EP0044476B1 - Tube for the indirect heating of easy flowing material and heat exchanger composed of such tubes - Google Patents
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- EP0044476B1 EP0044476B1 EP81105348A EP81105348A EP0044476B1 EP 0044476 B1 EP0044476 B1 EP 0044476B1 EP 81105348 A EP81105348 A EP 81105348A EP 81105348 A EP81105348 A EP 81105348A EP 0044476 B1 EP0044476 B1 EP 0044476B1
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- F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
Definitions
- the invention relates to the use of a tube which can be rotated parallel to the tube about an axis which can be inside or outside the tube, the tube shell of which is composed of flat surfaces for indirect heat treatment of powdery to granular, free-flowing material and the use of a Heat exchanger that is constructed from such tubes.
- the rotary kiln can be divided into chambers connected in parallel to increase the surface.
- a continuous process is preferred; Therefore, conveying elements for the product to be treated are present in known rotary kilns; Usually, these are the helix in the (cylindrical) tube on the inside. It is known that it is very important that the material to be treated is thoroughly mixed in the tube in order to achieve uniform treatment and good heat transfer and to avoid damage to the material. Therefore, in known heat exchangers to improve the mixing effect, in addition to the helical conveying elements, baffles or rods or other baffles are also provided parallel to the tube jacket, as a result of which better mixing is achieved when the tube is turned.
- US-A-2 899 176 describes round tubes with conveying elements in which the main amount of heat is transferred through the conveying elements.
- the stakes are quite complex.
- the cooler as described in US-A-1 769412, shows round tubes with spirals which give no suggestion to make the tubes square and to provide the flat surfaces with baffles.
- a pipe or a heat exchanger which consists of a plurality of pipes connected in parallel has advantageous properties if the pipe jacket is composed of flat surfaces and baffles are present at least on an inner pipe jacket surface at an angle to the pipe axis.
- the invention therefore relates to a tube for indirect heat treatment of powdery to granular, free-flowing material which runs parallel to the tube, can be rotated about an axis which can be inside or outside the tube, and whose tube jacket is composed of flat surfaces and inclined baffles are provided on the pipe axis at least on an inner pipe surface.
- Pipes whose cross sections are square or equilateral triangular are very particularly preferred.
- a heat exchanger constructed from the pipes according to the invention is particularly suitable for heat exchange with another solid medium if equilateral triangles or squares are interconnected in the densest packing, which are flowed through in such a way that two pipes through which the same medium does not abut on one side.
- a line-shaped arrangement of the tubes according to the invention can be useful. The distance between two such tube surface bundles can be chosen freely according to the heat transfer conditions.
- the tube according to the invention with flat surfaces has several advantages over the known cylindrical tube, which are particularly useful when several such tubes are connected in parallel. With the same cross-section, the heat exchange surface is larger. With less effort than with cylindrical pipes, the conveying and mixing performance can be improved by simple installations. While a circular tube running around the entire inner wall is practically always required for a circular tube for manufacturing reasons and baffles on the wall are required to increase the mixing effect, it is sufficient for a triangular or square tube if a tube inner wall extends obliquely to the axis Sheets are attached. The dwell time spectrum is not significantly broadened by the omission of conveyor elements on some inner sides.
- the rotary kiln according to the invention is generally operated horizontally. Solid material can also flow through it in cocurrent or countercurrent without difficulty. In terms of production technology, it is considerably less complex if rectangular guide plates only have to be attached to a flat inner wall than if a continuous helix are attached to the inner tube got to. Such tubes can also be produced with a very small cross section without difficulty.
- the heat exchange surface can be increased considerably for a given cross section of the furnace;
- the mixing compared to round tubes is increased.
- the edges where the flat outer surfaces meet look like chicanes. It has been shown that in the tubes according to the invention it is usually possible to dispense with rods or further guide plates. Despite the unusual tube shape, a reactor can be produced more economically from the tubes according to the invention than with round tubes of the same output.
- heat exchanger there are no problems with the dimensioning of the heat exchanger; however, some conditions for optimal heat transfer are particularly adaptable.
- a heat exchanger can be adapted particularly well both for indirect heat exchange with a gas or a liquid or with another solid substance.
- the triangular and rectangular cross section of the tubes is preferred.
- the obvious hexagonal honeycomb arrangement in a heat exchanger is less suitable. Even pipes with a side length of a few centimeters can be realized.
- the shape of the tubes according to the invention allows the heat exchanger inserts to be produced in a particularly simple manner.
- a tube 1 according to the invention is shown schematically with a square cross section.
- the pipe is horizontal, it is sufficient to transport the solids if rectangular conveyor ribs 2 are welded onto an inside.
- baffles parallel to the pipe axis can normally be dispensed with.
- a square tube 1 with conveyor 2 and baffle ribs 3 is shown in cross and longitudinal section.
- the length of the flat surfaces in cross section is particularly preferably 80 to 200 mm.
- the tubes according to the invention are connected in parallel to enlarge the heat exchange surface.
- a longitudinal section through such a heat exchanger is shown in Fig. 5.
- the interconnected pipes 10 are normally surrounded by a cylindrical sleeve 11.
- the reactor is operated horizontally.
- a heat exchange is to take place between two solid products.
- the heat-emitting product is fed in via the hopper 12 and passes through the reactor from left to right.
- there is an analog feed device for the cold product on the right side (not shown here); during the passage through the tubes 10 from right to left, it absorbs heat and exits the heat exchanger via the outlet opening 13.
- the product feed device 14 effects a uniform metering.
- the metering 14 always ensures that the filling height in the pipes 10 always remains constant over the entire length, and that all pipes which are flowed through by the same product are also filled to the same extent, if at all A correction of the quantity may be necessary for the outer tubes of the insert, since these tubes do not heat in the same way on all sides transition are involved.
- a section 7-7 through the heat exchanger in Fig. 5 with triangular tubes is shown in Fig. 6, with square tubes in Fig. 7.
- the product to be heated flows through the tubes 10a, and the product to be cooled flows through the tubes 10b in the opposite direction.
- the cross-sectional areas can also be different in a reactor with heat transfer between a solid and a liquid or gaseous medium (FIG. 8).
- the tubes 12a are combined in a band-like manner; the solid medium is guided through them.
- the heating or cooling gas or the liquid flows around them on all sides.
- the densest packing was dispensed with here in order to reduce the flow rate z. B. to reduce the gas.
- This structure is particularly preferred when the solid substance flowing through an insert according to FIG. 10 is to give off or absorb its heat to a liquid or a gas, for which of course no tubular guide is necessary.
- a liquid medium the gap between two inserts according to FIG. 10 can be small.
- the second medium is a gas, it can be useful if there are ribs on the outside of the plate inserts according to FIG. 10 in order to enlarge the heat exchange surface.
- these pipes can achieve heat transfer coefficients of over 100 W - m - 1 - K- 1 in relation to the entire pipe area.
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Rohres, das um eine Achse, die innerhalb oder ausserhalb des Rohres liegen kann, parallel zum Rohr verlaufend drehbar ist, dessen Rohrmantel aus ebenen Flächen zusammengesetzt ist zur indirekten Wärmebehandlung von pulvrigem bis körnigem, rieselfähigem Gut und die Verwendung eines Wärmetauschers, der aus solchen Rohren aufgebaut ist.The invention relates to the use of a tube which can be rotated parallel to the tube about an axis which can be inside or outside the tube, the tube shell of which is composed of flat surfaces for indirect heat treatment of powdery to granular, free-flowing material and the use of a Heat exchanger that is constructed from such tubes.
Es ist bekannt, pulvriges bis körniges, rieselfähiges Gut in einem Drehrohrofen, dessen Achse horizontal oder schräg verlaufen kann, wärmezubehandeln. Dabei kann es zu einem direkten oder indirekten Wärmeübergang kommen. Ein indirekter Wärmeübergang liegt dann vor, wenn der Übergang von dem zu behandelnden Feststoff auf ein flüssiges oder gasförmiges Medium oder einen anderen Feststoff über eine Trennwand hin erfolgt, also eine direkte Berührung mit dem zu behandelnden Stoff durch das Wärmeübertragungsmedium vermieden wird.It is known to heat-treat powdery to granular, free-flowing material in a rotary kiln, the axis of which can run horizontally or obliquely. This can lead to direct or indirect heat transfer. Indirect heat transfer occurs when the transition from the solid to be treated to a liquid or gaseous medium or another solid takes place via a partition, ie direct contact with the substance to be treated by the heat transfer medium is avoided.
Der Drehrohrofen kann zur Vergrösserung der Oberfläche in parallel geschaltete Kammern unterteilt sein. Ein kontinuierlicher Verfahrensablauf ist bevorzugt; daher sind in bekannten Drehrohröfen Förderelemente für das zu behandelnde Produkt vorhanden; üblicherweise sind das im (zylindrischen) Rohr an der Innenseite anliegende Wendel. Man weiss, dass es sehr wesentlich ist, dass das zu behandelnde Gut im Rohr gut durchmischt wird, um eine gleichmässige Behandlung und einen guten Wärmeübergang zu erreichen und um eine Schädigung des Gutes zu vermeiden. Daher sind bei bekannten Wärmetauschern zur Verbesserung der Mischwirkung zusätzlich zu den wendelförmigen Förderelementen noch parallel zum Rohrmantel Leitbleche oder Stangen oder andere Schikanen vorhanden, wodurch beim Drehen des Rohres eine bessere Vermischung erreicht wird.The rotary kiln can be divided into chambers connected in parallel to increase the surface. A continuous process is preferred; Therefore, conveying elements for the product to be treated are present in known rotary kilns; Usually, these are the helix in the (cylindrical) tube on the inside. It is known that it is very important that the material to be treated is thoroughly mixed in the tube in order to achieve uniform treatment and good heat transfer and to avoid damage to the material. Therefore, in known heat exchangers to improve the mixing effect, in addition to the helical conveying elements, baffles or rods or other baffles are also provided parallel to the tube jacket, as a result of which better mixing is achieved when the tube is turned.
Es ist auch bekannt, dass die Wärmeaustauschfläche eines Apparats dadurch vergrössert wird, dass statt eines Einzelrohres mit einem grossen Querschnitt mehrere kleinere Rohre zu einem Bündel parallel geschaltet sind; auch bei einem solchen rotierenden Bündel wird von einem Drehrohrofen gesprochen.It is also known that the heat exchange area of an apparatus is increased in that several smaller tubes are connected in parallel to form a bundle instead of a single tube with a large cross section; Such a rotating bundle is also referred to as a rotary kiln.
In der US-A-2 899 176 sind runde Rohre mit Förderelementen beschrieben, bei denen die Hauptwärmemenge durch die Förderelemente übertragen wird. Die Einsätze sind recht aufwendig.US-A-2 899 176 describes round tubes with conveying elements in which the main amount of heat is transferred through the conveying elements. The stakes are quite complex.
Ebene Flächen bei Wärmetauschern für die Behandlung von Gasen und Flüssigkeiten sind nach FR-A-489 266 oder AU-B-481 237 bekannt. Zwischen dem Wärmeübergang von Feststoff zum Rohr und Flüssigkeit oder Gas zum Rohr bei Drehöfen bestehen erhebliche Unterschiede.Flat surfaces in heat exchangers for the treatment of gases and liquids are known according to FR-A-489 266 or AU-B-481 237. There are considerable differences between the heat transfer from solid to pipe and liquid or gas to pipe in rotary kilns.
Die Wärmeübergangszahlen in feststehenden waagerechten Rohren, durch die Gase oder Flüssigkeiten geleitet werden, sind ohne weiteres mit denen in drehenden Rohren vergleichbar, während bei Feststoffen in Rohren immer die Drehbewegung zur Bestimmung der Wärmeübergangszahlen notwendig ist.The heat transfer coefficients in fixed horizontal pipes through which gases or liquids are passed are easily comparable with those in rotating pipes, while with solids in pipes the rotary movement is always necessary to determine the heat transfer coefficients.
Der Kühler, wie er in US-A-1 769412 beschrieben wird, zeigt runde Rohre mit Wendeln, die keine Anregung geben, die Rohre eckig auszuführen und die ebenen Flächen mit Leitblechen zu versehen.The cooler, as described in US-A-1 769412, shows round tubes with spirals which give no suggestion to make the tubes square and to provide the flat surfaces with baffles.
Es wurde nun gefunden, dass ein Rohr oder ein Wärmeaustauscher der aus mehreren parallel geschalteten Rohren besteht, vorteilhafte Eigenschaften aufweist, wenn der Rohrmantel aus ebenen Flächen zusammengesetzt ist und schräg zur Rohrachse mindestens auf einer inneren Rohrmantelfläche Leitbleche vorhanden sind. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Rohr zur indirekten Wärmebehandlung von pulvrigem bis körnigem, rieselfähigem Gut, das um eine Achse, die inner- oder ausserhalb des Rohres liegen kann, parallel zum Rohr verlaufend, drehbar ist und dessen Rohrmantel aus ebenen Flächen zusammengesetzt ist und schräg zur Rohrachse mindestens auf einer inneren Rohrmantelfläche Leitbleche vorhanden sind. Ganz besonders bevorzugt sind Rohre, deren Querschnitte quadratisch oder gleichseitig dreieckig sind. Ein aus den erfindungsgemässen Rohren aufgebauter Wärmeaustauscher ist für den Wärmeaustausch mit einem anderen Festmedium besonders geeignet, wenn in dichtester Packung gleichseitige Dreiecke oder Quadrate zusammengeschaltet sind, die so durchströmt werden, dass nicht zwei vom gleichen Medium durchströmte Rohre mit einer Seite aneinander stossen. Bei einem Wärmeübergang auf ein flüssiges oder gasförmiges Medium kann eine zeilenförmige Anordnung der erfindungsgemässen Rohre sinnvoll sein. Der Abstand zwischen zwei solchen Rohrflächenbündeln kann entsprechend den Wärmeübertragungsbedingungen frei gewählt werden.It has now been found that a pipe or a heat exchanger which consists of a plurality of pipes connected in parallel has advantageous properties if the pipe jacket is composed of flat surfaces and baffles are present at least on an inner pipe jacket surface at an angle to the pipe axis. The invention therefore relates to a tube for indirect heat treatment of powdery to granular, free-flowing material which runs parallel to the tube, can be rotated about an axis which can be inside or outside the tube, and whose tube jacket is composed of flat surfaces and inclined baffles are provided on the pipe axis at least on an inner pipe surface. Pipes whose cross sections are square or equilateral triangular are very particularly preferred. A heat exchanger constructed from the pipes according to the invention is particularly suitable for heat exchange with another solid medium if equilateral triangles or squares are interconnected in the densest packing, which are flowed through in such a way that two pipes through which the same medium does not abut on one side. In the case of heat transfer to a liquid or gaseous medium, a line-shaped arrangement of the tubes according to the invention can be useful. The distance between two such tube surface bundles can be chosen freely according to the heat transfer conditions.
Das erfindungsgemässe Rohr mit ebenen Flächen hat gegenüber dem bekannten zylindrischen Rohr einige Vorteile, die besonders zum Tragen kommen, wenn mehrere solcher Rohre parallel geschaltet sind. Bei gleichem Querschnitt ist die Wärmeaustauschfläche grösser. Bei geringerem Aufwand als bei zylindrischen Rohren kann die Förder- und Mischleistung durch einfache Einbauten verbessert werden. Während bei einem kreisförmigen Rohr aus herstellungstechnischen Gründen praktisch immer eine an der ganzen Innenwand umlaufende Wendel erforderlich ist und zur Erhöhung der Mischwirkung Schikanen an der Wand erforderlich sind, reicht es bei einem drei-oder viereckigen Rohr aus, wenn an einer Rohrinnenwand schräg zur Achse verlaufend Bleche angebracht sind. Das Verweilzeitspektrum wird durch das Weglassen von Förderelementen auf einigen Innenseiten nicht wesentlich verbreitert.The tube according to the invention with flat surfaces has several advantages over the known cylindrical tube, which are particularly useful when several such tubes are connected in parallel. With the same cross-section, the heat exchange surface is larger. With less effort than with cylindrical pipes, the conveying and mixing performance can be improved by simple installations. While a circular tube running around the entire inner wall is practically always required for a circular tube for manufacturing reasons and baffles on the wall are required to increase the mixing effect, it is sufficient for a triangular or square tube if a tube inner wall extends obliquely to the axis Sheets are attached. The dwell time spectrum is not significantly broadened by the omission of conveyor elements on some inner sides.
Wegen der Förderelemente wird der erfindungsgemässe Drehrohrofen in der Regel waagerecht betrieben. Er kann ohne Schwierigkeiten im Gleich- oder Gegenstrom auch von festem Gut durchströmt werden. Fertigungstechnisch ist es erheblich weniger aufwendig, wenn nur auf einer ebenen Innenwand rechteckige Leitbleche angebracht werden müssen, als wenn eine durchgehende Wendel am Innenrohr befestigt werden muss. Solche Rohre können auch ohne Schwierigkeiten mit einem sehr kleinen Querschnitt hergestellt werden. Die Wärmeaustauschfläche kann bei gegebenem Querschnitt des Ofens dadurch beträchtlich erhöht werden; ausserdem wird noch die Durchmischung gegenüber runden Rohren erhöht. Die Kanten, wo die ebenen Mantelflächen zusammenstossen, wirken wie Schikanen. Es hat sich gezeigt, dass bei den erfindungsgemässen Rohren auf Stäbe oder weitere Leitbleche meistens verzichtet werden kann. Trotz der unüblichen Rohrform lässt sich ein Reaktor aus den erfindungsgemässen Rohren wirtschaftlicher als mit runden Rohren gleicher Leistung herstellen.Because of the conveying elements, the rotary kiln according to the invention is generally operated horizontally. Solid material can also flow through it in cocurrent or countercurrent without difficulty. In terms of production technology, it is considerably less complex if rectangular guide plates only have to be attached to a flat inner wall than if a continuous helix are attached to the inner tube got to. Such tubes can also be produced with a very small cross section without difficulty. The heat exchange surface can be increased considerably for a given cross section of the furnace; In addition, the mixing compared to round tubes is increased. The edges where the flat outer surfaces meet look like chicanes. It has been shown that in the tubes according to the invention it is usually possible to dispense with rods or further guide plates. Despite the unusual tube shape, a reactor can be produced more economically from the tubes according to the invention than with round tubes of the same output.
Bei der Dimensionierung des Wärmeaustauschers treten keine Probleme auf; einige Bedingungen für einen optimalen Wärmeübergang sind jedoch besonders gut anpassbar. Ein solcher Wärmeaustauscher lässt sich sowohl für einen indirekten Wärmeaustausch mit einem Gas oder einer Flüssigkeit oder auch mit einem anderen festen Stoff besonders gut anpassen. Der dreieckige und rechteckige Querschnitt der Rohre ist bevorzugt. Die an sich naheliegende sechseckige bienenwabenartige Anordnung in einem Wärmeaustauscher ist weniger geeignet. Selbst Rohre mit wenigen Zentimeter Seitenlänge lassen sich realisieren.There are no problems with the dimensioning of the heat exchanger; however, some conditions for optimal heat transfer are particularly adaptable. Such a heat exchanger can be adapted particularly well both for indirect heat exchange with a gas or a liquid or with another solid substance. The triangular and rectangular cross section of the tubes is preferred. The obvious hexagonal honeycomb arrangement in a heat exchanger is less suitable. Even pipes with a side length of a few centimeters can be realized.
Zur Herstellung der Rohrbündel in einem Reaktor reicht es meist aus, wenn entsprechend gefaltete Bleche aussen verschweisst oder verschraubt werden. Es kann dann zwar auftreten, dass über die aneinanderstossenden Kanten Gut von einem Rohr in das benachbarte Rohr gelangt; durch die Rotation ändert sich aber am Füllgrad der einzelnen Rohre wenig. Dass es wichtig ist, das zu behandelnde Gut auf die einzelnen Rohre zu dosieren und die Rohre nicht zu überfüllen, ist dem Fachmann bekannt. Ob die beiden Produktströme in gleiche Richtung oder einander entgegenfliessen, ist bei dem erfindungsgemässen Wärmetauscher ohne Belang. Beide Möglichkeiten sind in einfacher Weise realisierbar.To produce the tube bundles in a reactor, it is usually sufficient if correspondingly folded sheets are welded or screwed on the outside. It can then occur that good passes from one tube into the adjacent tube via the abutting edges; the rotation changes little in the degree of filling of the individual tubes. The skilled worker is aware that it is important to dose the material to be treated onto the individual pipes and not to overfill the pipes. It is irrelevant in the heat exchanger according to the invention whether the two product flows flow in the same direction or counter to one another. Both options can be implemented in a simple manner.
Bei einem indirekten Wärmeübergang auf ein gasförmiges Medium kann es erforderlich sein, die Spalten, durch die das Gas strömt verhältnismässig eng zu machen, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums zu erreichen. Wegen der ebenen Begrenzungsflächen der Rohre ist es leicht möglich, die Abstände zwischen den Rohren sehr gleichmässig auszubilden, was bei runden Rohren niemals möglich ist (in Sonderfällen sind dort sogar doppelmantelige Rohre erforderlich).In the case of indirect heat transfer to a gaseous medium, it may be necessary to make the gaps through which the gas flows relatively narrow in order to achieve a high flow rate of the gaseous medium. Because of the flat boundary surfaces of the pipes, it is easy to make the distances between the pipes very even, which is never possible with round pipes (in special cases, double-walled pipes are even required there).
Die Form der erfindungsgemässen Rohre erlaubt eine besonders einfache Herstellung der Wärmeaustauschereinsätze.The shape of the tubes according to the invention allows the heat exchanger inserts to be produced in a particularly simple manner.
Die Erfindung ist im folgenden weiter beispielhaft beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1: Vierkantrohr mit Förderrippen;
- Fig. 2a, 2b: Vierkantrohr mit Förder- und Staurippen;
- Fig. 3: Dreieckrohr mit Förderrippen;
- Fig. 4a, 4b, 4c: Dreieckrohr mit Förder- und Staurippen;
- Fig. 5: Längsschnitt durch einen Feststoff-Feststoffwärmetauscher (Schnitt 5-5 nach Fig. 7);
- Fig. 6: Querschnitt durch einen Feststoff-Feststoffwärmetauscher mit Dreieckrohren;
- Fig. 7: Querschnitt durch einen Feststoff-Feststoffwärmetauscher mit Viereckrohren (Schnitt 7-7 nach Fig. 5);
- Fig. 8: Querschnitt durch einen Feststoff Gas-oder Flüssigkeitswärmetauscher;
- Fig. 9: Viereckigen Rohreinsatz für Wärmetauscher;
- Fig. 10: Viereckigen Rohreinsatz für Wärmetauscher;
- Fig. 11: Dreieckiger Rohreinsatz für Wärmetauscher.
- Fig. 1: Square tube with ribs;
- Fig. 2a, 2b: square tube with conveying and storage ribs;
- Fig. 3: triangular tube with ribs;
- 4a, 4b, 4c: triangular tube with conveying and retaining ribs;
- 5 shows a longitudinal section through a solid-to-solid heat exchanger (section 5-5 according to FIG. 7);
- Fig. 6: cross section through a solid-solid heat exchanger with triangular tubes;
- Fig. 7: cross section through a solid-solid heat exchanger with square tubes (section 7-7 according to Fig. 5);
- 8: cross section through a solid gas or liquid heat exchanger;
- Fig. 9: Square tube insert for heat exchangers;
- Fig. 10: Square tube insert for heat exchangers;
- Fig. 11: Triangular tube insert for heat exchangers.
In Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemässes Rohr 1 mit quadratischem Querschnitt dargestellt. Zum Transport des Feststoffes genügt es bei waagerecht liegendem Rohr, wenn auf einer Innenseite rechteckige Förderrippen 2 aufgeschweisst sind. Insbesondere kann auf Schikanen parallel zur Rohrachse im Normalfall verzichtet werden.In Fig. 1, a tube 1 according to the invention is shown schematically with a square cross section. When the pipe is horizontal, it is sufficient to transport the solids if
In Fig. 2 ist in Quer- und Längsschnitt ein Vierkantrohr 1 mit Förder- 2 und Staurippen 3 dargestellt.In Fig. 2, a square tube 1 with
Auch bei einem Dreieckrohr 4, in Fig. 3 hier mit gleichseitigem Querschnitt, ist es normalerweise ausreichend, wenn an einer Innenseite Förderrippen 5 vorhanden sind.Even with a
Fig. 4 zeigt ein Dreieckrohr 4 mit Förderrippen 5 und Staurippen 6.4 shows a
Die Länge der ebenen Flächen im Querschnitt beträgt besonders bevorzugt 80 bis 200 mm.The length of the flat surfaces in cross section is particularly preferably 80 to 200 mm.
In vielen Fällen werden die erfindungsgemässen Rohre zur Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche parallel geschaltet. Ein Längsschnitt durch einen solchen Wärmeaustauscher ist in Fig. 5 dargestellt. Die zusammengeschalteten Rohre 10 sind im Normalfall mit einer zylindrischen Hülle 11 umgeben. Der Reaktor wird waagerecht liegend betrieben. In diesem Beispiel soll ein Wärmeaustausch zwischen zwei festen Produkten stattfinden. Das wärmeabgebende Produkt wird in diesem Beispiel über den Einfülltrichter 12 aufgegeben und durchläuft den Reaktor von links nach rechts. Spiegelbildlich dazu ist auf der rechten Seite (hier nicht gezeichnet) eine analoge Aufgabevorrichtung für das kalte Produkt vorhanden; während des Durchlaufes durch die Rohre 10 von rechts nach links nimmt es Wärme auf und tritt über die Austrittsöffnung 13 wieder aus dem Wärmetauscher aus. Die Produktaufgabevorrichtuhg 14 bewirkt eine gleichmässige Zudosierung. Abgestimmt auf die Fördervorrichtungen 15 in den Rohren ist durch die Dosierung 14 immer gewährleistet, dass die Füllhöhe in den Rohren 10 auf der ganzen Länge immer konstant bleibt, und dass auch alle Rohre, die vom gleichen Produkt durchströmt werden, gleich gefüllt sind, allenfalls an den äusseren Rohren des Einsatzes kann eine Korrektur der Menge erforderlich sein, da diese Rohre nicht allseitig in gleicher Weise an Wärmeübergang beteiligt sind. Ein Schnitt 7-7 durch den Wärmeaustauscher in Fig. 5 mit Dreieckrohren ist in Fig. 6, mit quadratischen Rohren in Fig. 7 dargestellt. Die Rohre 10a werden von dem aufzuheizenden Produkt, die Rohre 10b von dem abzukühlenden Produkt in entgegengesetzter Richtung durchströmt.In many cases, the tubes according to the invention are connected in parallel to enlarge the heat exchange surface. A longitudinal section through such a heat exchanger is shown in Fig. 5. The
Während bei Feststoff/Feststoffwärmetauschern die von den beiden Medien durchströmten Rohre grössenordnungsmässig gleich gefüllt sind und gleichen Querschnitt haben, können bei einem Reaktor mit einem Wärmeübergang zwischen einem festen und einem flüssigen oder gasförmigen Medium (Fig. 8) die Querschnittsflächen auch unterschiedlich sein. Die Rohre 12a sind in diesem Fall bandartig zusammengefasst; durch sie wird das feste Medium geführt. Sie sind allseitig von dem Heiz- oder Kühlgas oder der Flüssigkeit umströmt. Auf die dichteste Packung wurde hier verzichtet, um die Strömungsgeschwindigkeit z. B. des Gases herabzusetzen.While in solid / solid heat exchangers the pipes through which the two media flow are of the same magnitude and have the same cross-section, the cross-sectional areas can also be different in a reactor with heat transfer between a solid and a liquid or gaseous medium (FIG. 8). In this case, the tubes 12a are combined in a band-like manner; the solid medium is guided through them. The heating or cooling gas or the liquid flows around them on all sides. The densest packing was dispensed with here in order to reduce the flow rate z. B. to reduce the gas.
Bei den erfindungsgemässen Wärmeaustauschern ist es möglich, die Einsätze scheibenweise aus gleichen Elementen aufzubauen. Bei Rohren mit einem quadratischen Querschnitt wie in Fig. 9 oder 10, werden zwei Bleche 10, 21 rechtwinklig gefaltet und an ihren Enden verschweisst 22 oder verschraubt 22a.In the heat exchangers according to the invention, it is possible to construct the inserts in disks from the same elements. In pipes with a square cross section as in FIG. 9 or 10, two
Selbst wenn dort, wo zwei Kanten aneinanderstossen, in manchen Bereichen ein kleiner Spalt bleibt, wird die Funktionsweise der Wärmeaustauschrohre dadurch kaum gestört, da durch alle von den Platten 20, 21 gebildeten Rohre der gleiche Produktstrom geht und durch die Rotation sich kein Überschuss zwischen zwei Rohren ausbilden kann. Baut man aus Einsätzen nach Fig. 9 einen Wärmeaustauscher auf, so sind die Querschnittsflächen für die beiden Medien gleich. Ein solcher Wärmeaustauscher ist auch mit Einsätzen nach Fig. 10 erreichbar, wenn die Einsätze an ihren Spitzen zusammenstossen und aussen miteinander verschweisst oder verschraubt sind. Einsätze nach Fig. 10 können jedoch auch so zusammengeschaltet werden, dass die Spitzen des oberen Einsatzes in die «Täler» des unteren Einsatzes fallen und so ein beliebig einstellbarer Spalt zwischen beiden Einsätzen entsteht. Dieser Aufbau wird besonders dann bevorzugt, wenn der durch einen Einsatz nach Fig. 10 strömende feste Stoff seine Wärme an eine Flüssigkeit oder ein Gas abgeben bzw. aufnehmen soll, für das natürlich keine rohrförmige Führung notwendig ist. Bei einem flüssigen Medium kann der Spalt zwischen zwei Einsätzen nach Fig. 10 klein sein. Handelt es sich bei dem zweiten Medium um ein Gas, kann es sinnvoll sein, wenn an den Platteneinsätzen nach Fig. 10 aussen Rippen vorhanden sind, um die Wärmeaustauschfläche zu vergrössern.Even if there is a small gap in some areas where two edges meet, the functionality of the heat exchange tubes is hardly disturbed, since the same product flow goes through all the tubes formed by the
Die gleiche Vielfalt wie bei Platten aus viereckigen Rohren nach Fig. 10 kann auch bei Platten mit dreieckigen Rohren nach Fig. 11 erreicht werden. Auch hier genügt es normalerweise wieder, wenn die beiden Platten 23, 24 an ihren Enden 25 verschweisst oder 25 a) verschraubt sind. Werden diese Platten dicht aufeinander gestapelt und seitlich miteinander verschweisst oder verschraubt, erhält man einen Wärmeaustauscher, dessen Querschnittsfläche für beide Medien verhältnismässig gleich ist und der besonders für einen Feststoff/Feststoffwärmetauscher in Frage kommt. Kommt es dagegen zu einem Wärmeübergang auf ein flüssiges oder gasförmiges Medium, so können die einzelnen Abstände auch in einem grösseren Abstand voneinander angebracht sein, wie es beispielsweise auch in Fig. 8 angedeutet ist, oder es können auch die Einsätze nach Fig. 11 so zusammengesetzt werden, dass die Spitzen ineinander greifen bzw. die ebenen Grundflächen einander gegenüber stehen, wodurch sich präzise sehr kleine Abstände einhalten lassen. Bei einer Reparatur am Wärmeaustauscherbündel ist die Wärtungsfreundlichkeit der erfindungsgemässen Einsätze besonders auffällig.The same variety as for plates made of square tubes according to FIG. 10 can also be achieved for plates with triangular tubes according to FIG. 11. Again, it is usually sufficient if the two
Generell lässt sich sagen, dass sich mit diesen Rohren Wärmeübergangszahlen über 100 W - m -1 - K-1 bezogen auf die ganze Rohrfläche erzielen lassen.In general, it can be said that these pipes can achieve heat transfer coefficients of over 100 W - m - 1 - K- 1 in relation to the entire pipe area.
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