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Wärmeaustauscher In vielen Fällen, insbesondere bei der Ausführung
chemischer Reaktionen, an denen Gase oder Dämpfe teilnehmen, ist es zur Aufrechterhaltung
eines wirtschaftlichen Betriebes erforderlich, \Värmeaustauscher zu verwenden, um
die Wärme der heißen abziehenden Gase und Dämpfe auszunützen und sie wenigstens
zum Teil an die zuströmenden Gase und Dämpfe abzugeben. Einen besonders günstigen
Wärmeaustausch gestatten die bekannten Röhrenwärmeaustauscher, in welchen die beiden
Medien, das abfließende einerseits und (las zufließende andererseits, innerhalb
der Rohre eines Rohrbündels zu- bzw. abfließen und außerhalb der Rohre ab- bzw.
zufließen. Bei der praktischen Anwendung der Wärmeaustauscher, insbesondere bei
der Ausführung von Synthesen, wie z. H. :lmmotiiaksynthese oder Methanolsynthese,
nehmen diese Wärmeaustauscher oft ganz erhebliche Ausmaße an, so daß bei ihrer Inbetriebnahme
beträchtliche Schwierigkeiten auftreten, indem die gewünschte Temperatur der aufzuheizenden
Gase nur sehr langsam oder überhaupt nicht erreicht wird. Praktisch verfährt man
so, daß die Wärmeaustauscher mit kleinen Gasmengen in Betrieb genommen werden. Die
Aufheizung dieser Gase und damit der ganzen Vorrichtung wird im allgemeinen aus
der Heizenergie eines zweckmäßig elektrischen Brenners geliefert. Dieser ist meist
nur so groß, daß seine Leistung gerade ausreicht, etwa ein Fünftel bis ein Zehntel
der üblicherweise umgewälzten Gasmenge allmählich zu erhitzen.
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Messungen an verschiedenen Wärmeaustauschern zeigten nun, daß sie
gerade im Bereich dieser kleinen Gasmengen, die zur Inbetriebnahme dienen,
einen
sehr schlechten Wirkungsgrad aufweisen. 111111 grober Anteil der kostspieligen,
elektrischen brennerieistung geht dann mit dem Abgas in das i@ulilwasser verloren.
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Man hat zwar vielfach versucht, die Wärmeaustausclier zur Inbetriebnahme
wirksamer zu gestalten, indem man verschiedene Arten von Schikanen um das Rohrbündel
anbrachte. Dadurch soll auch bei kleinen Gasmengen eine W irbelung der Base und
eine weitgehende liespulung der Oberflache erfolgen. Diese Maßnahmen machen den
für die lnbetrieVsetzung zu großen Wärmeaustauscher bei dieser kleinen Belastung
mitunter wirksam. 1 rotzdem stellen sie keine befriedigende Lösung uar, weil Wirbeleinbauten
oder Umienkbleche zusatzlictie Strömungswiderstände verursachen, welche auf Grund
ihrer quadratischen Abhängigkeit vom olunien den Gasdurchgang infolge des gegebenen
Druckgefälles begrenzen oder aber den verlangten Umlauf bei voller Belastung nur
mit sehr erhöhtem Euergieautwand erreichen fassen. Hierzu tritt der umstand, daß
Schikaneneinbauten Strömungsschatten bilden, die die Wärmedurchgangszahl (K-Wert)
vermindern und infolge der Totraumwirbel zu verstärkter Verschmutzung führen müssen.
Schikane erleichtern zwar die inbetriebnahine, ergeben dafür aber wesentliche Nachteile
beim eigentlichen Betrieb.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die geschilderten Nachteile in allen
Fällen mit Sicherheit vermieden werden, wenn man dem Wärmeaustauscher zwecks Inbetriebnahme
zur raschen Aufheizung auf die gewünschte Temperatur einen kleinen tlilfswärmeaustauscher
mit besserem Wärmewirkungsgrad, als ihn der eigentliche Wärmeaustauscher besitzt,
in Richtung der zuströmenden Kaltgase vorschaltet. Der bessere Wärmewirkungsgrad
wird vorteilhaft dadurch erzielt, daß der Hilfswärmeaustauscher eine geringere Heizfläche
besitzt und mit wesentlich höherer Strömungsgeschwindigkeit derwärmeaustauschenden
Medien betrieben wird als der eigentliche Austauscher. Die Heizfläche beträgt z.
B. '/a bis '/s derjenigen des eigentlichen Austauschers.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung schematisch näher erläutert:
Es bedeuten darin: a einen Reaktionsofen, in welchem z. B. die Ammoniaksynthese,
Methanolsynthese oder die Druckhydrierung eines Mittelöls in der Dampfphase vorgenommen
wird, b den elektrischen Brenner, durch den die Reaktionsteilnehmer auf Reaktionstemperatur
auigeneiztwerden, c den Wärmeaustauscher, d den nach der Erfindung verwendeten Hiltswärmeaustauscher,
der zur Inbetriebnahme dient; e, f, 1, m Ventile; g den Abscheider, z. B.
für flüssiges Ammoniak, Methanol oder Kohlenwasserstofte, die dort nach vorausgehender
Kühlung im Kühler 1a dem Betrieb entnommen und bei n abgezogen werden,
i die Umlaufpumpe und k die Eingangsstelle für Frischgase bzw. r rischdämpfe.
Bei der Inbetriebnahme strömen die Gase oder Dämpie bei k ein, durchlaufen bei gescnlossenem
Ventil e den Hiltswärmeaustauscher d, durchströmen sodann den Hauptaustauscher c
und den Reaktionsofen a, werden durch Brenner b erhitzt und stromen
in I leilrichtung zurück über den Austauscher c durch Hiltsaustauscher d über das
geöffnete Ventil r11 (bei geschlossenem Ventil 1),
den Abscheider g und die
Umlaufpumpe i. Ist die Reaktionstemperatur erreicht, so werden die Ventile
e, 1 geötinet und die Ventile f und m geschlossen. Die bei k zugeführten
Gase strömen dann durch Ventil e über Austauscher c und Reaktionsofen
a und zurück durch Austauscher c, Kühler h,
Ventil 1 zum Abscheider
g, die Restgase dann weiter über Umlaufpumpe i zurück in die Apparatur.
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Die Wärmeaustauscheranordnung gemäß vorliegender Erfindung kann auch
bei bestehenden Anlagen eingebaut werden, und zwar vor allem dann, wenn die Brennerleistung
bei der Inbetriebnahme nicht ohne weiteres erhöht werden kann, um den Bedingungen
eines größeren Wärmeaustauschers zu genügen.