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Wärmeaustauscher
| Die Kühlinig oder Erwä.rniung stark angreifen- |
| der (aggressiver) gasförmiger oder flüssiger Stoffe |
| wird vorzugsweise in Vorrichtungen aus kera- |
| iniscliem \Verkstoft durchgeführt. Die Abführung |
| ch#r 1>eisl@ielsweise bei der Kondensation von Salz- |
| süureh@is in \Vasser frei werdenden Lösungswärme |
| erfolgt vorzugsweise in Vorrichtungen nach Art |
| der Tourills, die aus Steinzeug bestehen, oder in |
| \\'ürmeaustauschern aus Quarz. Infolge der |
| srlileci@te@i \\':irmeleitf@ihigkeit dieser keramischen |
| \\'erkstotte sind jedoch zum Austausch bzw. zur |
| :\1>fülirung größerer \\'ürniemengen reihenförmig |
| neben- (,der geget@enenfalls übereinander angeord- |
| nete Tourills notwendig. Diese Anordnungen |
erfordern demzufolge erhebliche Ausmaße an Raum- und Bodenfläche.
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Der Ersatz der keramischen Baustoffe durch korrosionsbeständige Metalle
oder Legierungen mit besserer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Chromnickelstähle
mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Salpetersäure oder gegen Salzsäureeinwirkung
weitgehend beständiges Tantal, führt nur zu einem Teilerfolg. Es ist nämlich nicht
möglich, die \\'ärnieaustauscher grundsätzlich aus einem dieser metallischen Werkstoffe
herzustellen, da es technisch verwendbare Legierungen, die gegen eine größere Anzahl
von stark angreifenden Stoffen gelliigeii<l widerstandsfähig sind, nicht gibt.
Bestimmte,
an sich bekannte Sonderlegierungen sind im allgemeinen
nur gegen ausgewählte Gruppen von Stoffen und Stoffgemischen chemisch beständig,
so daß man gegebenenfalls gezwungen ist, die Wärmeaustauscher von Fall zu Fall aus
anderen Legierungen herzustellen.
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E s ist deshalb in neuerer Zeit versucht worden, den eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweisenden Graphit als Baustoff für die Wärmeaustauscher zu verwenden. Bisher
hat jedoch der Graphit für diesen Zweck kaum Verwendung gefunden, da die Herstellung
der für die Vorrichtung notwendigen Einzelteile Schwierigkeiten und umständliche
Bearbeitungsmaßnahmen verursacht. Die vorzugsweise spanabhebende Bearbeitung der
Ausgangsstoffe durch Früsen, Bohren, Abdrehen usw. ist außerdem im Hinblick auf
den unerwünscht hohen Anfall an Bearbeitungsrückständen mit einem erheblichen Werkstoffverbrauch
verbunden.
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Die Erfindung betrifft nun eine auf einfachem Weg herzustellende Vorrichtung
aus Graphit für den Wärmeaustausch zwischen zwei Stoffen bzw. die Abführung von
Wärme, die bei der Umsetzung von beispielsweise gasförmigen mit flüssigen Stoffen
entsteht, mit Hilfe von Kühlmitteln bekannter Art.
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Sie ist aus auf einfachem Weg herzustellenden, ausschließlich aus
Graphit bestehenden Einzelteilen zusammengesetzt, die in beliebiger Anzahl aneinandergereiht
einen vorzugsweise rechtwinklig kastenartig ausgebildeten Wärmeaustauscher darstellen.
Der Innenraum des Austauschers ist durch eine beliebige Anzahl übereinander angeordneter,
ebenfalls aus Graphit bestehender Zwischendecken in eine Anzahl von ebenfalls vorzugsweise
rechtwinklig kastenartig ausgebildeten Zwischenräumen unterteilt.
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Die Zusammenfügung und Verbindung der einzelnen Bauteile zu der Wärmeaustauschervorrichtung
gemäß der Erfindung erfolgt durch an sich bekannte geeignete Kitte oder Klebstoffe,
wie solche auf der Grundlage von Polyvinychlorid oder Phenolformaldehyd. Durch diese
Klebstoffe wird gleichzeitig eine Abdichtung der durch die Zwischendecken gebildeten
Zwischenräume voneinander und eine Abdichtung nach außen herbeigeführt.
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Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der
Erfindung können beispielsweise einerseits der erste, dritte, fünfte, siebente usw.
Zwischenraum und andererseits der zweite, vierte, sechste, achte usw. Zwischenraum
durch vorzugsweise zylindrische Verbindungsstücke zu je einem System vereinigt werden,
so daß dann die Möglichkeit eines Wärmeaustausches zwischen den die leiden Svsteme
.durchfließenden Stoffen besteht.
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Eine beispielsweise Ausführung einer Wärmeaustauschervorrichtung gemäß
der Erfindung ist im Längsschnitt in der Abb.,i dargestellt. Die in dieser Abbildung
mit den Bezeichnungen 2, 3, 4, 5, 6 versehenen Bauteile sind in derselben Reihenfolge
in den weiteren Abb.2 bis 6 im einzelnen dargestellt. Die .Abb. 2 und 3 zeigen im
Längs- und' Queischnitt rechteckige Graphitplatten, von denen die Ausführung nach
2 an dem einen Ende zwei Durchtrittsöffnungen a1 und a2 und diejenige nach an jedem
Ende eine Durchtrittsö ffnung bi und bz aufweist.
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Die Abb. 4 und 5 stellen die in der Abb. i mit den gleichen "Zahlen
bezeichneten, als Außenwandung der Zwischenräume dienenden Bauteile dar. Sie bestehen
aus vierkantigen rechteckigen Graphitstäben und sind mit den Rändern der Zwischendecken
2 und 3 beispielsweise durch die vorgenannten Klebmittel, wie aus der Abb. i ersichtlich,
verbunden.
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Die Abb. 6 zeigt im Schnitt und in Draufsicht zylindrisch ausgebildete
Graphitringe, die gemäß Abb. i die in den einzelnen Zwischendecken vorhandenen Durchtrittsöffnungen
miteinander verbinden, derart, daß ein Stoff nacheinander jeweils den ersten, ,dritten,
fünften usw. und ein anderer vorzugsweise im Gegenstrom geführter Stoff nacheinander
den zweiten, vierten, sechsten usw. Zwischenraum durchläuft.
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Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird infolge der im Wärmeaustauscher
vorzugsweise im Gegenstrom geführten Stoffe ein Wärmeausgleich herbeigeführt, wobei
die verfügbaren frei gewordenen Wärmemengen schnell durch die graphitischen Bauteile
abgeführt werden. Beispielsweise wird durch die mit ungeraden Zahlen bezeichneten,
untereinander in Verbindung stehenden Zwischenräume ein durch die frei werdende
Lösungswärme auf höhe Temperaturen erhitztes, in Salzsäure übergeführtes Salzsäuregas-Wasser-Gemisch,
dessen Umsetzung gegebenenfalls auch in den vorgenannten Kühlerzügen 11, 3, 5 usw.
selbst erfolgen kann, geleitet, während durch die mit geraden Zahlen bezeichneten
Zwischenräume das die überschüssige Lösungswärme aufnehmende Kühlwasser fließt.
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Der Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung gegenüber den bekannten
Vorrichtungen auf dem erörterten Gebiet der Technik ist erstens in ihrem außerordentlich
einfachen Auf- und Zusammenbau und zweitens in der für die Erreichung derselben
Wirkung benötigten, um ein Mehrfaches geringeren Raum- und Bodenfläche zu sehen.
Beispielsweise ist bei Anwendung des Erfindungsgegenstands eine aus mehreren, teilweise
übereinander angeordneten Tourillreihen bestehende Salzsäurekondensationsanlage
mit einem Bedarf von etwa 5o m2 Bodenfläche zuzüglich der sich ergebenden Raumbeanspruchung
durch eine etwa i m2 Bodenfläche und etwa i bis 2 m3 Raum beanspruchende Anordnung
gemäß der Erfindung zu ersetzen.
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Nach einem anderen Beispiel können in einer Vorrichtung gemäß der
Erfindung mit Hilfe einer Kühlfläche von 2 m= und einer Raumbeanspruchung von 0,4
X 1 X 0,5 m für den -Wiärmeaustauscher (Höhe = 0,4 m, Breite = i m, Tiefe
= 0,5 m) mit durchfließendem Kühlwasser von + io° C etwa ioo kg Salzsäuregas von
5oo° C während i Stunde auf 7o° C abgekühlt werden.
Bringt man gemäß
einem weiteren Beispiel in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die eine Kühlfläche
von 1o m1 aufweist, in dem einen Durchlaufsystem in der Stunde eine solche Menge
eines 85 % 1-I C1 enthaltenden Gases mit Wasser in unmittelbare Berührung, so daß
25o kg Salzsäure von 23° 13c entstehen, so wird die dabei entstehende Lösungswärme
durch (las die Vorrichtung im anderen Durchlaufsystein (durchfließende, eine Temperatur
von io° aufweisende Kühlwasser praktisch restlos abgeführt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß nichts im Wege steht, die Vorrichtung
gemäß der Erfindung auch zum Wärmeaustausch zwischen solchen Stoffen anzuwenden,
von denen der eine oder beide keine angreifende Wirkung auf die mit ihnen in Berührung
kommenden Werkstoffe aufweist.
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Selbstverständlich ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch nicht
auf die an sich vorteilhafte, rechtwinklig kastenartige Ausführung beschränkt.