DE908028C

DE908028C - Verfahren und Saeule fuer Stoffumsatz und Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE908028C
Application number: DEP20430D
Authority: DE
Inventors: Hilmar Bruennert
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1948-11-03
Filing date: 1948-11-03
Publication date: 1954-04-01

Description

Verfahren und Säule für Stoffumsatz und Wärmeaustauscher Die bekannten Röhrenbündel-Kreuzstrom-Wärmeaustauscher eignen sich in der bekannten Bauart nur zum Wärmeaustausch zwischen einem, das Röhrenbündel im Kreuzstrom durchströmenden Gas oder Dampf und einem das Innere der Röhren durchfließenden Kühl- oder Heizmittel; zum gleichzeitigen Stoffumsatz und Wärmeaustausch sind sie nicht geeignet. Durch die vorliegende Erfindung wilrd dieser Mangel beseitigt und gleichzeitiger Stoffumsatz und Wärmeaustausch ermöglicht; außerdem ist der Vorteil damit ve,rbunden, an Stelle langer zylindrischer Trommeln, welche das Röhrenbündel enthalten, eine Anzahl kurzer, zylindrischer, flanschloser Schüsse zu verwenden, die sich besonders auch für keramisene oder andere nichtmetallische Werkstoffe eignen.
Es sei bemerkt, daß unter Stoffumsatz im vor-und nachstehenden chemische Stoffumwarldlungell, Lösungsl orgänge (Absorption) ebenso Adsorptionsvorgänge zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas zweier verschiedener Stoffe zu verstehen sind.
Die Erfindung besteht in einer neuartigen Formgebung der rohrdurchsetzten Lenkwände der bekannten Röhrenbündel - Kreuzstrom - Wärmeaustauscher so, daß rohrdurchsetzte Böden daraus entstehen, auf denen der Aufstau einer Flüssigkeit ermöglicht wird, und daß die Flüssigkeit gezwungen wird, auf keinem andern Wege als am Umfange der Röhren entlang, von einem Boden zum andern zu laufen.
In der Zeichnung zeigt Bilds eine beispielsweise Ausführungsforvm eines Stoffumsetzers und Wärmeaustauschers gemäß vorliegenderErfindung.
Die vorl den Rohren a durchsetzten Böden b zerteilen die Säule in einzelne kurze Schüsse. Bild 2 zeigt im größeren Maßstab eine Verbindungsstelle zweier Schüsse. Die Böden b sind an ihrem Um- fang mit Ringen c versehen, die oben und unten eine ringsherum gehende Nut d haben. In diesen Nuten liegen die Dichtungsringe e, auf die sich die benachbarten Schüssel der Säule aufsetzen. Der Innenrand der Ringnut oder auch ihr Außenrand kann gegebenenfalls auch wegfallen, so daß die Ringe in beiden Fällen die Form eines liegenden T mit entweder nach dem Innern der Säule oder nach außen gerichtetem Steg erhalten, wie bei den Schußverbindungsstellen c1 und c2 von Bild I gezeigt. Die Ringe c können mit den Böden b aus einem Stück bestehen, wie bei cl, c2 und in Bild 2 gezeigt; sie können mit ihnen verschweißt oder sonstwie verbunden werden, sie können aber auch für sich ausgeführt sein und als Träger für die Böden dienen, wie bei c in Bild I gezeigt. Ob als getrennter Bauteil, oder ob mit den Böden aus einem Stück bestehend erfüllen die Verbindungsringe c bzw. cl und c.2 bei der vorliegenden Erfindung, neben der Aufgabe der Schuß verbindung, außerdem noch die Aufgabe alle Böden genau zu zentrieren, wodurch die weiter unten beschriebenen ringförmigen Zwischenräume i den notwendigen gleichmäßigen Abstand von den Wandungen der Bodenlöcher und den Rohren a erhalten. Sämtliche Schüsse einer Säule werden durch Zuganker g zusammengehalten und auf die Dichtungsringe e- gepreßt. Unter die Muttern dieser Zuganker sind Federn lt gelegt, um die Wärmedehnung aus zu gleichen.
Die Böden oder Lenkwände h dienen gleichzeitig zum Zentrieren und gegebenenfalls zum Stützen der Rohre a. Zwischen diesen Rohren und den Lochwandungen der Böden oder Lenkwänden ist ein kleiner Zwischenraum i gelassen für den Durchgang der Flüssigkeit, die mit dem die Säule durchströmenden Gas im Stoffumsatz steht und die an beliebigen Stellen, in beliebigen Mengen dem Gas zugeführt, gegebenenfalls auch eingespritzt wird.
Um diese Flüssigkeit auf den Böden etwas anzustauen, können noch Stauwehre k an den Rändern der Durchtrittsöffnungen für das Gas oder den Dampf und kleine Staurohre k1 in jede Bodenöffnung eingesetzt werden.
Die Aufstauung eines Flüssigkeitssumpfes auf den Böden hat den Zweck, den Stoffumsatz zwischen Gas oder Dampf und Flüssigkeit zu hegünstigen. Es ist zu sehen, daß die Bodenflüssigkeit nicht an der Innenwand der zylindrischen Schüsse von einem Bodenraum zum darunterliegenden herabfließen kann, sondern nur durch die ringförmigen Zwischenräume i.
Wie bei I gezeigt, können noch besondere Halter oder Zentriervorrichtungen für die Rohre vorgesehen werden.
Das zum Stoffumsatz bestimmte Gas oder der Dampf wird durch den Stutzen m in IdenApparat eingeführt, gegebenenfalls auch hier Flüssigkeit eingespritzt, und strömt in der eingezeichneten Richtung an den Kühl- oder Heizrohrena vorbei, an diese im Kreuzstrom seine Wärme abgebend oder Wärme von ihnen aufnehmend. Durch die gegeneinander versetzten Öífnungen n in den Böden tritt es in bekannter Weise von einem Raum zum andern und verläßt schließlich, soweit es sich nicht ganz mit der Flüssigkeit umgesetzt hat, unten bei s1 den Apparat; währenddem die Flüssigkeit bei m2 austritt und ein Kühl- oder Heizmittel zum Wärmeaustausch unten bei it eintritt und oben bei o austritt, oder umgekehrt, bei o ein- und bei t austritt. Der Gasstrom ebenso die Kühl- oder Heizmittelströme können auch umgekehrt fließen.
Die mit dem Gas oder dem Dampf im Stoffumsatz strahlende Flüssigkeit, soweit sie nicht vom Gas- oder Dampfstrom mitgenommen und dabei wiederholt gegen die Rohre a geschleudert wird, überflutet die kleinen Staurohre k oder, falls solche nicht erforderlich, fließt unmittelbar entweder in die gemäß Bild 4 durchweg zylindrisch geformten oder in die gemäß Bild 3 oben kegelig erweiterten und unten zylindrischen Flüssigkeitsdurchlässe i und wird, an den Rohren a herunterrieselnd, wirksam gekühlt oder gegebenenfalls auch beheizt und vom Gasstrom im Kreuzstrom wiederholt getroffen, wobei sie dem Gas eine große Phasenberührungsfläche darbietet.
Es können auch mehrere Gaseinführungsstutzen vorgesehen werden, so etwa für jeden Bodenraum ein besonderer, oder auch mehrere für den gleichen Boden; ebenso kann die mit dem Gas zum Umsatz bestimmte Flüssigkeit gleichfalls in bestimmter Bemessung über den einzelnen Böden zugeführt werden. Gegebenenfalls kann das Gas auch der Flüssigkeit entgegenströmen, d. h. also über dem untersten Bolden etwa bei enl oder auch über diesem und dem nach oben nächstfolgenden Boden eintreten und schließlich, soweit es nicht ganz verbraucht ist, über dem obersten Boden etwa bei e austreten. Ebenso kann die Flüssigkeit, vom untern Ende der Säule nach oben gezählt, auf mehrere Böden verteilt zugeführt werden.
Die ganze Säule kann auch waagerecht angeordnet und in verschiedenster Weise verwendet werden.
Die beschriebene Schußverbindung kann auch für Rektifiziersäulen u. dgl. verwendet werden.
Bei allen Ausführungsformen können die Schüsse noch durch aufgewalzte oder aufgeschweißte oder sonstwie befestigte flanschartige Ringe r versteift werden.
Es sei noch bemerkt, daß die vorstehend genannten Stauwehre k an den Bodenenden an sich bei Rektifiziersäulen bekannt, bei rohrdurchsetzten Böden oder bodenartigen rohrdurchsetzten Lenkwänden der beschriebenen Art aber neu sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Stoffumsatz zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas oder Dampf zwei verschiedener Stoffe und zum gleichzeitigen Wärmeaustausch mit einem Kühl- oder Heizmittel, dadurch gekennzeichnet, daß dieFlüssigkeit am Umfang der Rohre eines Rohrbündels herabläuft und vom Gas oder Dampf im I(reuz- strom wiederholt getroffen wird, währenddem die Rohre des Bündels im Innern von einem Kühl- oder Heizmittel durchflossen werden.
2. Säule für Stoffumsatz und Wärmeaustausch zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, aus einzelnen Schüssen bestehend, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Schüsse durch genutete Ringe c oder durch T-förmige Ringe mit nach dem Innern der Säule (cl) oder nach außen gerichtetem Steg (c2) erfolgt.
3. Säule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüsse durch gemeinsame Zuganker (g) zusammengehalten werden.
4. Säule nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nuten (d) der Ringe Dichtungsringe (e) angeordnet sind.
5. Säule nach den Ansprüchen 2 l>is 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuganker elastische Glieder (h) eingeschaltet sind.
6. Säule nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüsse durch flanschartige Ringe (r) versteift sind.
7. Säule nach den Ansprüchen 2 his 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genuteten Verbindungsringe als Träger für kreisförmige Böden (b) dienen oder mit ihnen aus einem Stück hergestellt sind, und daß die Böden von den Rohren (a) des Rohrbündels durchsetzt sind.
8. Säule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Rande der Durchtrittsöffnungen für das Gas oder den Dampf jedes rohrdurchsetzten Bodens ein Stauwehr (k) für die Flüssigkeit vorgesehen ist.
9. Säule nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet. daß an den Stellen, an denen die Kühl- oder Heizrohre durch die Böden hindurchtreten, kurze Staurohre (kt) angebracht sind.
10. Säule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lochwandungen der Böden bzw. zwischen den kurzen Staurohren (kt) und den Heiz- oder Kühlrohren ein ringförmiger Durchfluß (i) für die Flüssigkeit vorgesehen ist.
11. Säule nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Durchfluß für die Flüssigkeit entweder zylindrisch oder im untern Teil zylindrisch, im obern aher kegelig ausgeführt ist.
12. Säule nach den Ansprüchen 2 bis II, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des zum Umsatz bestimmten Gases bzw. Dampfes oder auch der zum Umsatz bestimmten Flüssigkeit, oder beider, über jedem Boden besonders erfolgt.
13. Säule nach den Ansprüchen 2 bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Böden voneinander der Volumenänderung des Gases oder Dampfes angepaßt ist.

I4, Säule nach den Ansprüchen 2 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Stoffumsatz und Wärmeaustausch bestimmten Stoffe in Teilströme zerlegt werden und die Teile beliebigen Böden der Säule zugeführt werden.

I5, Säule nach den Ansprüchen 2 bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der Stoffumsetzung den Böden in beliebigen Mengen entnommen werden kann.

Angezogene Druckschriften: P 1 an k, »Amerikanische Kältetechnik«, Berlin, 1929, S. 53.

G i e s e , »Die Verflüssigung der Luft«, Leipzig, 1909, S. 605.