DE496143C - Waermeaustauschvorrichtung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei der Durchführung chemischer Reaktionen bei hohen Temperaturen die Wärme der Vorrichtung dadurch aufrechtzuerhalten, daß die Wärme der heißen Mittel, beispielsweise gasförmiger Stoffe, den in kaltem Zustand eintretenden Gasen mitgeteilt wird. Damit die Gase durch die für diesen Zweck besonders eingerichtete Wärmeaustauschvorrichtung mit der erforderlichen Geschwindigkeit hindurchtreten, d. h. entsprechend der wirtschaftlichen Erzeugung des gewünschten Endstoffes, ist es in allen Fällen erforderlich, daß in der Vorrichtung ein gewisser Druckabfall herrscht. Die Größe dieses Druckabfalls ist für den Fall besonders wichtig, daß die austretenden Gase unter dem ursprünglichen Druck weiterbehandelt werden, beispielsweise bei der synthetischen Herstellung von Ammoniak, bei welcher der

ao Stickstoff und der Wasserstoff, die nicht miteinander verbunden sind, von neuem in Umlauf gesetzt werden. In diesem Fall müssen die austretenden Gase erneut auf den erforderlichen Druck gebracht werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, den Druckabfall in der Wärmeaustauschvorrichtung so klein wie möglich zu halten und auf diese Weise die spätere Wiederverdichtung der Gase zum großen Teil zu vermeiden.

Es ist festgestellt worden, daß dieser Erfolg dadurch erreicht wird, wenn die Stoffe, beispielsweise die erforderliche Wärme mitführenden Gase, durch eine Anzahl parallel angeordneter enger Röhren strömen, während die zu erhitzenden Gase außen um diese Röhren herumströmen. Mit Hilfe dieser Anordnung wird der Gesamtdruckabfall in der Wärmeaustauschvorrichtung kleingehalten, während gleichzeitig ein starker, beispielsweise 80 bis 90 °/₀ betragender Wärmeaustausch gewährleistet ist. Den gleichen Erfolg mit einer gewöhnlichen, aus zwei konzentrischen Röhren bestehenden Wärmeaustauschvorrichtung zu erzielen, würde einen erheblich größeren Druckabfall in der Vorrichtung erforderlich machen. Zweckmäßig werden die heißen Gase durch die engen Rohre hindurch und die kalten Gase außen um diese Rohre herumgeführt. Jedoch hat .auch die umgekehrte Ausführung gegenüber den bisher gebräuchlichen Verfahren Vorteile, so daß auch sie in den Bereich der Erfindung fällt.

Es sind Wärmeaustauschvorrichtungen bekannt, deren Rohre innerhalb von durch paar-

weise ineinandergreifende Trennwände gebildeten Räumen angeordnet sind. In diesen die Katalysatorkammer umgebenden Räumen verlaufen die Rohre in übereinanderliegenden zylindrischen Windungen. Diese Anordnung gestattet nicht die Vermehrung der Zahl der parallelen Wege ohne Vergrößerung des Raumbedarfs der Vorrichtung, so daß ein nur geringer Druckabfall in der Vorrichtung nicht ι ο erzielbar ist. Im Gegensatz hierzu ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung ein geringer Druckabfall durch Unterbringung einer großen Anzahl paralleler Rohre von derartiger Länge auf beschränktem Raum erreicht, daß ein beträchtlicher Wärmeaustausch gesichert ist. Der Wärmeaustausch ist noch dadurch wirksam erhöht, daß die Zahl der Rohre außerdem von innen nach außen zunehmen kann, so daß die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden wirksamen Berührungsflächen ohne Erhöhung des Raumbedarfs der Vorrichtung vergrößert sind.

Durch die Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Abb. ι ist der Längsschnitt und Abb. 2 der Querschnitt einer Wärmeaustauschvorrichtung, wie sie bei einem katalytischen Apparat zur synthetischen Herstellung von Ammoniak, bei welchem die Wärmeaustauschvorrichtung die eigentliche katalytische Kammer umgibt, Verwendung findet.

Bei der in Abb. 1 dargestellten Ausführungsform ist aine zylinderförmig ausgebildete Katalysatorkammer A von einer Wärmeaustauschvorrichtung B umgeben, wobei die gesamte Anordnung selbstverständlich von einem geeigneten drucksicheren Gefäß umschlossen wird. Die Wärmeaustauschvorrichtung ist in eine Mehrzahl von Ringräumen 1, 2, 3, 4 und 5 mit Hilfe von zwei Paar ineinander liegender rohrförmiger Verteilerplatten C und D geteilt. Die Verteilerplatten sind aus Eisenplatten hergestellt, zwischen denen Asbest fest eingepackt ist. Die innen hohlen Verteilerplatten C sind an ihrem· unteren Ende .E geschlossen und am oberen Ende offen. Die mit ihnen zusammenwirkenden ' Verteilerplatten D sind am oberen Ende F geschlossen und am Boden geöffnet. Die von diesen Verteilerplatten gebildeten Ringräume i, 2, 3, 4 und 5 sind, wie in Abb. 2 dargestellt ist, zusammenhängend um den Apparat herumgeführt. Die kalten, verdichteten Gase treten bei I in den Apparat ein und verteilen sich in dem Raum 1, durchströmen ihn, ändern ihre Richtung am Boden dieses Raumes, strömen in dem Raum 2 nach oben und so fort, bis sie schließlich zwischen der letzten Verteilerplatte und der äußeren Wand K der Katalysatorkammer entlangstreichen und in diese Kammer durch nahe am Boden der Kammer am ganzen Umfang angeordnete Löcher 6 hindurch eintreten. Die Gase strömen dann durch die Katalysatorkammer nach oben und treten aus der Kammer durch eine Anzahl symmetrisch angeordneter Löcher 6' wieder heraus, die waagerecht am oberen Teil der Kammer angeordnet sind. Die heißen Gase treten dann in einen Raum H im Kopf der Vorrichtung, in dem sie gut miteinander gemischt werden können, und strömen dann weiter durch eine große Zahl von im Ringraum 4 parallel laufend und symmetrisch angeordneter Rohre 7. Diese parallel angeordneten Rohre 7 erstrecken sich über die ganze Länge der Verteilerplatte D, sind an deren Ende£ um i8o° gebogen und erstrecken sich aufwärts in den Ringraum 3. An der Spitze dieses Ringraumes münden sämtliche Rohre in einen zweiten Hohlraum H', in dem sich die infolge des Durchströmens der Rohre in eine große Anzahl von Einzelströmen zerteilten Gase von neuem mischen können. Eine weitere Reihe von U-förmig gebogenen Röhren 7' erstreckt sich von dem Raum H' aus nach abwärts in den Raum 2 und von dort aufwärts in den Raum 1 bis in einen dritten Raum am Kopf der Vorrichtung und so fort, entsprechend der Anzahl der in der Wärmeaustauschvorrichtung vorgesehenen Verteilerplatten.

Die in der Kammer A befindliche katalytische Masse wird selbstverständlich auf der erforderlichen «Temperaturhöhe erhalten, so daß die aus dem Raumyä heraustretenden Gase selbst diese Temperatur aufweisen, bevor sie bei ihrem Entweichen in die Wärmeaustauschvorrichtung eintreten. Während die heißen Gase durch die Rohre 7, 7' und die Kopf räume H hindurchtreten, geben sie allmählich ihre Wärme den eintretenden Gasen ab, die durch die Ringräume 1, 2, 3, 4, 5 hindurchströmen; schließlich treten sie bei ο mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur aus. Die kalten, bei I eintretenden Gase werden bei ihrem Durchgang durch die Wärmeaustauschvorrichtung immer mehr erwärmt, so daß sie bei ihrem Eintritt in den Raum A eine Temperatur aufweisen, die annähernd so hoch ist wie die der katalytischen Masse. Die Abmessungen der Ringräume und der Rohre 7, 7' werden zweckmäßig so gewählt, daß die Gasgeschwindigkeiten in ihnen im allgemeinen gleich groß sind. Es ist festgestellt worden, daß die Wirksamkeit der Wärmeaustauschvorrichtung unter diesen Verhältnissen völlig ausreichend ist und beispielsweise 90 °/₀ erreicht, wobei der- Druckabfall in dem Apparat sehr klein ist.

Die vorliegende Erfindung gestattet einen sehr wirksamen Wärmeaustausch bei gerin- iao gern Druckunterschied, und gleichzeitig wird der erstrebenswerte Erfolg erzielt, daß die

äußere, d. h. die den Druck aufnehmende j Wandung der ganzen Vorrichtung der ge- [ ringstmöglichen Temperatur ausgesetzt ist. ! Die verhältnismäßig kalte äußere Wandung
kann daher den Beanspruchungen viel besser
widerstehen, denen sie ausgesetzt ist; die
Lebensdauer und die Sicherheit sind entsprechend wesentlich erhöht. ; Die Verwendung von Räumen am Kopfe ^:

ίο der Vorrichtung, in denen sich die Gase ver- , mischen können, ist kein wesentlicher Gegen- ^; stand der vorliegenden Erfindung, da auch zu- > sammenhängende, schlangenförmige Röhren ! Verwendung finden können, die vom inneren j Katalysatorraum nach außen führen. Tat- ! sächlich kann die Ausschaltung der Kopf- | räume als ein Vorteil angesehen werden, da [ weniger geschweißte Verbindungsstellen er- j forderlich sind. Bei Verwendung derartiger | zusammenhängender Rohre kann selbstverständlich nicht die Zahl der Rohre in den aufeinanderfolgenden Reihen vermehrt werden,
wie es möglich ist, wenn Kopfräume verwendet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Katalytischer Apparat mit einer die Katalysatorkammer umgebenden Wärmeaustauschvorrichtung, deren Rohre innerhalb von durch paarweise ineinandergreifende Trennwände gebildeten Räumen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aus- oder eintretenden Gase in mehreren aufeinanderfolgenden Räumen durch eine Mehrzahl parallel geschalteter, (J-förmig gebogener Rohre geführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Reihen der U-förmig gebogenen Rohre durch ringförmige Kopfräume miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohre von einem Raum der Wärmeaustauschvorrichtung zum nächsten,· näher am Umfang der Vorrichtung gelegenen Raum zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen