DE3516487C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsgegenstrom-Wärme­ tauscher zur Kühlung und geringen Rückerwärmung von in Zuckerfabriken anfallenden breiförmigen Nachprodukten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Das in Zuckerfabriken anfallende breiförmige Nachprodukt besteht aus dem Vakuumkristallisator abgelassenen Zucker­ kristallen und interkristallinem Sirup. Die Temperatur von etwa 75-80°C des Nachproduktes ist langsam, gleich­ mäßig auf 35-40°C zu verringern. Die Geschwindigkeit der Abkühlung darf dabei einen Wert von 0,8-1,0°C/h nicht über­ schreitet. Infolge der Abkühlung wird der interkristalline Sirup übersättigt und an der Oberfläche der Kristalle legt sich Zucker ab. Bei optimaler Abkühlung erschöpft sich der interkristalline Sirup in optimalem Maß und führt aus dem Herstellungsprozeß als Melasse eine minimale Zucker­ menge mit sich. Die aus dem Kühler herauskommende brei­ förmige Masse wird zentrifugiert und dabei werden die Zuckerkristalle von der den Muttersirup darstellenden Melasse getrennt. Zur Zentrifugierung ist jedoch der infolge der Abkühlung außerordentlich zähflüssig gewor­ dene Brei von der erreichten Temperatur von 35-40°C auf 45-50°C zurückzuerwärmen.

Zu der obenerwähnten Abkühlung der Rückerwärmung der breiförmigen Nachprodukte werden Wärmetauscher in den Zuckerfabriken verwendet. In diesen Vorrichtungen spielt die gleichförmige, kontinuierliche und mit kleinen Wär­ mestufen erfolgende Abkühlung eine wichtige Rolle. Ein gro­ ßer Temperaturunterschied zwischen dem Brei und dem Kühl­ element führt nämlich zur Entstehung von solchen neuen Kristallzentren, die im Vergleich zu den im Brei befind­ lichen Kristallzentren kleinere Abmessungen besitzen und somit durch Zentrifugieren nicht zurückgehalten werden können. Diese verlassen somit gemeinsam mit der Melasse die Vorrichtung, wodurch der Wirkungsgrad der Zuckerge­ winnung geringer wird.

Dieser Anforderung genügt der Gegenstrom-Wärmetauscher umso vorteilhafter, je kleiner in der Vorrichtung die Än­ derung des Temperaturunterschiedes zwischen dem Gegen­ strom und dem abzukühlenden Brei ist, das heißt, je klei­ nere Wärmestufen in dem Brei entstehen und in umso ge­ ringerem Maße diese Wärmestufen von der theoretischen, kontinuierlichen Kühlkurve abweichen.

Die bisher bekannten Systeme konnten jedoch dieser Anfor­ derung nicht in entsprechender Weise genügen. In den er­ sten Vorrichtungen wurden keine Gegenstromkühlung verwen­ det, weshalb ihr Wirkungsgrad auch nicht annähernd aus­ reichend war. In den modernen Vorrichtungen werden bereits mehrere solche Gegenstrom-Kühlsäulen und allgemein eine rückerwärmte Säule verwendet, bei denen der Wärmeaustausch mittels Gegenstromflüssigkeit erfolgt. Von diesen Vorrich­ tungen sind hauptsächlich zwei Varianten bekanntgewor­ den.

Bei der ersten Variante wird die Kühlflüssigkeit in der Säule entgegen dem nach unten strömenden Brei nach oben in in mehreren waagerechten Ebenen ausgebildeten Rohr­ schlangen geführt und zwischen diesen der Brei mittels Rührschaufeln geführt. Ein Nachteil dieser Variante be­ steht darin, daß nicht nur auf Kühlwirkung der in den einzelnen Ebenen angeordneten Rohrschlangen in der Tempe­ ratur des Breies eine größere Wärmestufe entsteht, sondern auch die in je einer waagerechten Ebene sich in der Rohr­ schlange ebenfalls ändernde Temperatur der Kühlflüssig­ keit und die verschiedene Temperatur des dazwischen ge­ rührten Breies innerhalb dieser größeren Wärmestufen ebenfalls einen ungeordneten Zustand hervorruft und die Gleichmäßigkeit der Kühlung verschlechtert.

In vergleichbarer Weise wird nach der GB-PS 8 66 157 der Brei quer zu gegenläufig schraubenförmig angeordneten und vom Wärmetauschmedium durchflossenen Rohrschlangen be­ wegt, wodurch ebenfalls an unterschiedlichen Stellen der jeweiligen Rohrschlange eine verschiedene Temperatur­ differenz gegeben ist und im übrigen der Brei auch durch die in Axialrichtung von den Rohrschlangen ausgeübte Transportwirkung während unterschiedlich langer Zeit dem Wärmeaustausch ausgesetzt ist, also auf jeden Fall ein über alle Teile des Produktes gleichmäßiger Wärme­ austausch nicht stattfinden kann.

Die zweite Variante ist der ersten ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, daß hierbei die waagerecht angeordneten Rohrschlangen durch Kühlscheiben ersetzt werden, in denen sich das Kühlwasser gleichmäßiger anordnet. Die infolge der abschnittweisen Kühlung entstehenden größeren Erwärm­ stufen im Brei werden jedoch auch bei dieser Variante nicht beseitigt. Das führt wiederum zur Entstehung von gewissen kleineren kristallinischen Zentren.

Bei den genannten Systemen besteht außerdem der gemein­ same Nachteil, daß bei Beschädigung des die Kühlflüssig­ keit leitenden Rohrsystems, z. B. bei Entstehen eines Loches im Rohr, die gesamte Säule und somit im allgemeinen das ganze System für eine längere Zeitdauer außer Betrieb zu setzen ist, wodurch ein bedeutender Ausfall im Herstel­ lungsprozeß zu verzeichnen ist.

Diese Nachteile wurden mit der Lösung gemäß der HU-PS 1 82 274 beseitigt, bei der abweichend von den bisher be­ kannten Vorrichtungen die dem Wärmeaustausch dienenden waagerechten Scheiben bzw. Rohrschlangen durch senkrecht angeordnete Rohrschlangen ersetzt wurden. Diese Anordnung verfügt über bedeutende Vorteile. In dieser Vorrichtung erfolgt der Wärmeaustausch weitaus kontinuierlicher, mit mehreren, vernachlässigbar kleinen Wärmestufen. Bei Be­ schädigung einer Rohrschlange verringert sich zwar nach Ausschalten dieser Rohrschlange der Wirkungsgrad der Vor­ richtung, der Herstellungsprozeß muß jedoch nicht abge­ brochen werden. In dieser Lösung wird der Brei nicht ge­ rührt, sondern die Rohrschlangen drehen sich, wobei in den einzelnen Ebenen durch in die Fugen der Rohrschlange eingreifende Bremsarme verhindert wird, daß sich der Brei gemeinsam mit den Rohrschlangen dreht. Die Erfahrungen ha­ ben jedoch gezeigt, daß auch diese Vorrichtung über Nach­ teile verfügt. Da die Bremsarme nur in bestimmten senk­ rechten Abständen angeordnet sind, führen die zweigartig zwischen diesen herausragenden Rohrschleifen in bestimm­ tem Maße den Brei doch mit sich, insbesondere dadurch, daß die herausragenden senkrechten Schleifen der senkrecht verlaufenden Rohrschlange gegen den verhältnismäßig gro­ ßen Widerstand des Breies statisch abgestützt werden müs­ sen, und die je eine Abzweigungsgruppe gittermäßig abstützen­ de Stützkonstruktion führt ebenfalls einen Teil des Breies mit sich. Dieser Effekt wird dadurch noch erhöht, daß sich der Brei häufig auf der Rohrschlange ablagert, wodurch sich die drehende Fläche der Rohrschlange und die Trägheit der gemeinsamen Drehung mit dem Brei erhöht. Die Stützkonstruk­ tion führt weiterhin zur Vergrößerung des Gewichtes und der Kosten der Vorrichtung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer solchen Lösung, die keine Stützkonstruktion beansprucht und es ermöglicht, die Bremsarme dichter anzuordnen, wo­ bei die Funktion der Bremsarme nicht nur in der Abbrem­ sung des Breies, sondern auch in der Reinigung der Rohr­ glieder bestehen soll. Die Erfndung beruht auf der Er­ kenntnis, daß das dann realisierbar ist, wenn die Rohr­ arme selbst versteifend angeordnet sind und alle Anschluß­ neigungspunkte der Rohrschlange an der Rohrachse liegen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

In dieser Anordnung können die Bremsarme sogar zwischen allen Etagen angeordnet werden, wodurch der Brei eine bessere Abbremsung erfährt und gleichzeitig die Entfer­ nung des sich an dem oberen und unteren Rand der V-Rohr­ abschnitte ablagernden und den Widerstand vergrößernden Breies erfolgt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der Bremsarme von der der Rohrglieder abweicht und ihre Anordnung zueinander etagenweise verschoben ist.

Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung anhand eines Ausführungsbeispieles einer der Kühl- bzw. Rückerwär­ mungssäulen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt der Säule entlang der Ebene B gemäß Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt der Säule entlang der Ebene A gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines Rohrgliedes.

In den Figuren befindet sich in der Mitte einer stehenden Säule 1 eine sich drehende Rohrachse 2 mit darin angeord­ neten Fallrohren 3 und die Rohrachse 2 umgebenden Rohrglie­ dern 4. Die Rohrglieder 4 bestehen aus sich an die Rohr­ achse 2 anschmiegenden und daran durch Schellen mittels Zwischenrohrabschnitten 4 k verbundenen, in mehreren Eta­ gen angeordneten V-Rohrabschnitten 4 v und kommunizieren unten mit den Fallrohren 3, während sie oben in eine Kammer 10 münden, die mit einer Auslaßöffnung 11 verse­ hen ist. Die Fallrohre 3 gehen oben von einer Kammer 8 aus, die mit einer Einlaßöffnung 9 versehen ist. An die Säule 1 schließt sich oben eine mit einer Einlaßöffnung 7 versehene Kammer 6 an, während die Säule 1 unten mit einer Auslaßöffnung 12 ausgebildet ist. An den Mantel der Säule 1 sind zwischen den Etagen der V-Rohrabschnitte 4 v zwischen diesen eingreifende Bremsarme 5 zueinander verschoben befestigt, wobei die Anzahl der Bremsarme 5 von der An­ zahl der Rohrglieder 4 abweicht.

Die Vorrichtung funktioniert folgenderweise: Der abzuküh­ lende bzw. später zu erwärmende Brei gelangt über die Ein­ laßöffnung 7 in die Kammer 6, von dort in die Säule 1 und verläßt diese über die Auslaßöffnung 12. Die Gegenstrom­ flüssigkeit zur Kühlung bzw. Erwärmung wird über die Ein­ laßöffnung 9, die Kammer 8 und die Fallrohre 3 in die Rohrglieder 4 geleitet, strömt in diesen nach oben, führt den Wärmetausch durch und wird danach oben über die Kam­ mer 10 durch die Auslaßöffnung 11 entfernt. Da sich währenddessen die Rohrachse 2 und die Rohrglieder 4 eben­ falls drehen, die Säule 1 dagegen mit dem darin befind­ lichen Brei steht, sind die Bremsarme 5 eingebaut, um zu verhindern, daß die Rohrglieder 4 während ihrer Drehbe­ wegung den Brei mit sich reißen. Die Bremsarme 5 voll­ führen gleichzeitig die Reinigung der V-Rohrabschnitte 4 v der Rohrglieder 4, so daß der sich ggf. daran ablagernde Brei die drehende Fläche der V-Rohrabschnitte 4 v nicht vergrößern kann. Die Bremsarme 5 weichen in ihrer Anzahl von der Anzahl der Rohrglieder 4 ab und sind etagenweise zueinander verschoben angeordnet. Somit gelangen sie zeit­ mäßig nur nacheinander mit je zwei V-Rohrabschnitten 4 v in Deckung, womit ihre reinigende Funktion keinen stoßar­ tigen Widerstand hervorruft.

Die Ausbildung je eines Rohrgliedes ist aus der Perspektiv­ ansicht gemäß Fig. 3 gut ersichtlich, wobei die Anordnung der V-Rohrabschnitte 4 v und der Zwischenrohrabschnitte 4 k dargestellt ist.

In der Zeichnung wurde eine einzige Säule dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus mehreren ähnlichen, in Reihe geschalteten Säulen, wobei der Brei solange von einer Säule in die nächste gelangt, bis sich dessen Kühlung be­ endet. Danach erfolgt in einer ähnlichen, jedoch eine Gegenstrom-Wärmeflüssigkeit beinhaltenden Säule die Rück­ erwärmung der Breimasse auf die gewünschte Temperatur. Die einzelnen Säulen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können natürlich in von obigem Beispiel abweichender Weise auch ausgebildet werden. Die Anzahl der Rohrglieder 4 und der Bremsarme 5 kann abweichend von obigem Ausfüh­ rungsbeispiel sein. Es ist z. B. nicht unbedingt erfor­ derlich, daß zwischen allen V-Rohrabschnitten 4 v Brems­ arme 5 angeordnet sind, da es bei den einzelnen Breimas­ sen ausreichend sein kann, diese weniger dicht einzu­ bauen. Anders können die Kammern 6, 8 und 10 ausge­ bildet sein. Die Zu- und Ableitung des Breis und der den Wärmetausch durchführenden Flüssigkeit kann ebenfalls anders gelöst werden. Es kann sogar eine solche Ausfüh­ rung ausgebildet sein, bei der die Fallrohre 3 entfallen und deren Funktion eine äußere Rohrleitung übernimmt und die Zuleitung der Wärmetauschflüssigkeit in die Rohrglie­ der 4 unten erfolgt usw. Aus Obigem und dem Beispiel geht hervor, daß die in Rede stehende Vorrichtung gegenüber der mit dem Patent HU-PS 1 82 274 geschützten Vorrichtung auch diesen Vorteil besitzt, daß der Wirkungsgrad des Wärmetauschers bei gleicher Anzahl von Rohrgliedern und gleicher Anzahl von waagerechten Abschnitten der Rohrglieder durch Ausbildung der waagerechten Abschnitte als V-Rohr­ abschnitte auf das Zweifache größer wird.

Claims (2)

1. Flüssigkeitsgegenstrom-Wärmetauscher zur Behandlung von in Zuckerfabriken anfallenden breiförmigen Nachpro­ dukten, der mit mehreren, in Reihe geschalteten Kühl- bzw. Rückerwärmungssäulen versehen ist, die mit an ihrem Mantel befestigten Bremsarmen und zwischen diesen sich um eine Rohrachse drehenden, eine Gegenstromflüssigkeit beinhaltenden, in senkrechtem Sinne schlangenförmigen Rohrgliedern versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrglieder (4) aus mehretagig angeordneten V- Rohrabschnitten (4 v) und deren Schenkelenden zwischen je zwei Etagen wechselweise verbindenden, sich an die Rohr­ achse (2) anschmiegenden Zwischenrohrabschnitten (4 k) bestehen.

2. Flüssigkeitsgegenstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bremsarme (5) von der Anzahl der Rohrglieder (4) abweicht und die Brems­ arme (5) zueinander etagenweise verschoben angeordnet sind.