DE854658C

DE854658C - Heat exchanger consisting essentially of graphite tubes

Info

Publication number: DE854658C
Application number: DEC2155D
Authority: DE
Original assignee: CHEM FAB GRIESHEIM; Chemische Fabrik Griesheim Elektron
Current assignee: CHEM FAB GRIESHEIM; Chemische Fabrik Griesheim Elektron
Priority date: 1944-04-04
Filing date: 1944-04-04
Publication date: 1952-11-06

Description

Wärmeaustauscher, der im wesentlichen aus Graphitrohren besteht Bei den seither in Anwendung befindlichen Wärmeaustauschern, vorzugsweise für korrodieiend wirkende Flüssigkeiten, wie Salzsäure, war es nur möglich, entweder Rohre, Rohrschlangen od. ähnl. Hohlkörper aus Porzellan od. ähnl. oder aus Kunststoffen, wie Polyvinylchlorid, zu verwenden. Beide Werkstoffarten haben eine sehr geringe Wärmeleitzahl, so daß für einen genügenden Wärmeaustausch verhältnismäßig große Wärmeaustauschflächen notwendig sind. Außerdem ist Porzellan verhältnismäßig spröde und neigt bei gegebenenfalls auftretenden Wärmespannungen leicht zur Rißbildung und einem damit einhergehenden Undichtwerden der Austauschrohre. Andererseits sind Kunststoffe thermoplastisch und können daher bei höherer Temperatur nur in geringem Maße mechanisch belastet werden.Heat exchanger consisting essentially of graphite tubes the heat exchangers that have been in use since then, preferably for corrosive Acting liquids, such as hydrochloric acid, it was only possible to use either pipes, coiled pipes or similar Hollow body made of porcelain or similar. or made of plastics such as polyvinyl chloride, to use. Both types of material have a very low coefficient of thermal conductivity, so that for a sufficient heat exchange relatively large heat exchange surfaces are necessary. In addition, porcelain is relatively brittle and tends to occur Occurring thermal stresses easily to crack formation and an accompanying The replacement pipes become leaky. On the other hand, plastics are thermoplastic and can therefore only be mechanically stressed to a small extent at higher temperatures will.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine neue Bauart von Wärmeaustauschern unter Verwendung von an sich bekannten, für diesen Zweck aber mit Erfolg noch nicht angewandtem, mit Kunstharz imprägniertem Graphit, der als Werkstoff insbesondere dann besonders geeignet ist, wenn der Wärmeaustausch unter Einsatz von chemisch stark angreifenden Stoffen erfolgt. Graphit besitzt außerdem, wie bekannt, eine erheblich bessere Wärmeleitfähigkeit als Porzellan oder Kunststoff.The present invention relates to a new type of heat exchanger using known ones, but not yet with success for this purpose applied graphite impregnated with synthetic resin, which is used as a material in particular is particularly suitable when the heat exchange using chemical strongly attacking substances. As is known, graphite also has a significantly better thermal conductivity than porcelain or plastic.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist dadurch gekennzeichnet, daß imprägnierte, vorzugsv;eise gerade verlaufende Graphitrohre durch Umkehrplatten oder -klötze in der Weise miteinander verbunden sind, daß mindestens zwei oder noch weitere Rohre hintereinander geschaltet und verwunden sind. Es ist auf diese Weise möglich, daß der durch diese Röhrenanordnung fließende, vorzugsweise flüssige Stoff einen verhältnismäßig lan-(yen Austauschweg bei verhältnismäßig großer Geschwindigkeit zurücklegt. Die Umkehrplatten oder Umkehrklötze enthalten quer verlaufende rohrförinige Bohrungen, die mindestens den lichten Durchtnesser der Graphitrohre haben und den von Umkehrplatte oder -klotz eingenommenen Raum nur teilweise ausfüllen. Senkrecht zu diesen Bohrungen sind in diesen Platten oder Klötzen Öffnungen zur Aufnahme der Graphitrohre vorgesehen, welch letztere in bekannter Weise in die vorgesehenen Öffnungen der Bohrungen eingekittet sind. Die Öffnungen der quer verlaufenden .Bohrungen sind mit in den Umkehrplatten oder -klötzen eingekitteten Graphitstopfen versehen, während die noch offenen Enden der Graphitrohre gegebenenfalls in die entsprechenden Öffnungen gegenüberliegender Umkehrplatten oder -klötze unter Abdichtung durch Verkittung ragen.The heat exchanger according to the invention is characterized in that that impregnated, preferably straight graphite tubes through reversing plates or -blocks are connected to each other in such a way that at least two or more Pipes are connected in series and twisted. It is possible in this way that the flowing through this tube arrangement, preferably liquid substance one relatively long exchange path at relatively high speed covered. The reversing plates or reversing blocks contain transverse tubular ones Holes that have at least the clear diameter of the graphite tubes and the Only partially fill the space taken up by the reversing plate or block. Perpendicular to these holes are in these plates or blocks openings for receiving the Graphite tubes provided, the latter in a known manner in the openings provided the holes are cemented. The openings of the transverse .Bores are provided with graphite plugs cemented in the reversing plates or blocks, while the still open ends of the graphite tubes, if necessary, into the corresponding openings opposing reversing plates or blocks sealed by cement protrude.

Diese erfindungsgemäß entstandene Rohranordnung befindet sich beispielsweise in einem an sich I)ekannten, vorzugsweise eisernen, innen gummierten Mantel, wobei die durch diesen geführten, entsprechend länger ausgebildeten Eintritts- und Austrittsrohre für Gase, Flüssigkeiten u. a. durch Stopfbuchsen in Deckel und Boden des Mantels nach außen durchgeführt sind. Da die Umkehrklötze als frei schwebende Enden von mindestens zwei oder auch mehreren Rohren eine gewisse Biegebelastung für die Graphitrohre darstellen, die unter Umständen zum Bruch der letzteren führen kann, sind diese Klötze meist in bekannter Weise unterstützt, so daß die Rohre dadurch entlastet sind und weiterhin eine Querverschiebung der Umkehrklötze praktisch unterbunden ist.This pipe arrangement produced according to the invention is located, for example in a known, preferably iron, inside gummed jacket, whereby the inlet and outlet pipes that are guided through this and are correspondingly longer for gases, liquids, etc. through stuffing boxes in the cover and bottom of the jacket are carried out to the outside. Since the reversing blocks are designed as floating ends of at least two or more tubes a certain bending load for the graphite tubes which may lead to the breakage of the latter are these Blocks mostly supported in a known manner, so that the pipes are thereby relieved are and further a transverse displacement of the reversing blocks practically prevented is.

Bei Verwendung von Umkehrplatten, die jeweils eine Gruppe von Einzelumkehrklötzen ersetzt, fallen die gegebenenfalls zu Bruch führenden Beanspruchungen deir Rohre wes, da die Plätten entsprechend dem Gehäuse eingepaßt sind, so daß durch Wärmedehnung eine Längsverschiebung möglich ist und eine Querverschiebung in unbedeutenden Grenzen bleibt.When using reversing plates, each have a group of individual reversing blocks replaced, the stresses that could lead to breakage of the pipes are eliminated wes, since the plates are fitted in accordance with the housing, so that by thermal expansion a longitudinal displacement is possible and a transverse displacement within insignificant limits remain.

Eine beispielsweise Ausführung eines im wesentlichen aus Graphitrohren bestehenden Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung ist in den Abb. i bis 6 dargestellt. In Abb. i ist mit i der metallische, vorzugsweise aus Stahl bestehende, die Wärmeaustauscherrohre umgebende Mantel bezeichnet, der an seinen Enden durch Deckel 2 abgeschlossen ist. Den innerhalb des Mantels befindlichen Graphitrohren 3 sind aus Graphit bestehende Umkehrplatten 4 vorgelagert. Der Mantel i ist mit einem Eintrittsstutzen 7 für den Eintritt von beispielsweise Dampf und einem Ablaufstutzen 8 für beispielsweise durch Kondensation des Dampfes entstandenes Wasser versehen. Die Umkehrplatten 4 haben im Hinblick auf ihre Führung etwa den Innendurchmesser des Mantels, wodurch eine Biegebeanspruchung der Graphitrohre praktisch ausgeschaltet ist. Die Befestigung der Graphitrohre an bzw. in den Umkehrplatten ist in bekannter Weise beispielsweise durch Verkittung mit Kunstharz od. dgl. erfolgt. Die Umkehrplatten enthalten Öffnungen 6, die im vorliegenden Fall je zwei Graphitrohre kanalartig miteinander verbinden. Die in den Umkehrplatten ,4 befindlichen Öffnungen 6 sind nach außen hin durch mit Hilfe von Kunstharz od. dgl. verkittete Stopfen 5 aus Graphit abgedichtet. Alle auf diese Weise aneinandergefügten Graphitrohre sind also untereinander abdichtend verbunden. Zur Vermeidung von Ecken, die gegebenenfalls von dem in den Mantelraum eintretenden Stoff nicht beaufst:hlagt werden, sind vorzugsweise aus Graphit bestehende Ablenkplatten g angeordnet, die dem gegebenenfalls durch den Stutzen 7 ein- und durch den Stutzen 8 ausströmenden Dampf die beabsichtigte Führung geben. Der die Graphitrohre durchlaufende, vorzugsweise flüssige Stoff kann durch die Öffnung 13 in die Graphitrohrleitung eintreten und diese durch die Öffnung 14 wieder verlassen.An example of an embodiment of an essentially made of graphite tubes Existing heat exchanger according to the invention is shown in Figs. In Fig. I, i denotes the metallic, preferably steel, heat exchanger tubes surrounding jacket, which is closed at its ends by cover 2. The graphite tubes 3 located within the jacket are made of graphite Reversing plates 4 upstream. The jacket i is provided with an inlet port 7 for the Entry of, for example, steam and a drain port 8 for, for example, through Condensation of the steam provided water. The reversing plates 4 have in terms of their leadership about the inner diameter of the jacket, creating a The bending stress of the graphite tubes is practically eliminated. The attachment the graphite tubes on or in the reversing plates is, for example, in a known manner by cementing with synthetic resin or the like. The reversing plates contain openings 6, which in the present case connect two graphite tubes with each other like a channel. The openings 6 located in the reversing plates 4 are outwardly through with With the aid of synthetic resin or the like, cemented stopper 5 made of graphite is sealed. All Graphite tubes joined together in this way are therefore mutually sealing tied together. To avoid corners that may be affected by the in the shell space entering substance are not acted upon, are preferably made of graphite Deflection plates g arranged, the one and optionally through the nozzle 7 give the intended guidance through the nozzle 8 escaping steam. The who Graphite tubes, preferably a liquid substance, can pass through the opening 13 enter the graphite pipe and leave it again through the opening 14.

Die Abb. 2 zeigt den durch die Vorrichtung gemäß Abb. i gelegten Schnitt A-B und die Abb. 3 den durch die Vorrichtung gemäß der Abb. i gelegten Schnitt C-D.Fig. 2 shows the section made through the device according to Fig. I A-B and Fig. 3 shows section C-D through the device according to Fig. I.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Wärmeaustausch von vorzugsweise korrodierenden Flüssigkeiten sind anstatt der Umkehrplatte 4 Umkehrklötze io, wie in Abb. q im Querschnitt dargestellt, angeordnet. Die Umkehrklötze sind in ihrer Form länglich rund und mit Querbohrungen i i sowie mit Hilfe von Kunstharz eingekitteten Graphitstopfen 12 versehen. Gegenüber der Ausführung mit Umkehrplatten besteht hier der Vorteil, daß ein gegebenenfalls zu Bruch gegangenes Graphitrohr leichter ausgewechselt werden kann. Bei waagerechter Lage der Vorrichtung sind die Graphitrohre zur Vermeidung von Biegungsspannungen mit Platten in bekannter Weise abgestützt.According to a further embodiment of the device according to the invention for heat exchange of preferably corrosive liquids instead of the Reversing plate 4 reversing blocks io, as shown in Fig. Q in cross section, arranged. The reversing blocks are elongated round and with cross bores i and i provided graphite plugs 12 cemented in with synthetic resin. Compared to the Execution with reversing plates here has the advantage that a possibly too Broken graphite tube can be replaced more easily. With horizontal The position of the device are the graphite tubes to avoid bending stresses supported with plates in a known manner.

Die Abb..5 zeigt einen Schnitt E-F durch die Vorrichtung gemäß der Abb. 4 und die Abb. 6 einen Schnitt G-H durch die Vorrichtung gemäß der Abb. 3.The Fig..5 shows a section E-F through the device according to the Fig. 4 and Fig. 6 a section G-H through the device according to Fig. 3.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum Wärmeaustausch bei Flüssigkeiten, wie Salzsäure, ist die folgende: Die beispielsweise zu erwärmende Flüssigkeit tritt, wie aus der Abb. i ersichtlich ist, durch den Stutzen 13 in die Graphitrohrleitung, um danach alle Graphitrohre nacheinander zu durchlaufen, nimmt dabei Wärme aus dem die Graphitrohre umspülenden Heizdampf auf und verläßt durch den Stutzen 14 die den Wärmeaustausch bewirkende Graphitrohrleitung wieder. Der Stutzen 7 im Mantel des Wärmeaustauschers ist für den Heizdampfeintritt bestimmt, während durch den Stutzen 8 die Abführung des bei der Abkühlung des Dampfes anfallenden Kondensats erfolgt.The mode of operation of the device for heat exchange described above in the case of liquids such as hydrochloric acid, the following is: The one to be heated, for example Liquid occurs, as can be seen from Fig. I, through the nozzle 13 into the Graphite tubing, in order to then go through all graphite tubes one after the other, takes heat from the heating steam flowing around the graphite tubes and leaves through the nozzle 14 the graphite pipe causing the heat exchange again. Of the Connection 7 in the jacket of the heat exchanger is intended for the inlet of heating steam, while through the connection 8 the discharge of the resulting when the steam is cooled Condensate takes place.

Werden die Metallteile der Vorrichtung, wie Manteldeckel und Stopfbüchsen, mit einem korrosionsfesten Überzug auf der Innenseite versehen, so ist es auch möglich, in der Vorrichtung als Heizmittel an sich korrodierend wirkende Flüssigkeiten oder korrodierend wirkenden Dampf zu verwenden, die sonst nur schlecht oder gar nicht ausgenutzt werden können.Are the metal parts of the device, such as jacket covers and stuffing boxes, with a corrosion-resistant Cover provided on the inside, thus it is also possible to use a heating means that is per se corrosive in the device Use liquids or corrosive steam that are otherwise bad or cannot be exploited at all.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann wider Erwarten sowohl für drucklos verlaufende Wärmeaustauschvorgänge als auch für solche, die unter Druck bis zu mehreren Atmosphären, beispielsweise bis zu 5 atü, durchgeführt werden, ohne nachteilige Wirkung auf den Graphitwerkstoff Verwendung finden.The device according to the invention can, contrary to expectations, both for unpressurized heat exchange processes as well as those under pressure up to several atmospheres, for example up to 5 atmospheres, can be carried out without find disadvantageous effect on the graphite material use.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device made of graphite, which is in a and drain provided jacket is mounted, for heat exchange between gaseous or liquid substances, preferably under pressure, characterized in that the Device made of graphite impregnated in a known manner. exists and straight Pipes (3) includes which by reversing plates (4) or reversing blocks (io) liquid- and connected to one another in a vapor-tight manner by cementing with known adhesives are. ?. Device according to claim i, characterized in that the reversing plates (.4) or blocks (io) channel-like bores or the like, the diameter of which corresponds approximately to that of the pipe interior. 3. Device according to claim i and 2, characterized in that the open parts of the reversing plates or blocks through Stopper (5) or (12) sealed with the help of known adhesives are.