DE3007610A1

DE3007610A1 - Buendelwaermetauscher

Info

Publication number: DE3007610A1
Application number: DE19803007610
Authority: DE
Inventors: Gerald Daniel Corey
Original assignee: Fansteel Inc
Current assignee: Fansteel Inc
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE3007610C2; JPS5716314B2; JPS55128776A; US4323114A; GB2045099A; GB2045099B

Description

Bundelwirmetauscher

Bei Wärmetauschern wird ein heißes Strömungsmittel, beispielsweise Dampf, in einer Vorrichtung angeordnet, um seine Wärmeenergie auf ein zweites Strömungsmittel zu übertragen, das durch eine Zone geschickt wird, die von dem ersten Strömungsmittel erhitzt wird. Die an dieser Stelle beschriebene Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Wlrmetausches·

Bei Wärmetauschern ist es bisher üblich gewesen, von der Dampfkessel-Lösung Gebrauch zu machen, bei der eine einzige große Kammer mit einer Vielzahl von Rohren versehen ist, die sich durch die Kammer erstrecken, um von einem innerhalb der größeren Kammer befindlichen heißen Strömungsmittel Wärmeenergie aufzunehmen. Wenn jedoch korodierende Materialien behandelt werden, treten an den Rohren entsprechende Beschädigungen auf, so daß diese eine kurze Lebensdauer besitzen und ersetzt werden müssen. Dies macht ein Stillegen der gesamten Einheit erforderlich, um die Reparaturen ausführen zu können.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmeaustauschsystem, bei dem einzelne Moduln in ein System eingesetzt und im System ersetzt werden können, wobei nur ein momentanes Stillsetzen der Zuführrohre erforderlich ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Reparatur oder ein Austausch von Moduln möglich, während sich der restliche Teil des Systems weiterhin in Betrieb befindet, wenn zwei solche Moduln oder zwei oder mehrere vollständige Wärmeaustauschsysteme parallel zueinander eingesetzt werden. Bei einer speziellen Anordnung der Moduln in gebündelter Weise um eine zentrale Wärmequelle herum können die in Reihe miteinander verbundenen Moduln in einfacher Weise entfernt und ersetzt werden. Das System macht es darüber hinaus möglich, verschiedenartige Moduln einzusetzen oder mindestens den Strömungsmitteldurchflufl umzukehren, so daß diejenigen Bereiche, die mit den heißesten Strömungsmitteln in Berührung treten, zu Bereichen werden können, die sich mit kälteren Strömungsmitteln in Kontakt befinden.

Die vorgeschlagene Ausführungsfarm gestattet eine wirksamere Handhabung der Quelle des erhitzten Strömungsmittels, da nur ein einziger und getrennter Dampf- und Kondensatverteiler erforderlich ist. Folglich wird mit der zentralen Dampfeinheit und den gebündelten Wärmetauschern ein System möglich, das eine weitaus längere Lebensdauer besitzt und dessen Stilliegezeiten minimal sind.

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Andere Ziele und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben hervor. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetauscher;

Figur 2 ein schematisches Flußdiagramm, das das Strömungsbild im Wärmetauscher zeigt;

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Figur 1; Figur 4 eine Seitenansicht entlang Linie 4-4 in Figur 1;

Figur 5 einen Schnitt entlang Linie 5-5 in Figur 1; und

Figur 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in Figur 4.

In der Zeichnung ist die Erfindung in Verbindung mit einem Wärmetauscher zur Behandlung von Dreifachsuperphosphat und insbesondere zur Konzentrierung von Phosphorsäure für Düngemittel und die Behandlung derselben dargestellt. Dabei wird Dampf als wärmetragendes Strömungsmittel eingesetzt. In der nachfolgenden Beschreibung wird das als Wärmequelle dienende Strömungsmittel als Wärmeträger und das zu erhitzende Material

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als erhitztes Strömungsmittel bezeichnet.

In den Figuren 1 und 3 ist eine mittlere zylindrische Kammer 20 für den Wärmeträger dargestellt, die in Vertikalstellung angeordnet und in einer geeigneten Einfassung gelagert. Diese Kammer 20 weist am oberen Ende einen Dampfeinlafl 22 auf, der von Dampfauslaflöffnungen 24 umgeben ist. Die Kammer ist durch eine Trennwand 26 in eine obere und eine untere Kammer aufgeteilt· Die obere Kammer dient zur Aufnahme und Verteilung von Dampf, während die untere Kammer als Kondensataufnahmekammer dient und Einlaßöffnungen 2Θ und eine Auslaßleitung 30 aufweist.

Bündelweise um den Tank 20 herum angeordnet sind sechs länglich Behandlungskammern 40. Jede dieser Behandlungskammern ist mit verstärkten, diametral gegenüberliegenden Stützlaschen 42 versehen, die sich in Radialrichtung von den Kammern etwa in der Mitte zwischen deren Enden aus erstrecken.

Eine von der mittleren Kammer getragene Stützringflanschplattform 50 weist in Radialrichtung offene Ausnehmungen 52 auf, die die jeweiligen Behandlungskammern aufnehmen. Die Laschen 42 liegen auf der Plattform an den Seiten der Ausnehmungen auf und können an dieser über Bolzen verbunden sein, wie in Figur 5 gezeigt ist. Wie die Figuren 4 und 6 am besten zeigen, weist jede Behandlungskammer 40 fünf Leitungen 52 auf, die sich in Längsrichtung über die Länge der Kammer erstrecken

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und an jedem Ende mit Verteilerplatten 60 versehen sind. Jade Verteilerplatte 60 ist mittig mit einem Durchgangsrohr verbunden, das als EinlaB oder AuslaB dient, je nach der entsprechenden Position.

Wie in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt ist, ist jede Behandlungskammer über doppelte 90°-Krümmer 62 mit einer benachbarten Kammer verbunden, wobei bestimmte Verbinder einen EinlaB 64 für das zugeführte Material und einen AuslaB 66 für das behandelte Produkt vorsehen. Jede Behandlungskammer weist unmittelbar pberhalb der mittleren Lagerabschnitte eine Ausdehnungsverbindung 70 auf.

Wie ebenfalls in Figur 4 gezeigt ist, besitzt jede Behandlungskammer 40 desweiteren gegeneinander versetzte, sich in Querrichtung erstreckende bogenförmige Umlenkplatten 72, die sich etwas über die Mitte hinaus erstrecken, so daß sie sich an ihren Sehnenlinienpberlappen. Diese Umlenkplatten dienen darüber hinaus zur Stabilisierung der Leitungen 52.

Die Auelaßöffnungen 24 an der zentralen Dampfkammer 20 sind über geeignete Leitungen 74 mit EinlaBäffnungen am oberen Ende eines jeden Zylinders 40 des Bündels verbunden. Auslaßöffnungen am Boden der Kammern 40 sind über geeignete Leitungen 76 mit den Einlaßöffnungen 2Θ am Boden des mittleren Zylinders 20 verbunden.

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In Figur 2 ist ein schematisches FluBdiagramm gezeigt, in dem der Weg des Dampfes mit gestrichelten Pfeilen und der des behandelten Strömungsmittels mit durchgezogenen Pfeilen dargestellt ist.

Dampf tritt am Einlaß 22 ein und durchläuft die Leitungen bis zum oberen Ende der Bündelkammern 40, von wo aus er in einer gewundenen Bahn (infolge der Umlenkplatten 72) nach unten dringt und dabei Wärmeenergie an die Rohre 52 abgibt. Am unteren Ende einer jeden Kammern 40 strömen restlicher Dampf und Kondensat in die Leitungen 76 und die Kondensatkammer am unteren Ende des mittleren Zylinders und zum Auslaß 30.

Das behandelte Strömungsmittel tritt in die Tanks des Bündels bei 64 ein und strömt reihenweise abwärts und aufwärts durch die Tanks 40 zum Auslaß 66.

Die Tanks neigen dazu, am Eintrittsbereich des heißesten Strömungsmittels, d.h. am oberen Ende in der Zeichnung, sich seh rasch zu zersetzen. Erfindungsgemäß ist es möglich, die nutzbare Lebensdauer eines speziellen Tanks oder von allen Tanks durch Strömungsumkehr anzugleichen. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Tanks umgedreht werden oder . daß die Strömung umgedreht wird, um den heißesten Reaktionsbereich in einem Bereich vorzusehen, der vorher der kühlste war.

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Falls ein spezieller Tank repariert werden muß, kann er durch Manipulation der Verbindungsleitungen abgetrennt und umgangen werden, oder er kann in einfacher Weise durch einen neuen oder wiederhergestellten Tank ersetzt werden. Die Lagerplattform macht es möglich, einen Tank abzutrennen und herauszuheben, ohne die Befestigung der anderen Tanks zu stören.

Das dargestellte Beispiel weist etwa 3,05 m hohe Bündeltanks und eine mittlere Dampfkammer von etwa 5,20 m Länge und 20,3 cm Durchmesser auf. Die im Bündel angeordneten Kammern besitzen einen Durchmesser von etwa 10,2 cm und Mittelpunktsabstande von etwa 30,6 cm.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1./Wärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie von einem

Strömungsmittel auf ein änderest gekennzeichnet durch:

(a) eine Verteilerkammer für eine Quelle eines Behandlungsströmungsmittels,

(b) eine Vielzahl von Moduln zur Wärmeübertragung, von denen jeder einen oder mehrere erste Kanäle für ein behandeltes Strömungsmittel aufweist, die von zweiten Kanaleinrichtungen für ein Behandlungsströmungsmittel umgeben sind,

(c) Einrichtungen zur Verbindung der ersten Kanäle eines jeden Moduls zur Ermöglichung einer reihenweisen Strömung eines Behandelten Materials, und

(d) Einrichtungen zum Verbinden einer jeden der zweiten Kanaleinrichtungen eines jeden Moduls mit der Verteilerkammer, damit das Behandlungsströmungsmittel zu jedem Modul strömen kann.

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2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkammer einen vertikal gerichteten ersten Tank umfaßt, der einen oberen Einlaß für ein Behandlungsströmungsmittel und eine Vielzahl von seitlichen Auslässen aufweist, und daß die Wärmeübertragungsmoduln vertikale zweite Tanks umfassen, die in enger Nachbarschaft zu dem ersten Tank radial zu diesem angeordnet sind und zu ihren oberen Enden benachbarte Einlasse zur Aufnahme des Behandlungsströmungsmittels aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Lagereinrichtungen aufweist, in denen jeder Modul zu der Verteilerkammer benachbart lösbar befestigbar ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtungen ein horizontales Gestell umfassen, das auf der Verteilerkammer montiert ist und in Radialrichtung offene Ausnehmungen zur Aufnahme der Modultanks aufweist, und daß auf jedem Modultank Einrichtungen angeordnet sind, die mit dem Gestell in Eingriff treten, um den Modul im. Gestell zu lagern.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul eine Vielzahl von Leitungen aufweist _T die in Längsrichtung innerhalb seiner Begrenzungen angeordnet sind, daß die Leitungen an jedem Ende des Moduls zur Auf-

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nähme und Abgabe eines behandelten Strömungsmittels zu einem Verteiler zusammengefaßt sind und daß sich in jedem Modul quer gerichtete Umlenkplatten über einen Abschnitt des Tanks erstrecken, um eine wellenförmige Bahn für das Behandlungsströmungsmittel innerhalb des Moduls und um die Leitungen herum zu erzeugen.

6. Wärmeaustauscher zur Übertragung von Behandlungswärme von einem Strömungsmittel auf ein anderes, gekennzeichnet durch

(a) einen vertikalen mittleren Tank, der in Vertikalrichtung in eine obere Aufnahmekammer mit einem einzigen Einlaß und einer Vielzahl von Auslässen und eine untere Kondensatkammer mit einer Vielzahl von Einlassen und einem einzigen Auslaß aufgeteilt ist,

(b) eine Vielzahl von länglichen Behandlungstanks, die bündeiförmig in Vertikalrichtung um den mittleren Tank herum angeordnet sind und von denen Jeder eine Vielzahl von Rohren aufweist, die sich von Ende zu Ende des Tanks erstrecken und an jedem Ende zu einem Verteiler zusammengefaßt sind,

(c) ein Rahmengestell zur lösbaren Befestigung der Behandlungstanks um den mittleren Tank herum,

(d) Einrichtungen, mit denen die Behandlungstanks in Reihe verbunden sind, so daß durch diese ein behandeltes Strömungsmittel hindurchströmen kann,

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(e) Einrichtungen zum Verbinden der Auslässe der oberen Aufnahemkanmer mit dem oberen Ende der jeweiligen Behandlungstanks, und

(f) Einrichtungen zum Verbinden des Bodens des Behandlungstanks mit den Einlassen in der Kondensatkammer.

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