DE6948856U

DE6948856U - Kuehler zum regelbaren rueckkuehlen einer teilmenge eines in einem reaktionsbehaelter umgewaelzten waermetraegers.

Info

Publication number: DE6948856U
Application number: DE6948856U
Authority: DE
Original assignee: Deggendorfer Werft und Eisenbau GmbH
Current assignee: MAN DWE GmbH
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1973-03-08

Description

\ Kühler zum regelbaren Rückkühlen einer Teilmenge eines in einem Reaktionsbe hälter umgewälzten Wärmeträgers ~7

In Reaktionsbehältern zur Durchführung exothermer chemischer Reaktionen (Kontaktofen) wird Wärme an einen Wärmeträger, vorwiegend Salzschmelze, übergeführt. Der Wärmeträger wird im Reaktionsbehälter mit Hilfe einer Pumpe umgewälzt, wobei zum Einhalten konstanter Temperaturverhältnisse ein Kühler eingeschaltet ist. Dabei wird die im Reaktionsbehälter anfallende Wärme an das im Rohrbündel des Kühlers umgewälzte Wasser abgeführt.

Um eine bestimmte Betriebstemperatur einzuhalten, gibt es bisher im Prinzip zwei Möglichkeiten:

a) der gesamte Wärmeträger strömt im Kreislauf vom Reaktionsbehälter in den Kühler undwieder zurück.' Die Regelung der Temperatur durch abgeführte Wärme erfolgt durch die zugeführte Speisewassermenge des Kühlers.

b) von dem im Reaktionsbehälter umgewälzten Wärmeträger wird Jiur. £in Teilstrom abgezweigt, der durch einen

856-8.3.73

Dg 65 ■ ₂ .

" " :' ' Kühler unä anschliessend wieder zurück in den Re-

aktionsbehälter geleitet wird. Dort vermischt sich dieser Teilstrom mit dem übrigen Salzbad. Die Anschlüsse zum Austritt und Wiedereintritt des Teilstromes werden im Reaktionsbehälter an Stellen unterschiedlicher Drücke angeordnet. Dadurch ist keine zusätzliche Umwälzpumpe für diesen Teilstrom erforderlich.

Das unter a) beschriebene System hat den Nachteil, dass die Verdampfung und Überhitzung des¹ Wassers in einem Rohrfeld erfolgt. An den Stellen, an denen das Wasser in die Dampfphase übergeführt wird, entstehen hohe thermische Wecheelbelastungen der Werkstoffe, die häufig zu Spannungsrissen führen.

Bei dem unter b) beschriebenen System gibt es Kühler, bei denen die Regelung der aus dem Reaktionsbehälter abgezweig ten und durch den Kühler fliessenden Teilmenge des Wärmeträgers mit einem Schieber erfolgt. Auch eine solche Bauart hat Nachteile.

Bei niedriger Belastung des Reaktionsbehälters ist wenig Wärme abzuführen. Dann wird die Verbindung zwischen dem Reaktionsbehälter und dem Kühler durch den Schieber stark gedrosselt. Die entsprechend geringe Teilmenge des Wärmeträgers strömt somit verhältnismässig langsam durch den Kühler. Durch die grosse Verweilzeit im Kühler wird die Salzschmelze dort stark abgekühlt. In den Reaktionsbehälter strömt somit wenig Salzschmelze mit grosser Temperaturdifferenz zurück, wodurch beim Wiedervermischen beider Teilmengen im Reaktionsbehälter betriebsmässige Störungen verursacht werde««

Dg 65 . 3'-:···

Ausserdem werden die Werkstoffe durch die grossen Temperaturdifferenzen infolge Wärmespannungen hoch beansprucht.

Ist dagegen vom Reaktionsbehälter viel Wärme abzuführen, dann wird der Schieber weit geöffnet. Die Teilmenge des Wärmeträgers, die durch den Kühler flieset, ist gross, daher ist die Verweilzeit im Kühler klein. Die Salzschmelze hat also am Austritt des Kühlers nc oh eine verhältnismässig hohe Temperatur. In den Reaktionsbehälter strömt dann viel Salzschmelze mit kleiner Temperaturdifferenz zurück.

Da also die abzuführende Wärmemenge der Temperaturdifferenz (Ktihlereintritt / Kühleraustritt) umgekehrt proportional ist, läset sich die Anlage kaura in dem gewünschten Sinne regeln. Ausserdem lässt sich wegen der vorstehend geschilderten Verhältnisse die Fläche der Kühler nicht genau berechnen. Ist aber die Kühlfläche zu gross bemessen, dann hat die in den Reaktionsbehälter zurückfliessende Teilmenge der Salzschmelze bei allen Belastungs bereichen angenähert die unzulässig niedrige Temperatur des Wassere im Kühler.

Ferner wird die im Reaktionsbehälter herrschende Strömungsverteilung dadurch verzerrt, dass bei der Regelung durch den Schieber die aus dem Umlauf im Reaktionsbehälter vorübergehend abgezweigte und durch den Kühler Strömende Teilmenge jeweils verändert wird*

§f4S8Sf-t.3.73 -4-

Dg 65 -W.4 -w·

ι -^

Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Mängel zu beseitigen. Demgemäss besteht die Erfindung darin, dass der Reaktionsbehälter mit dem ausserhalb liegenden Kühlergehäuse durch Rohrstutzen bzw. Rohrleitungen mit gleichbleibenden Durchtrittsquerschnitten zum Durchlauf einer konstanten Teilmenge des Wärmeträgers durch das Kühlergehäuse verbunden ist und dass sich im Eintrittsbereich des Kühlergehäuses ein verstellbares Regelorgan befindet, mittels dessen die konstante Teilmenge des Wärmeträgers in zwei vorübergehend voneinander getrennte und dann wieder zusammengeführte Ströme mit beliebig veränderbarem gegenseitigen Verhältnis unterteilbar ist, von denen nur der eine Tei"strom die Kühlerrohre beaufschlagt, während der andere Teilstrom durch einen Bypass geführt wird.

In diesem Zusammenhang ist es ferner zweckmässig, dass das Kühlerrohrbündel in an sich bekannter Veise exzentrisch zur Längsachse eines zugehörigen Aussenmantels angeordnet ist, und^war vorzugsweise in dem Sinne, dass der breiteste Teil des durch den Aussenmantel und einen Innenmantel gebildeten ringförmigen Bypasses auf der Eintrittsseite im Bereich des Regelorgans liegt.

Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in ei ner Ausführungsform, aber in Anwendung bei verschiedenen Gesamtanordnungen dargestellt. Es zeigen schematisch

Dg 65 -'5, -" : · ^

Pig. 1 einen Kühler im Längsschnitt, Pig. 2 einen Querschnitt durch den Kühler,

Fig. 3 die Anordnung des Kühlers bei einem Reaktionsbehälter mit innenliegender Umwälζeinrichtung,

Pig. 4 die zugehörige Draufsicht,

Pig. 5 die Anordnung- des Kühlers bei einem

Reaktionsbehälter mit aussenliegender Umwälzeinrichtung,

Pig. 6 die zugehörige Draufsicht.

Der Kühler gemäss Fig. 1 und 2 weist einen 'Vussenmantel 1 auf, in dem ein Rohrbündel 2 mit den beiden Rohrplatten 3, 4 und den anschliessenden Hauben 5» 6 exzentrisch angeordnet ist. Das Rohrbündel 2 ist in seinem mittleren Bereich von einem Innenmantel 7 umgeben, innerhalb df'-^ea in gleichmässigen Abständen und mit abwechselnd grosseren und kleineren Durchmessern mehrere ringförmige

cheiben

8-10 bzw. 11, 12 übereinander angeordnet sind. Die grosseren Scheiben 8-10 reichen mit ihrem Aussenrand bis an d.ev. Innenmantel 7, die kleinere.! Scheiben 11, 12 mit ihrer Innenraud bis an ein das Rohrbündel 2 in dem von seinen. Rohren i. xeri Mittelraum auf ganzer Länge uurchsetzendes Rchr 13« In de^ Ebene der untersten Scheibe 8 ist zwischen dem unteren Raid des Innenmantels 7 und dem Aussenmantel 1 ein I^ech 8' engeordnet.

Die zwischen einem seitlichen Sintrittsstutzen 14 und einem seitlichen Austrittsstutzen 15 durch den Innenmantel 7 strömende Teilmenge des Wärmeträgers wird im Bereich

1 I ι I Il

ι ι ι

Dg 65 -,6 7

ι ι ·

• ·^!" φ

des Rohrbündels 2 gemäss den in Fig* I angegebenen Pfeilen schlangenförmig von unten nach oben geführt, um eine möglichst gute Wärmeübertragung an das durch die Rohre des Rohrbündels 2 strömende Kühlmittel zu erreichen. Dieses Kühlmittel wird durch das zentrale Rohr 13 in den durch die untere Haube 5 begrenzten Sammelraum zugeführt und durch ein Rohr 16 aus dem durch die obere Haube 6 begrenzten Samip^lraum abgeführt.

Der Eintrittsstutzen 14 und der Austria scutzen 15 liegen vertikal übereinander etwa in Höhe des ι nter λ bzw. ..es oberen Ende der R jrbündels i-., md zwar Iu Umfangsbereich der rossten Spa", ./br -"i. i;e zwischen dera Ausb Oante 1 'ine clem "anenmante¹ 7. In diesen, Bereich ist in einrr A..3-β j ι des Bloch^3 8¹ ein kas'mförraiger Schieber 17 c'i; ord^^t, ler litteis einer Stange 18 i Führungen 19 ar^; '■·■■;] b bewegt v/erd .α kann, wodurch er ei^en grösseren

de: k ineren Teiliuei-b' bL^t'· j ,3 -'.intrittsstutzens 14 3UID Dux ^v -'iti, einer entspreuae^d m M^a/: des Wa,-zwischen drs Roh ..'buna el Ί fre:'₅lbt,, wt lrend ^ ei L Teilauersch litt üoP Eintritts^tutzens mit dem als ^O dienenden 3""¹¹O zwischen dern luss^nmantel 1 und dem Innetimant«! 7 verbund η ist» Die durcn diesen nach raten durch es T'lech 8· ,egrenzxan "Bypass strömende Tei'^enge des Wärmeträgers wird also vou dem Kühl-jittel pral. ¹Jisch nicht 'beeinflusst und mit der gekühlten Teilmenge erst unmittelbar vor dem Austrittsstutzen 15 wieder zusammengeführt.

Dg 65 - 7.-¹·^{1 ;}

^Diese Bauart des Kühlers gemäss der Erfindung hat neben einer einfachen, übersichtlichen Konstruktion mehrere betriebsmässige Vorteile.

Die Teilmenge des Wärmeträgers, die aus dem Reaktionsbehälter vorübergehend abgezweigt wird₍ und somit auch die Teilmenge und Strömungsverteilung des im Reaktions behälter vex leibenden Wärmeträgers sind bei allen Beiestungsbereichen konstant.

Die Regelcharakteristik verläuft linear, d.h. die Temperaturdifferenz zwischen Eintritt und Austritt der Salzschmelze in den ,zwo aus dem Kühler steigt linear, nämlich zwischen 0 bei unbelastetem Reaktionsbehälter und eier maximalen Temperaturabweiefrung bei Vollbelastung« Bei Temperacurabweichung 0 ist der Schieber unten und die gesamte Menge fliesst Hb;r den Byps s, ohne in den Bereich des'Kühlerrohrbünuels zu gelangen Bei BeIastur wird eier Schieber hofih^ssogen, dabei nimmt das din Kühlerrohre beaufschlager Medium zr und dielibrige Menge, die durch den Bypass ^eiührt wild, 0. Die Temperaturd iff< renz zwischen Kühlereintritt und - ^vup ' it" stellt sich η,, "λ dem Vermischen C.qt beiden "^r)rüberge1ner.cl getrennten Teilströme öerjsalzschmelze ein.

Die erforderliche Kühlfläche kann nicht exakt berechnet

5948856-8.3.73

Dg 65· - 8 - 1 /,

werden. Zudem wird der Wärmeübertragungawert mit der Zeit infolge derWerschmutzung geringer. Bei den bekannten Systemen hat das den Nachteil, dass eier Wärmeträger am Anfang zu st^rk abgekühlt wird und nach längerer Betriebszeit die Gefahr besteht, dass die Wärme nicht mehr ausreiche.id übertragen werden kann. Dieser Nachteil wird bei der vorliegenden Erfindung beseitigt, indem die Kühlfläche grosser als zunächst erforderlich gewählt werden kann, ohne dass dadurch eine"Unterkühlung des Wärmeträgers erfolgt.

Durcl die exzentrische Lage des Rcbrbündels 2 innerhalb des Aussenmantels 1 wird zwischen diesem und dem Innenmantel 7 ein sichelförmiger Raum gebildet, der im Bereich zwischen der untersten und der obersten Scheibe 8 bzw. 10 als regelbarer Bypass 20 benutzt wird. Die eine Teilmenge der Salzschmelze gelangt untei ialb dieses Bypasses übei' den sichelförmigen Ringraum von allen Seiten .l ieichmässig in den Bereich des Rohrbündels 2 und vermischt sich nach ^Λ ;m durch die Scheiben 8-12 beeinflussten Strömungsverlauf und sntcprechendem Wärmetausch mit demKühlermedium oberhalL des Bypasses wieder allseitig und damit sehr intensiv "it der anderen, nicht gekühlten Teilmenge.

[Das Rohrbündel 2 des Teilstromkühlers kann als Verda pfer oder alP Gaserhitzer oder auch als Verdampfer mit nachgeschaltetem Überhitzer ausgeführt werden.

An Stelle des Bypasses 20 innerhalb des Aussenmantels 1 kann auch ausserhalb desselben ein Rohr angeordnet sein, das dem gleichen Zweck dient.

Dg 65 - 9 - .;.··,

■^:: -s

Bei der Anordn/ung nach den Fig. 3 und 4 gelangt ein Teilstrom der als Wärmeträger dienenden Salzschmelze vom Reaktionsbehälter 21 in die Halbringleitung 22 und von dort in den Kühler 23· Nachdem diese Salzschmelze im Kühler, wie an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben, aufwärts geführt worden ist, flieset sie in abgekühltem Zustand über eine andere Halbringleitung 24 in den Reaktionsbehälter 21 zurück.

Zün: Umwälzen der Salzschmelze im Reaktionsbehälter 21 und der durch den Kühler geführten Teilmenge dient ein in an sich bekannter Weise von oben her zentral in den Reaktionsbehälter hinein ragendes Pumpenaggregat mit einem Propeller 25 am unteren Ende und dem zugehörigen Antriebsmotor 2G am oberen Ende.

Bei der anderen Anordnung nach den Fig. 5 und 6 liegt das ebenfalls aus einem Propeller 27 und einem zu diesem gleichachsig angeordneten Antriebsmotor 28 bestehende Pumpaggregat seitlich neben dem Reaktionsbehälter 29. In diesem Falle wird die Salzschmelze aus dem Pumpenraum über eine untere Ringleitung 30 teils dem Reaktionsbehälter 29 und teils dem auf der anderen Seite desselben liegenden Kühler 31 zugeführt und anschliessend über eine obere Ringleitung 32 zum Pumpenraum zurückgeführt.

Claims

DEGGBNDORPER WERFT.UND" , ·· ·": , '",'"β'% Deggendorf /Donau, den 7.IOT^ EISENBAU, GesbH ' ■

ι ι ·

ill · ItIt

PA.LIZ Ca/Pa Dg 65

Aktz.; G 69 48 856.8

. Kühler zum regelbaren Rückkühlen einer aus einem Reaktionsbehälter abgezogenen Teilmenge eines in dem Reaktionsbehälter umgewälztea Wärmeträgers, dadurch gekennzeichnet, daas der Reaktionsbehälter (21; 29) mit dem auseerhalb liegenden Kühle gehäuse (1; 23; 31) durch Rohrstutzen (14, 15} "bzw. Rohrleitungen (2?, 24; 30, 32) mit gleichbleibenden Durchtrittsquerschnitten zum Durchlauf einer konstanten Teilmenge des Wärmeträg rs durch das Kühlergehäuse verbunden ist und ^r ass siel:, im F ltrittsbereich des Kühlergehäuses ein verstellbares Regelorgan (]") "befindet, mittels dessen die konstant. Teildes Wärmeträgf .s in zwei vorübergehend ¹¹'nand er ge tr en: ■ ί und dann wieder ^usammen-

te Strö? 3 mit Beliebig veränclerbarera gegenseitigen virhältn-'.s untei Geilbar ist, von denen nur der eine Teilstrom die Kühlerrohr3 (2) beaufschlagt, während der andere Teilstrom durch einen Bypass (20) geführt wird.

- 11 -

. - 11 -
2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerrohrbündel (2) in an sich bekannter Weise exzentrisch zur Längsachsefeines zugehörigen Aussenraantels (1) angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in dem Sinne, dass der breites^r Teil des durch den Aussenmantel und einen Innenmantol (7) gebildeten ringförmigen Bypasses (20) auf der Eintrittsseite im Bereich des Regelorgans (17) liegt.