DE382862C - Verfahren zum unmittelbaren Waermeaustausch mit Anwendung von Gegenstrom zwischen zwei nicht mischbaren Fluessigkeiten - Google Patents

Verfahren zum unmittelbaren Waermeaustausch mit Anwendung von Gegenstrom zwischen zwei nicht mischbaren Fluessigkeiten

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DE382862C
DE382862C DEST34834D DEST034834D DE382862C DE 382862 C DE382862 C DE 382862C DE ST34834 D DEST34834 D DE ST34834D DE ST034834 D DEST034834 D DE ST034834D DE 382862 C DE382862 C DE 382862C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/04Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media both being liquids

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

  • Verfahren zum unmittelbaren Wärmeaustausch mit Anwendung von Gegenstrom zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten. Zur Erzielung eines unmittelbaren Wärrneaustausches zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten mit verschiedenen spezifischen Gewichten sind bisher Verfahren. bekannt geworden, bei denen die beiden Flüssigkeiten meist im Gegenstrom zueinander geführt werden und sich während des Wärmeaustauschvorganges infolge der Wirkung des Unterschiedes ihrer spezifischen Gewichte voneinander geschieden halten oder mindestens am Ende wieder scheiden. Gewöhnlich ist allerdings dieser Dichtenunterschied zwischen den beiden Flüssigkeiten und daher ihr Bestreben, getrennte Schichten zu bilden, nur gering, was bei einer Gegenstromführung zu unerwünschten Mischungserscheinungen und Schwierigkeiten bei den jeweils benachbart liegenden Eintritts- und Austrittsstellen der zwei Flüssigkeiten führen kann. Immerhin aber vermag man doch dieser Schwierigkeit in der Praxis meist in genügendem Maße Herr zu werden, so lange die Verschiedenheit der spezifischen Gewichte beider Flüssigkeiten über den ganzen Gegenstromweg gleichartig bleibt, d. h. wenn überall ein und dieselbe Flüssigkeit die schwerere"und die andere die leichtere ist.
  • Wesentlich anders liegt der Fall, wenn zwei Flüssigkeiten miteinander behandelt werden sollen, bei denen während des Verlaufes des Wärmeaustauschvorganges die Unterschiede ihrer spezifischen Gewichte gegeneinander eine so starke Veränderung erfahren, daß deren Ordnung sich völlig umkehrt, d. h. daß die ursprünglich spezifisch leichtere Flüssigkeit spezifisch schwerer als die zweite wird. Dann wird durch die eintretende Umschichtung der beiden Flüssigkeitsströme an der Stelle, wo die Umkehrung und damit die zeitweilige Gleichheit ihrer spezifischen Gewichte stattfindet, eine innige Vermischung oder Emulgierung der beiden Flüssigkeiten hervorgerufen, und weil die Flüssigkeiten hinterher beide im Gegenstrom aneinander vorbeifließen, wird ihre nachträgliche Wiederentmischung und Scheidung sehr schwierig. Infolgedessen treten die behandelten Flüssigkeiten an den Enden ihrer Wege ungenügend rein und vermengt mit Teilen der jeweils anderen Flüssigkeit aus dem Wärineaustauscher aus. Durch die hier geschilderte Schwierigkeit wird praktisch dem Verfahren zur Erzielung eines unmittelbaren Wärmeaustausches zwischen z«:ei an sich nicht mischbaren Flüssigkeiten eine Grenze seiner Anwendung gezogen.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, die geschilderte Schwierigkeit zu überwinden und einen Weg für die allgemeine Anwendbarkeit des unmittelbaren Wärmeaustausches von nicht mischbaren Flüssigkeiten unter Gegenstrom, auch für den Fall der oben gekennzeichneten Veränderlichkeit ihrer spezifischen Gewichte. zu zeigen. Dabei geht sie von folgender Überlegung aus: Die Trennung zweier nur mechanisch miteinander vermengter Flüssigkeiten mit verschiedenen spezifischen Gewichten gelingt am leichtesten und vollkommensten, wenn die Mischung in Ruhe stehenbleibt. Der gleiche Erfolg wird im vorliegenden Falle bei zwei nur vorübergehend vermengten Flüssigkeitsströmen erreicht werden, wenn diese relativ möglichst in Ruhe zueinander sind, d. h. mit vollkommen oder doch angenähert gleicher und gleich gerichteter Geschwindigkeit, also mit möglichst kleiner Relativgeschwindigkeit durch die Wärmeaustauschvorrichtung bewegt werden.
  • Diese Erkenntnis verwertet die Erfindung nach dem Grundgedanken, daß von dem ganzen Gegenstromweg der beiden ihre Wärme austauschenden Flüssigkeiten dasjenige Wegstück, in welchem die Ordnungsumkehr der spezifischen Gewichte und damit die Umschichtung der Flüssigkeiten vor sich gehen müßte, ausgeschieden und durch ein Wegstück mit Gleichstrom der beiden Flüssigkeiten ersetzt wird. Dieser Gleichstromweg wird so weit ausgedehnt und die beiden zu behandelnden Flüssigkeitsströme werden in dieser Laufrichtung bei möglichst angenähert gleichen Geschwindigkeiten so lange nebeneinander hergeführt, bis die während dieser Phase des Wärmeaustausches bei den Flüssigkeiten aufgetretene Umkehrung der Ordnung ihrer spezifischen Gewichte überschritten und die durch das Gleichstromverfahren allein erzielbare bleibende -Scheidung der beiden Stoffe gemäß dem endgültigen Verhältnis ihrer spezifischen Gewichte vollzogen ist.
  • Die Ausführung des Verfahrens wird am besten durch ein praktisches Beispiel erläutert. Es handele sich etwa um die Aufgabe, Waschöl aus der Benzolgewinnung, d. h. ein schweres Teeröl von 12o° C auf 25° C herunterzukühlen, und es möge dafür als Kühlmittel gewöhnliches Brunnenwasser von 15° C Anfangstemperatur verfügbar sein, dessen Endtemperatur nach dem Kühlen 6o° C betragen möge. Das Waschöl hat bei seiner angenommenen niedrigsten Temperatur von 25° C ein spezifisches Gewicht von i,o6, bei seiner höchsten Temperatur von 120' ein solches von o,98: gcwöhnliches Brunnenwasser hat bei 15' ein spezifisches Gewicht von sehr nahe - i,oo und bei 6o' C ein solches von o,99. Die gesamte 'Änderung des spezifischen Gewichtes des Öles innerhalb des betrachteten Temperaturbereiches ist ersichtlichlviel größer als die entsprechende J@nderung für Wasser; nur dieser Umstand schafft, wie man bei theoretischer Nachprüfung übersieht, überhaupt die Möglichkeit, daß zwischen den .zwei Stoffen bei Führung im Gegenstrom, wo jedesmal die hohen Temperaturlagen und ebenso die tiefen örtlich benachbart sind, eine Umkehr der Ordnung ihrer spezifischen Gewichte, also ein Kreuzungspunkt, entstehen kann, wenn man berücksichtigt, daß durch die Wärme alle Körper ausgedehnt werden, also der Charakter oder die Richtung der Veränderlichkeit der Dichten mit der Temperatur immer gleichbleibt.
  • Wollte man das Waschöl und das Wasser etwa in zwei wagerechten Schichten über den ganzen Wärmeaustauschw eg parallel und ini Gegenstrom zueinander führen, so würde nach obigen Angaben an dem kühleren Ende dieses Weges, wo Wasser von 15' und Waschöl von 25° zusammenkommen, das leichtere Wasser auf dein schwereren 0I schwimmen, dagegen an dem heißeren Ende das hier schwerere Wasser von 6o° unter dem hier leichteren Waschöl von i2o' lagern. Irgendwo im mittleren Teil des Weges müßte ein Umkehrpunkt, eire Umschichtungcstelle sein. Erfahrungsgemäß liegt bei den hier gemachten Annahmen der gekennzeichnete Umkehrpunkt in der Nähe der Temperatur 95° C des Waschöls, also ungefähr in der Entfernung von 1;.@.des Gesamtweges vom heißeren Ende weg. Bei solch hohen Temperaturen des Waschöls wird es an der Umschichtungsstelle beim Mischen mit dem Wasser so stark emulgiert, daß das Wasser auf seinem Restwege von :fieser Stelle bis zum Austritt an dem heißen Ende sich nicht vollkommen von beigemengtem Öl scheidet und ansehnliche 'Mengen des Öles mit sich nach außen trägt.
  • Das Verfahren der Erfindung, das die geschilderten Schwierigkeiten beseitigt, ist für (las angenommene Beispiel schematisch durch die Zeichnung dargestellt. E s ist a ein offener Trog oder eine flache Rinne in senkrechtem Längsschnitt mit den erforderlichen Rohren und Stutzen an beiden Enden zum Zuleiten oder .Ableiten und einer als Ablauf dienenden Querrinne b in der Mitte. In der Längsrichtung des Troges strömen die beiden Flüssigkeiten, in zwei getrennten Schichten übereinander gelagert, in Richtung der eingezeichneten Pfeile. Das Waschöl ist durch stärkere, das Wasser durch schwächere Schraffierung gekennzeichnet. Außerdem sind die angenommenen Temperaturen beider Flüssigkeiten an ihren Ein- und Austrittsstellen beigeschrieben. Das abzukühlende heiße Waschöl wird durch ein Standrohr i bei e in den Trog ,a hinein, in einem einheitlichen Strome durch ihn hindurch und bei f abgekühlt aus a heraus geleitet. Da nach den obenstehenden Zahlenangaben das Waschöl bei seiner Eintrittstemperatur von i2o° C spezifisch leichter als Wasser von jeder beliebigen Temperatur seines dafür angenommenen Temperaturbereiches ist, schwimmt das Öl beim Eintritt, bei e, auf jeden Fall oben, und da das Waschöl bei seiner Austrittstemperatur von 25" C ebenso bestimmt spezifisch schwerer als Wasser ist, lagert es am Austritt, bei f, jedenfalls unten. Das frische Kühlwasser wird durch das Standrohr h zugeführt und nach der Erfindung mittels der Zweigrohre h und 1, in denen Regelorgane r und s zum Einstellen der durchlaufenden Flüssigkeitsmengen angebracht sind, in zwei Teilströmen, sowohl an dem Eintrittsende des Waschöles, bei c, als auch an seinem Austrittsende, bei d, in den Trog a eingeleitet. Beide Teilströme des Wassers stoßen schließlich in der Mitte bei der querstehenden Ablaufrinne b zusammen, fließen in diese über und ziehen durch den Auslaß g nach außen weg. Die Stelle, wo infolge der Umkehrung der Ordnung der spezifischen Gewichte die Umschichtung,und Durchkreuzung der beiden Flüssigkeitsströme erfolgt, ist das durch in bezeichnete Wegstück. Dasselbe liegt nach den obigen Erläuterungen unter den hier angenommenen Verhältnissen wesentlich näher der Eintrittsstelle e des Waschöles als seiner Austrittsstelle f. Nach der Erfindung wird durch die Unterteilung und eigenartige Führung der beiden an den Enden des Wasch-Ölstromes zutretenden Wasserströme bezweckt und erreicht, daß die Umschichtungsstelle m in dasjenige Wegstück der Flüssigkeitsströme fällt, in welchem Gleichstrom herrscht. Dieses Wegstück wird von der Umschichtungsstelle an in Richtung des Gleichstromes noch so weit fortgesetzt, daß auf diesem Fortsetzungswege eine hinreichende Scheidung des öles vom Wasser erfolgt und daher am Ende des Weges, beim Ablauf b, ein praktisch ölfreies Wasser und wasserfreies ihl abströmen. Da schon die Durchkreuzung der Ströme bei m unter Gleichstrom derselben stattfindet, ist die Intensität der Vermischung von Anfang an gering und die Wiederentmischung und reinliche Scheidung sehr erleichtert.
  • Von den beiden Flüssigkeiten muß diejenige im einheitlichen Strom durchgeführt werden, welche die stärkere Gesamtveränderung des spezifischen Gewichtes, und Idiej enige in zwei entgegengesetzt laufenden Teilströmen zugeleitet werden, welche die geringere Gesamtveränderung des spezifischen Gewichtes innerhalb der in Betracht kommenden Temperaturbereiche erfährt. Diese Vorschrift ergibt sich auch aus theoretischen Erwägungen, sobald man gemäß früher gebrachter Erläuterungen beachtet, daß die oberen und unteren Grenzen des spezifischen Gewichtes der stärker veränderlichen Flüssigkeit stets die entsprechenden oberen und unteren Grenzen für die schwächer veränderliche Flüssigkeit zwischen sich schließen, wenn überhaupt der gekennzeichnete Umkehr- und Kreuzungspunkt besteht.

Claims (3)

  1. PATENT-ANsPRÜcHE: i. Verfahren zum unmittelbaren Wärmeaustausch mit Anwendung von Gegenstrom zwischen zwei nicht inischbaren Flüssigkeiten, welche infolge der Temperaturänderungen die) Ordnung ihrer spezifischen Gewichte umkehren, dadurch gekennzeichnet, daß .die Flüssigkeit mit stärkerer Gesamtveränderung des spezifischen Gewichtes in einem Strome gleichbleibender Richtung und die Flüssigkeit mit geringerer Gesamtveränderung des spezifischen Gewichtes durch die Wärmeaustauschvorrichtung in zwei getrennten. Teilströmen geleitet wird, deren einer im Gegenstrom und deren anderer im Gleichstrom zu der anderen Flüssigkeit fließt, derart, daß die Stelle der Ordnungsumkehr der spezifischen Gewichte in den Gleichstromweg fällt.
  2. 2,. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilströme der einen Flüssigkeit an dem Eintritts- und Austrittsende des einheitlichen Stromweges der anderen Flüssigkeit zugeleitet und an einem mittleren Punkte dieses Weges abgeleitet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilströme der einen Flüssigkeit für sich regelbar sind.
DEST34834D 1921-08-09 1921-08-09 Verfahren zum unmittelbaren Waermeaustausch mit Anwendung von Gegenstrom zwischen zwei nicht mischbaren Fluessigkeiten Expired DE382862C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2795810A1 (fr) * 1999-06-30 2001-01-05 Mc Internat Procede d'echange thermique par un fluide frigoporteur diphasique liquide solide

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FR2795810A1 (fr) * 1999-06-30 2001-01-05 Mc Internat Procede d'echange thermique par un fluide frigoporteur diphasique liquide solide
WO2001002784A1 (fr) * 1999-06-30 2001-01-11 Mc International Procede d'echange thermique par un fluide frigoporteur diphasique liquide solide

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