DE3913579A1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem im wesentlichen zylinderförmigen Strömungsraum, der durch einen Mantel begrenzt ist, mit einer Anzahl von Rohren, die den Strömungsraum in im wesentlichen zur Zylinderachse paralleler Richtung durchziehen und mit mindestens einem Paar von Stutzen, die einander gegenüber an der Zylinderfläche des Mantels angeordnet sind und in den Strömungsraum führen. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Wärmetauschers, mit einer Verwendung desselben und mit einer Anwendung des Verfahrens.The invention relates to a heat exchanger with an im essential cylindrical flow space through a Sheath is limited, with a number of tubes that the Flow space in substantially parallel to the cylinder axis Pull through the direction and with at least one pair of connecting pieces, the opposite each other on the cylindrical surface of the shell are arranged and lead into the flow space. Further dealt with the invention with a method for operating a Such a heat exchanger, with a use of the same and with an application of the method.
Derartige Wärmetauscher werden für eine Vielzahl von Anwendungen zum Abkühlen oder Anwärmen von Flüssigkeiten und/oder Gasen durch indirekten Wärmetausch eingesetzt. Dabei tritt ein Fluid durch einen der Stutzen in den Strömungraum ein, umspült dort die Rohre mit einer Strömungsrichtung, die im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse verläuft, und strömt durch einen weiteren Stutzen wieder hinaus. Oft ist der Strömungsraum in mehrere Abschnitte mit jeweils einem eigenen Paar von Einfüll- und Ablaßstutzen aufgeteilt. Eine solche Bauform, in der das Fluid im Strömungsraum im Kreuzstrom zu einem zweiten Fluid, das durch das Innere der Rohre geführt wird, strömt, bietet den Vorteil, daß das erste Fluid nur einen sehr geringen Druckverlust beim Durchgang durch den Wärmetauscher erfährt. Dies wird durch einen relativ direkten Durchgang durch den Strömungsraum bewirkt, der allerdings eine recht offene Bauweise ohne strömungshindernde Einbauten im Strömungsraum voraussetzt.Such heat exchangers are used for a variety of applications for cooling or heating liquids and / or gases used by indirect heat exchange. In doing so, a fluid enters through one of the spigots in the flow room, lapped there the tubes with a flow direction that is substantially perpendicular to the cylinder axis, and flows through a back out again. Often the flow space is in several sections, each with its own pair of Split filling and drainage pipe. Such a design, in the fluid in the flow space in cross-flow to a second Fluid passing through the interior of the tubes flows, offers the advantage that the first fluid only a very small Pressure loss when passing through the heat exchanger undergoes. This is done through a relatively direct passage through the Flow space causes, however, a fairly open construction without flow-preventing internals in the flow space presupposes.
Dies wiederum verringert die mechanische Stabilität und Starrheit der Vorrichtung, so daß derartige Wärmetauscher bisher lediglich bei relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten im Strömungsraum eingesetzt werden können. Außerdem ist bei solchen Kreuzstromwärmetauschern auch das Problem der Verteilung des ersten Fluids im Strömungsraum senkrecht zur Strömungsrichtung bisher nicht zufriedenstellend gelöst.This in turn reduces the mechanical stability and Rigidity of the device, so far that such heat exchanger only at relatively low flow velocities in the Flow space can be used. Besides, with such Crossflow heat exchangers also the problem of distribution of first fluid in the flow space perpendicular to the flow direction so far not satisfactorily solved.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß seine mechanische Stabilität auch für die Anwendung bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ausreicht. Dabei soll eine günstige Wärmeübertragungsleistung und eine gute Verteilung des ersten Fluids im Strömungsraum gewährleistet sein.The object of the invention is now, a heat exchanger of to improve the type mentioned in that his mechanical stability also for use at higher Flow rates sufficient. It should be a cheap Heat transfer performance and good distribution of the first Be ensured fluids in the flow space.
Diese Aufgabe wird durch Stützbleche gelöst, die im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse in den Strömungsraum eingebaut sind. Diese Stützen bewirken einen wesentlich stabileren und starreren mechanischen Aufbau und verstärken die Starrheit des zylinderförmigen Mantels um den Strömungsraum. Der erfindungsge mäße Wärmetauscher kann deshalb Strömungsgeschwindigkeiten bis zu etwa 10% der Schallgeschwindigkeit im Strömungsraum verkraften.This object is achieved by supporting plates, which are substantially are installed perpendicular to the cylinder axis in the flow space. These supports cause a much more stable and rigid mechanical construction and enhance the rigidity of the cylindrical shell around the flow space. The erfindungsge Permitted heat exchanger can therefore flow rates up to about 10% of the speed of sound in the flow space handle.
Neben der mechanischen Stabilität in Längsrichtung können bei dem Wärmetauscher auch Probleme durch akustische Schwingungen entstehen, welche durch stehende Wellen in Ebenen senkrecht zur Zylinderachse aufgebaut werden. Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung kann zur Überwindung dieser Schwierigkeiten mindestens ein Antidröhnblech eingebaut sein, das im wesentlichen parallel zur Zylinderachse in dem Strömungsraum angeordnet ist. Im allgemeinen werden zwei parallele Antidröhnbleche beiderseits der Zylinderachse verwendet, die über die volle Länge des Strömungsraumes verlaufen. Unter Umständen kann auch eine ungerade Anzahl und eine unsymmetrische Anordnung von Antidröhnblechen günstig sein. Auf diese Weise sind in jede Querschnittsfläche Hindernisse eingebaut, die einer Bildung von stehenden akustischen Wellen entgegenwirken.In addition to the mechanical stability in the longitudinal direction can at the heat exchanger also problems due to acoustic vibrations arising due to standing waves in planes perpendicular to Cylinder axis are constructed. According to another aspect The invention can overcome these difficulties at least one anti - drumming sheet be installed in the essentially parallel to the cylinder axis in the flow space is arranged. In general, two parallel Antidröhnbleche used on both sides of the cylinder axis, the over the full length of the flow space. Under Circumstances can also be an odd number and one unbalanced Arrangement of Antidröhnblechen be favorable. In this way In each cross-sectional area obstacles are built in, which one Counteract formation of standing acoustic waves.
Zur weiteren Erhöhung der Stabilität des Wärmetauschers und zur Erleichterung der Herstellung desselben ist es günstig, wenn Antidröhnbleche und Stützbleche stoffschlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißen der Berührungsflächen. Dadurch entsteht eine besonders stabile und starre Wabenstruktur innerhalb des Strömungsraumes.To further increase the stability of the heat exchanger and the Facilitating the production of the same it is favorable if Antidröhnbleche and support plates cohesively with each other are connected, for example by welding the Contact surfaces. This creates a particularly stable and rigid honeycomb structure within the flow space.
Allerdings ist bei dieser Bauweise ein Queraustausch des Fluides im Strömungsraum zwischen verschiedenen Waben nicht mehr möglich, so daß eine gleichmäßige Fluidverteilung nicht ohne weiteres gewährleistet ist. Insbesondere der Austausch zwischen dem in Waben aufgeteilten Bereich und dem Randbereich des Strömungsraumes wird stark behindert, so daß die Wärmeübertragungsleistung vor allem in diesem Randbereich nicht optimal ist.However, in this construction, a transverse exchange of the fluid no longer in the flow space between different honeycombs possible, so that a uniform fluid distribution not without further is guaranteed. In particular, the exchange between the honeycomb divided area and the edge area of the Flow space is severely hampered, so that the Heat transfer performance especially in this edge area not optimal.
Eine Weiterbildung der Erfindung weist ein Prallblech auf, das im wesentlichen senkrecht zur Verbindungslinie zwischen zwei paarweise gegenüberliegenden Stutzen und durchgehend über die volle Länge des Strömungsraumes parallel zur Zylinderachse angeordnet ist. Dabei ist es günstig, wenn zwischen den Längsseiten des Prallblechs und dem Mantel ein Zwischenraum liegt.A development of the invention has a baffle plate, the substantially perpendicular to the connecting line between two in pairs opposite nozzles and continuously over the full length of the flow space parallel to the cylinder axis is arranged. It is favorable, if between the Long sides of the baffle plate and the jacket a gap lies.
Gegenüber üblicherweise verwandten Prallblechen, welche lediglich auf einer kleinen Fläche unterhalb des Eintrittsstutzens angebracht werden und daher nur eine sehr grobe Maßnahme zur Verteilung des durch den Eintrittsstutzen strömenden Fluids darstellen, bewirkt das erfindungsgemäße Prallblech gezielt eine bessere Zufuhr von Fluid in die Randbereiche des Strömungsraumes.Compared to commonly related baffles, which only on a small area below the Eintrittsstutzens be attached and therefore only a very rough measure for the distribution of the through the inlet nozzle represent flowing fluid causes the inventive Baffle targeted a better supply of fluid in the Edge regions of the flow space.
Weiterhin ist es günstig, wenn das Prallblech in Richtung der Zylinderachse in Abschnitte unterteilt ist, die unterschiedliche relative Lochquerschnittsflächen aufweisen. Dadurch kann eine gezielte Verteilung des durch den Strömungsraum geführten Fluids auch in Richtung der Zylinderachse erreicht werden.Furthermore, it is advantageous if the baffle plate in the direction of Cylinder axis is divided into sections, the different have relative hole cross-sectional areas. This can be a targeted distribution of the guided through the flow space fluid can also be achieved in the direction of the cylinder axis.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Prallblech in Teilstücke unterteilt ist, die jeweils eine ganze Anzahl n von Abschnitten aufweisen und auf jeder Seite entweder durch ein Ende des Strömungsraumes oder durch eine genau zwischen zwei Paaren von Stutzen senkrecht zur Zylinderachse liegenden Ebene begrenzt werden. Die Stutzen sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Teilstücke gleich groß sind. Ein Wärmetauscher kann mehrere Teilstücke oder auch nur eines aufweisen. Im letzteren Fall ist nur ein Paar von Stutzen vorhanden.It is advantageous if the baffle plate is divided into sections, each having a whole number n of sections and are limited on each side either by one end of the flow space or by a plane lying exactly between two pairs of nozzles perpendicular to the cylinder axis. The nozzles are preferably arranged so that the sections are the same size. A heat exchanger can have several sections or only one. In the latter case, only a pair of nozzles is present.
In günstiger Weiterbildung der Erfindung weist jeweils ein Teilstück des Prallbleches eine gerade Anzahl n von aufeinanderfolgenden Abschnitten P i , i = 1, . . ., n auf, wobei jeweils die AbschnitteIn a favorable development of the invention, in each case one section of the baffle plate has an even number n of successive sections P i , i = 1,. , ., n up, taking each sections
P i und P n-i+1, i = 1, . . ., n/2 P i and P ni +1 , i = 1 ,. , ., n / 2
hinsichtlich ihrer Abmessungen a i , b i und ihrer relativer Lochquerschnittsfläche L i identisch aufgebaut sind.with respect to their dimensions a i , b i and their relative hole cross-sectional area L i are constructed identically.
Das oder die Teilstücke sind also hinsichtlich ihrer Aufteilung in Abschnitte symmetrisch zur Verbindungslinie des zugehörigen Paares von Stutzen. The part or pieces are therefore in terms of their distribution in sections symmetrical to the connecting line of the associated Couple of neck.
Es erweist sich als günstig, wenn die Anzahl n der Abschnitte P i innerhalb eines Teilstückes zwischen 2 und 18 beträgt und wenn für die relativen Lochquerschnittsflächen L i der Abschnitte P i gilt:It proves to be favorable if the number n of the sections P i within a section is between 2 and 18 and if the following applies for the relative hole cross-sectional areas L i of the sections P i :
L i < L i+1, i = 1, . . ., n/2-1. L i < L i +1 , i = 1 ,. , ., n / 2-1.
Vorzugsweise liegt n zwischen 4 und 8.Preferably, n is between 4 and 8.
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen größter und kleinster relativer Lochquerschnittsfläche L 1/L n/2 in Abhängigkeit von der Verteillänge l v (= Abstand zwischen Mittelachse des Einfüllstutzens und Begrenzung des entsprechenden Teilstückes) und vom Innenradius r des Einfüllstutzens gewählt, und zwar vorzugsweise gemäß der BeziehungIn a favorable embodiment of the invention, the ratio between the largest and smallest relative hole cross-sectional area L 1 / L n / 2 is selected as a function of the distribution length l v (= distance between the center axis of the filler neck and the boundary of the corresponding section) and the inner radius r of the filler neck, and preferably according to the relationship
Der Faktor f liegt in der Größenordung von 1, etwa zwischen 0,8 und 1,3. Das Verhältnis l v /r liegt üblicherweise im Bereich von 3; L 1/L n/2 beträgt im allgemeinen etwa 1,5 bis 2,0, vorzugsweise ca. 1,7.The factor f is on the order of 1, approximately between 0.8 and 1.3. The ratio l v / r is usually in the range of 3; L 1 / L n / 2 is generally about 1.5 to 2.0, preferably about 1.7.
Umfangreiche hydrodynamische Berechnungen haben gezeigt, daß mit Hilfe einer derartigen Gestaltung des Prallbleches eine günstige Verteilung von Gas, welches durch den Strömungsraum geführt wird und damit eine hohe Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers erzielt werden kann. Als besonders günstig hat sich ein Wertebereich von L n/2 zwischen 10 und 30% herausgestellt.Extensive hydrodynamic calculations have shown that with the aid of such a design of the baffle plate, a favorable distribution of gas, which is guided through the flow space and thus a high heat transfer performance of the heat exchanger can be achieved. A value range of L n / 2 between 10 and 30% has proved to be particularly favorable.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind die durch den Strömungsraum verlaufenden Rohre in mehrere entlang der Verbindungsachse eines Paares von Stutzen aufgereihte Bündel zusammengefaßt, wobei die Rohre so miteinander verbunden sind, daß die Bündel von dem in den Rohren fließenden Fluid nacheinander durchströmt werden. Auf diese Weise kann zusätzlich - je nach Betriebsart - ein Gleich- oder Gegenstromeffekt erzielt werden.According to a further variant of the heat exchanger according to the invention, the tubes extending through the flow space are combined into a plurality of bundles lined up along the connecting axis of a pair of nozzles, the tubes being connected to one another such that the bundles are flowed through successively by the fluid flowing in the tubes. In this way, in addition - depending on the mode - a DC or countercurrent effect can be achieved.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Wärmetauschers, bei dem jedes Paar von Stutzen aus einem Einfüll- und einem Ablaßstutzen besteht, wobei bei dem Verfahren ein erstes Fluid durch den/die Einfüllstutzen in den Strömungsraum eingeführt und durch den/die Ablaßstutzen wieder herausgeleitet wird und ein zweites Fluid durch das Innere der Rohre geleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluid zunächst in die Rohre des dem Ablaßstutzen am nächsten gelegenen Bündels eingeführt wird und anschließend nacheinander die Rohre der weiter in Richtung Einlaßstutzen liegenden Bündel durchströmt. Das zweite Fluid wird damit in gewissem Umfang im Gegenstrom zu dem ersten Fluid geführt.The invention also relates to a method for operating a Such heat exchanger, in which each pair of nozzles from a Einfüll- and a drain pipe is made, wherein in the process a first fluid through the / the filler neck in the Introduced flow space and through the / the drain pipe again is led out and a second fluid through the interior of the Pipes is passed. The method according to the invention is characterized characterized in that the second fluid first into the tubes of the the drain neck nearest bundle is introduced and then successively the tubes in the direction of Inlet neck lying stream through bundles. The second fluid is thus to some extent in countercurrent to the first fluid guided.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste Fluid gasförmig in den Strömungsraum eingeführt und bei dem Wärmeaustausch mit dem zweiten Fluid teilweise kondensiert.In a further development of the method according to the invention the first fluid is introduced into the flow space in gaseous form and in the heat exchange with the second fluid partially condensed.
Es ist günstig, bei dem Verfahren Wasser als zweites Fluid zu verwenden und als Kühl- oder Heizmedium einzusetzen.It is convenient to use water as the second fluid in the process use and use as a cooling or heating medium.
Bis vor etwa 15 Jahren war es üblich, als Spaltgaskühler in Ethylenanlagen Wärmetauscher zu verwenden, die zwar ähnlich wie der erfindungsgemäße Typ einen zylinderförmigen Strömungsraum und parallel zur Zylinderachse liegende Kühlwasserrohre aufweisen, bei dem jedoch das zu kühlende Gas mehrmals über den Querschnitt des Strömungsraumes hin- und hergeführt wird.Until about 15 years ago, it was customary as a fission gas cooler in Ethylene plants to use heat exchangers, although similar the type according to the invention has a cylindrical flow space and cooling water pipes lying parallel to the cylinder axis in which, however, the gas to be cooled several times over the Cross-section of the flow space is reciprocated.
Dabei entsteht jedoch ein wesentlich höherer Druckverlust und das Verfahren wird insgesamt energetisch ungünstig. However, this results in a much higher pressure loss and The process is overall energetically unfavorable.
Als Energie knapp und teuer wurde, sah man sich gezwungen, Direktkontaktkühler zu verwenden und das Spaltgas durch direkten Wärmeaustausch mit Wasser abzukühlen. Solche Anlagen weisen zwar einen niedrigen Druckverlust auf; dieser wird jedoch durch hohen apparativen Aufwand erkauft. Dies ist einerseits darin begründet, daß das Kühlwasser im Kreislauf geführt werden und deshalb in einem gesonderten Wärmetauscher wieder abgekühlt werden muß. Andererseits ist es notwendig, das aus dem Direktkontaktkühler entnommene Wasser und auskondensierte schwere Kohlenwasserstoffe in einem Abscheider zu trennen.When energy became scarce and expensive, we were forced to Direct contact cooler to use and the cracked gas by direct Cool heat exchange with water. Although such systems have a low pressure loss; this is however due to high equipment costs bought. This is part of it justified that the cooling water are recycled and therefore cooled again in a separate heat exchanger must become. On the other hand, it is necessary that from the Direct contact cooler removed water and condensed out to separate heavy hydrocarbons in a separator.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers als Stufenkühler für Spaltgas in einer Ethylenanlage bzw. die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Verfahren zur Gewinnung von Ethylen zur Abkühlung von Spaltgas vereinen nun die Vorteile der beiden bei Ethylenanlagen bekannten Typen von Spaltgaskühlern, nämlich einerseits mäßigen apparativen Aufwand und damit relativ geringe Kapitalkosten und andererseits sehr geringen Druckverlust und somit niedrige Betriebskosten. Vorzugsweise wird dabei das Spaltgas als erstes Fluid durch den Strömungsraum geführt.The use of the heat exchanger according to the invention as Step cooler for fission gas in an ethylene plant or the Application of the method according to the invention in a method to recover ethylene for cooling cracked gas now the advantages of the two types known in ethylene plants of split gas coolers, namely on the one hand moderate apparatus Effort and thus relatively low capital costs and on the other hand very low pressure drop and therefore low operating costs. Preferably, the cracked gas is the first fluid through the Flow space led.
Die Erfindung und nähere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and further details of the invention are in The following with reference to a in the drawings schematically illustrated embodiment illustrated.
Hierbei zeigen:Hereby show:
Fig. 1 einen Längsschnitt in einer vertikalen Ebene, Fig. 1 a longitudinal section in a vertical plane,
Fig. 2 einen Querschnitt und Fig. 2 is a cross section and
Fig. 3 einen weiteren Längsschnitt in einer horizontalen Ebene durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher. Fig. 3 shows a further longitudinal section in a horizontal plane through a heat exchanger according to the invention.
Der Mantel 1 des Wärmetauschers ist im wesentlichen zylindersymmetrisch um die Achse 8 gestaltet. Er umschließt zusammen mit den Trennwänden 3 A und 3 C den Strömungsraum 2. Dieser wiederum ist durch eine weitere Trennwand 3 B in zwei Teilräume unterteilt, zwischen denen kein Gasaustausch möglich ist. Zu dem in Fig. 1 links angeordneten Teilraum gehört ein erstes Paar 4 von Stutzen, welches aus Eintrittsstutzen 4 A und Ausstrittsstutzen 4 B gebildet wird. Analog sind auf der rechten Seite die Stutzen 5 A und 5 B des Paares 5 zu sehen.The jacket 1 of the heat exchanger is designed substantially cylindrically symmetrical about the axis 8 . It encloses the flow space 2 together with the partitions 3 A and 3 C. This in turn is divided by a further partition wall 3 B into two subspaces, between which no gas exchange is possible. To the left are arranged in Fig. 1 partial space has a first pair of nozzles 4, which is formed from inlet nozzle 4 A and 4 B Ausstrittsstutzen. Similarly, on the right side of the nozzle 5 A and 5 B of the pair 5 can be seen.
Erfindungsgemäß sind in den Strömungsraum 2 Stützbleche 12 eingebaut, deren Anzahl in dem Ausführungsbeispiel insgesamt 10, also 5 pro Teilraum beträgt. Die Stützbleche 12 werden von einem Boden 15 getragen. Des weiteren sind in Fig. 2 zwei Antidröhnbleche 11 dargestellt, die über die volle Länge des Strömungsraumes 2 von Trennwand 3 A bis Trennwand 3 C (siehe Fig. 1) verlaufen. Stützbleche 12, Antidröhnbleche 11 und Trennwände 3 A, 3 B, 3 C sind miteinander verschweißt und bilden eine starre, wabenartige Struktur, bei der kein seitlicher Gasaustausch zwischen den Waben und kein Austausch zu dem Volumen zwischen Antidröhnblechen 11 und Mantel 1 möglich ist.According to the invention, two support plates 12 are installed in the flow space, the number of which in the exemplary embodiment amounts to a total of 10, ie 5 per subspace. The support plates 12 are supported by a bottom 15 . Furthermore, two Antidröhnbleche 11 are shown in Fig. 2, which extend over the full length of the flow space 2 of the partition wall 3 A to partition 3 C (see Fig. 1). Support plates 12 , Antidröhnbleche 11 and partitions 3 A , 3 B , 3 C are welded together and form a rigid, honeycomb-like structure in which no lateral gas exchange between the honeycomb and no exchange to the volume between Antidröhnblechen 11 and 1 shell is possible.
Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß ein Prallblech 10 vorgesehen, welches unterhalb der Eintrittsstutzen 4 A, 5 A in einer horizontalen Ebene über die volle Länge des Strömungsraumes 2 angeordnet ist. Die Breite b des in Fig. 10 eingezeichneten Prallbleches 10 ist etwa gleich dem inneren Durchmesser 2r der Einfüllstutzen 4 A, 5 A. b kann jedoch auch geringfügig größer oder kleiner als 2r sein (siehe Zahlenbeispiel unten). In Querrichtung ist das Prallblech 10 durch die beiden Antidröhnbleche 11 begrenzt und mit diesen stoffschlüssig verbunden.For this reason, a baffle plate 10 is provided according to the invention, which is arranged below the inlet connection 4 A , 5 A in a horizontal plane over the full length of the flow space 2 . The width b of the depicted in FIG. 10, baffle plate 10 is approximately equal to the inner diameter r 2 of the filler neck 4 A, 5 A. However, b may be slightly larger or smaller than 2 r (see numerical example below). In the transverse direction, the baffle plate 10 is bounded by the two Antidröhnbleche 11 and connected to these cohesively.
Durch diese Anordnung bewirkt das gelochte Prallblech 10 einen erschwerten Durchgang des durch die Eintrittsstutzen 4 A, 5 A eingeführten Fluids in den zentralen Teil des Strömungsraumes 2 und damit eine bessere Verteilung durch die Zwischenräume 14 (siehe Fig. 2) in Richtung des Randvolumens zwischen Antidröhnblechen 11 und Mantel 1.By this arrangement, the perforated baffle plate 10 causes a difficult passage of the introduced through the inlet nozzle 4 A , 5 A fluid in the central part of the flow space 2 and thus a better distribution through the intermediate spaces 14 (see Fig. 2) in the direction of the edge volume between Antidröhnblechen 11 and sheath 1 .
Analog zu den Teilräumen des Strömungsraumes 2 ist das Prallblech 10 durch die Trennwand 3 B in zwei Teilstücke unterteilt. Jedes der beiden Teilstücke des Prallblechs 10 besteht aus Abschnitten P 1 bis P 6 bzw. P′ 1 bis P′ 6, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Anzahl n der Abschnitte pro Teilstück beträgt im Ausführungsbeispiel 6. Das Prallblech 10 weist in einer speziellen Version drei verschiedene Arten von Lochungen auf, welche sich durch verschiedene relative Lochquerschnittsfläche auszeichnen. Mit relativer Lochquerschnittsflächen ist das Verhältnis zwischen Öffnungsfläche der Löcher und Gesamtfläche des Bleches gemeint. Die verschiedenen Lochungsarten können durch unterschiedliche Dichten und/oder Größen von Löchern realisiert werden.Analogous to the subspaces of the flow space 2 , the baffle plate 10 is divided by the partition wall 3 B into two sections. Each of the two sections of the baffle 10 consists of sections P 1 to P 6 and P ' 1 to P' 6 , as shown in Fig. 3. The number n of sections per section in the exemplary embodiment 6. The baffle plate 10 has in a special version on three different types of perforations, which are characterized by different relative hole cross-sectional area. By relative hole cross-sectional areas is meant the ratio between the opening area of the holes and the total area of the sheet. The different types of punching can be realized by different densities and / or sizes of holes.
Vorzugsweise werden bei dem Ausführungsbeispiel drei verschiedene Werte L 1, L 2, L 3 von relativen Lochquerschnittsflächen verwendet, und zwarPreferably, in the embodiment, three different values L 1 , L 2 , L 3 of relative hole cross-sectional areas are used, namely
L₁ für P₁, P₆, P′₁, P′₆,
L₂ für P₂, P₅, P′₂, P′₅ und
L₃ für P₃, P₄, P′₃, P′₄. L ₁ for P ₁, P ₆, P ' ₁, P' ₆,
L ₂ for P ₂, P ₅, P ' ₂, P' ₅ and
L ₃ for P ₃, P ₄, P ' ₃, P' ₄.
Die Lochungen werden so gewählt, daß direkt unterhalb der Eintrittstutzen 4 A, 5 A die relative Lochquerschnittsfläche (L 3) am kleinsten und bei den am weitesten von den Eintrittsstutzen 4 A, 5 A entfernten Abschnitten die relative Lochquerschnittsfläche (L 1) am größten ist, um eine möglichst gleichmäßige Fluidverteilung im Strömungsraum entlang der Zylinderachse zu erreichen. The perforations are chosen such that directly below the inlet nozzle 4 A, 5 A, the relative hole cross-sectional area (L 3) is the smallest and the most distant from the inlet connection 4 A, 5 A portions of the relative hole cross-sectional area (L 1) is largest in order to achieve the most uniform possible fluid distribution in the flow space along the cylinder axis.
In einem zu Versuchszwecken gebauten Wärmetauscher wurden die folgenden Zahlenwerte gewählt:In a test-built heat exchanger, the following numbers are selected:
Es ist herstellungstechnisch günstig, die Länge a der Abschnitte P 1 bis P 6 bzw. P 1′ bis P 6′ gleich dem Abstand zwischen zwei Stützblechen 12 zu wählen. Verteilungstechnisch gesehen ist natürlich eine höhere Anzahl von Abschnitten mit verschiedenen relativen Lochquerschnittsflächen günstiger; als praktikabler Kompromiß zwischen Verteilgüte und apparativem Aufwand hat sich bei den hydrodynamischen Rechnungen ein Wertebereich für die Anzahl n von Abschnitten pro Teilstück von 2 bis 18, vorzugsweise 4 bis 8 erwiesen.It is favorable in terms of production to choose the length a of the sections P 1 to P 6 or P 1 'to P 6 ' equal to the distance between two support plates 12 . Of course, in terms of distribution, a higher number of sections with different relative hole cross-sectional areas is more favorable; In the hydrodynamic calculations, a value range for the number n of sections per section of 2 to 18, preferably 4 to 8, has proven to be a practicable compromise between distribution quality and equipment complexity.
Die Rohre, welche den Strömungsraum 2 durchziehen, sind in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt. Im Längsschnitt von Fig. 1 liegen ihre geraden Teilstücke zwischen Prallblech 10 und Tragblech 15. An den Enden des Wärmetauschers sind die Rohre entweder mit einem der Stutzen 6 A, 6 B oder untereinander verbunden, wie im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert wird. The tubes which pass through the flow space 2 are not explicitly shown in the drawings. In the longitudinal section of Fig. 1 are their straight sections between the baffle plate 10 and the support plate 15th At the ends of the heat exchanger, the tubes are connected either to one of the sockets 6 A , 6 B or to each other, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 2.
In der Querschnittsdarstellung sind 4 Bündel A 1, 2 bis A 7, 8 eingezeichnet, die in jeweils zwei Untergruppen A 1, A 2 bis A 7, A 8 aufgeteilt sind. Die Untergruppen bestehen aus 50 bis 300, vorzugsweise 120 bis 250 Rohren und füllen jeweils ein durch zwei gekreuzte Linien gekennzeichnetes Volumen beiderseits eines Antidröhnbleches 11 aus.In the cross-sectional representation 4 bundles A 1, 2 to A 7, 8 are drawn, which are divided into two subgroups A 1 , A 2 to A 7 , A 8 . The subgroups consist of 50 to 300, preferably 120 to 250 tubes and each fill a marked by two crossed lines volume on both sides of a Antidröhnbleches 11 .
Die Rohre sind so miteinander verbunden, daß ein Fluid, welches über den Stutzen 6 A eingespeist wird, zunächst parallel die Rohre der Untergruppe A 1 durchströmt und anschließend nacheinander durch die Rohre der übrigen Untergruppen und Bündel in der Reihenfolge A 2, A 3, A 4, A 6, A 7, A 8 und anschließend zum Austrittsstutzen 6 B geleitet wird.The tubes are connected to each other so that a fluid which is fed via the nozzle 6 A , first flows parallel through the tubes of subgroup A 1 and then successively through the tubes of the remaining subgroups and bundles in the order A 2 , A 3 , A 4 , A 6 , A 7 , A 8 and then to the outlet nozzle 6 B is passed.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wärmetauscher so betrieben, daß ein erstes Fluid - beispielsweise Spaltgas in einer Ethylenanlage - in zwei parallelen Strömen über die Eintrittsstutzen 4 A und 5 A in den Strömungsraum 2 ein- und durch die Austrittsstutzen 4 B, 5 B wieder herausgeführt wird, wie es durch Pfeile in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Im Kreuzstrom dazu wird ein zweites Fluid - beispielsweise Kühlwasser über den Stutzen 6 A eingespeist, durch die nicht dargestellten Rohre geführt und über den Stutzen 6 B wieder entnommen (Pfeile 7 in Fig. 1).In the present process the heat exchanger is operated such that a first fluid - for example, cracked gas in an ethylene plant - one in two parallel streams through the inlet nozzle 4 A and 5 A into the flow space 2 and through the outlet nozzle 4 B, 5 B is led out again as indicated by arrows in Figs. 1 and 2. In the cross flow to a second fluid - for example, cooling water is fed through the nozzle 6 A , passed through the pipes, not shown, and taken over the nozzle 6 B again (arrows 7 in Fig. 1).
Claims (17)
f: Faktor, 0,8 ≦ f ≦ 1,3
l v : Verteillänge (= Abstand zwischen Verbindungsachse eines Paares (4, 5) von Stutzen und Begrenzung des entsprechenden Teilstückes)
r: Radius der Öffnung des Einfüllstutzens (4 A, 5 A) 10. Heat exchanger according to claim 9, characterized in that for the maximum relative hole cross-sectional area L 1 : With
f : factor, 0.8 ≦ f ≦ 1.3
l v : Verteillänge (= distance between connecting axis of a pair ( 4, 5 ) of nozzle and limitation of the corresponding section)
r : radius of the opening of the filler neck ( 4 A , 5 A)
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