkung der Schwerkraft entlang der Rohrwände von oben nach unten fließt.

Eine derartige Vorrichtung besteht aus einer oberen Sammelkammer für Flüssigkeit, deren Boden die obere Rohrplatte für das Rohrbündel darstellt, und einer unteren Sammelkammer, deren Decke die untere Rohrplatte für das Rohrbündel ist.

Die oberen Rohrenden, über welche die Flüssigkeit eintritt, bleiben nicht frei, weil sonst die Flüssigkeit über die Wände hinweg fließen würde, anstatt an diesen einen gleichmäßigen Film zu bilden. Die Eintrittsseiten der Rohre sind daher mit einem entsprechenden Verteiler zu versehen, der die Ausbildung des Films begünstigt.

Üblicherweise sind solche Verteiler Rohrstücke, weiche oben eine Reihe von tangentialen Bohrungen oder Schlitze aufweisen, durch welche die Flüssigkeit strömen kann. Werden diese Rohrstücke nun in Drehung gesetzt, so wird der gesamte innere Umfang des Verteilerrohrs benetzt und damit an der Innenfläche der Fallrohre ein Flüssigkeitsfilm ausgebildet.

Sind jedoch diese Rohrstücke nicht exakt gearbeitet, so kann es innerhalb eines Teils des Rohrs zur Tropfenbildung kommen, also nicht zu einer Strömung ^6S entlang der Wand. Darüber hinaus beanspruchen diese Vefteilerrohre in dem oberen Teil des Fallrohrs viel Raum, womit die verfügbare Heizfläche verringert wird.

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60 Ein weiterer Nachteil dieser Art von Rohrstücken ist das Auftreten von schweren Korrosionserscheinungen in den Rohren unmittelbar unterhalb dieses Rohrteiis, wenn korrosive Flüssigkeiten behandelt werden. Dies beruht auf einer gewissen Turbulenz beim Obergang von der Wand des Rohrteils auf die Wand des Fallrohrs.

Ein weiterer beträchtlicher Nacnteil sind die mit der Kompliziertheit und den strengen Anforderungen an die Toleranz bei den Bohrungen des Rohrteils, die tangential in die innere zylindrische oder konische Fläche des Rohrteils münden, verbundenen Herstellungskosten.

Aus der DE-AS 10 61 743 ist ein Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer bekannt, der aus einem massiven zylindrischen Körper besteht, v/elcher an seinem Umfang mit schraubenförmigen Nuten versehen ist.

Ein derartiger Flüssigkeitsverteiler verhindert aber nicht, daß ein Teil der Flüssigkeit aufgrund du· Haftung an der Unterseite des zylindrischen Körpers gegen die Mitte der Verdampferrohre fließt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die angegebenen Nachteile der bekannten Flüssigkeitsverteiler zu vermeiden.

Die Erfindung geht aus von obigem Flüssigkeitsverteiler in Form eines massiven Zylinders mit einem Rand zur Begrenzung der Einsetztiefe des Zylinders in das Rohr und schraubenförmigen Rillen am Zylindermantel, wobei die Verbesserung darin besteht, daß in der unteren Fläche des Zylinders eine Ausnehmung eingearbeitet ist derart, daß in dieser ein kreisförmiger Rand verbleibt; die Tiefe der Rillen soll geringer als die Breite dieses Randes sein. Die Ausnehmung ist vorzugsweise kegelstumpfförmig, wobei die obere Fläche eben ist und der Kegelmantel einen Neigungswinkel von 20 bis 60°, vorzugsweise45°, hat.

Mit dem erfindungsgemäßen Verteiler werden überraschenderweise die Nachteile der bekannten Verteiler vermieden. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverteiler eignet sich für einer breiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeit, so daß eine einwandfreie Filmbildung an der Innenseite der Fallrohre sowohl bei hoher Strömungsgeschwindigkeit als auch bei sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet wird. Solche weite Schwankungen in der Strömungsgeschwindigkeit können vorübergehend und momentan sein oder während bestimmter Wartungsarbeiten wie zum Reinigen, z. B. beim Waschen mit Chemikalien, erforderlich werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteiler sind in der Mantelfläche dieses Zylinders minimal zwei Rillen vorhanden; die maximale Anzahl hängt von den Dimensionen des Zylinders ab und damit auch von dem Fallrohr; sie soll jedoch in jedem Fall nicht mehr als 20 betragen. Die Rillen sollen eine Steigung zwischen 180 und 18° haben und können mit einem Rand oder Anschlag versehen sein. Sie haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, können aber auch vieleckigcn oder runden Querschnitt haben. Die maximale Tiefe der Rillen liegt zwischen 0,05 und 10 mm und ist geringer als die Stärke des Randes in der unteren Fläche des Zylinders,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die Flüssigkeil, welche auf der oberen Rohrplatte des vertikalen Rohrbündel steht, tritt in den Kanal, der von der Rille und der Innenfläche des Fallrohrs, in welches der Zylinder eingesetzt ist, gebildet wird, ein, läuft durch diesen Kanal und wird unter dem Zylinder in Form eines

Films über die ganze Wand des Fallrohrs verteilt.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Wärmeaustauscher mit eingesetzten erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteilern;

Fig.2 zeigt einen vereinfachten Schnitt entlang A-A aus F i g. 3;

F i g. 3 ist eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteiler und

F i g. 4 zeigt eine Seitenansicht des Verteilers, aus der sich die Rillen entnehmen lassen.

Die Anlage nach F i g. 1 umfaßt die obere Flüssigkeitskammer 1 mit der oberen Rohrplatte 2, dem Bündel der Fallrohre 3 und die untere Flüssigkeitskammer 5, abgedeckt mit der unteren Rohrplatte 4. Im oberen Teil '⁵ der Fallrohre sind die Flüssigkeitsverteilei 6 eingesetzt Die konstruktiven Details des Verteilers gehen aus den F i g. 2 bis 4 hervor. Der Flüssigkeitsverteiler 6 besteht aus einem Zylinder 8, der mit engem Spiel und geringem Druck vollständig in den oberen Teil des Fallrohrs eingesetzt ist und in diesem durch den Rand 9 gehalten wird. Der Verteiler weist unten eine konvexe Ausnehmung 10 auf (kegelstumpfförmig), deren N'.antelfiäche 11 z. B. um 40° geneigt ist und deren obere Fläche 12 eben ist.

Bevorzugt sind 6 Rillen 13 vorgesehen, jedoch kann die Anzahl der Rillen je nach den Anforderungen größer oder kleiner sein. Die Neigung der Rillen ist normalerweise 45°, jedoch kann diese je nach den Anforderungen auch größer oder kleiner sein Dadurch, daß die Flüssigkeit bereits mit der Innenwand des Fallrohrs in Berührung ist, wenn sie durch die Rillen fließt, wird das Problem der üblichen Verteiler in Form von Rohrstücken vermieden, daß-der Flüssigkeitsfilm über die Stufe zwischen dem Rohrteil und dem Fallrohr fließen muß, wo es bei korrosiven Flüssigkeiten durch die Turbulenz zu schweren Korrosionen kommt — wie oben bereits darauf hingewiesen —.

6 Rillen mit einer Neigung von 45° können als Optimum angesehen werden, um Kontinuität des Flüssigkeitsfilms in einem extrem kleinen Abstand unter dem Verteiler zu erreichen. Der Verteiler reicht in das Fallrohr nicht weit hinein, so daß die Summe der Verteilerhöhe und der Strecke bis zur Ausbildung eines kontinuierlichen Films im allgemeinen nicht die normale Dicke der Rohrplatte übersteigt, wodurch für die Ausbildung des Flüssigkeitsfilms keine Heizfläche oder Austauscherfläche geopfert werden muß.

Die kegelstumpfförmige Ausnehmung 10 mit ihrer Mantelfläche II, deren Neigung etwa 45° beträgt verhindert, daß die Flüssigkeit an d-r unteren Fläche des Verteilers gegen die Mitte des Fallrohrs fließt, wodurch ein Teil der Flüssigkeit für die Filmbildung verloren ginge. Der verbleibende Ring um die Ausnehmung 10 muß immer stärker sein als die Tiefe der Rillen, um die anges'rebte Arbeitsweise zu gewährleisten.

Aus den Fig.2 bis 4 entnimmt man die Einfachheit und Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteilers, welcher bei Gewährleistung der Funktionsfähigkeit einen minimalen Aufwand für die Herstellung erfordert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer, Fallfilmabsorber oder Film-Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren, der die Form eines massiven Zylinders hat, mit einem Rand zur Begrenzung der Einsetztiefe des Zylinders in das Rohr und schraubenförmigen Rillen am Zylindermantel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Ausnehmung (10) in der unteren Fläche des Zylinders (8) besitzt, so daß in dieser ein kreisförmiger Rand verbleibt, wobei die Tiefe der Rillen (13) geringer ist als die Breite des Randes.

2. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) kegelstumpfförmig ist und eine ebene obere Fläche und eine in einem Winkel von 20 bis 60° geneigte Mantelfläche besitzt

3. Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Ausnehmung (10) zu der ebenen oberen Fläche in einem e! von 45° ^fTenei^fTt ist

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