HU210593B - Heat exchanger apparatus and method for operating a heat exchanging process - Google Patents

Description

alább részben olyan szerelvényekből (1) van kiképezve, amelyek egy első csövet (4) tartalmaznak, amelynek egyik vége (16) a cső (8) oldalfalában kiképezett nyíláshoz van csatlakoztatva, másik vége (18) záróelemként kiképezett fejrésszel (12) van ellátva, tartalmaznak továbbá egy második csövet (2), amelynek egyik vége (20) a válaszfalban (14) kiképezett nyíláshoz (24), másik vége (22) pedig az első csőbe (4) nyúlóan, annak fejrészétől (12) adott távolságra végződóén, és az első cső (4) és a második cső (2) között körgyűrű alakú teret (28) képezóen van elhelyezve.

A találmány szerinti eljárás lényege, hogy hőcserélő folyadékként folyékony ammóniát vezetünk be a tartály (34) falában kiképezett folyadék-bemeneten (30) keresztül, majd a hőcserélő folyadékot egy sor szerelvényként (1) kiképezett első hőcserélő sorba elosztva továbbítjuk, innen egy második, az első hőcserélő esősorral koncentrikusan elhelyezett második hőcserélő esősorba vezetjük úgy, hogy az első és második hőcserélő sorokat képező szerelvények (1) belső körgyűrű alakú terén (28) is átáramoltatjuk, majd a gyűjtőcsövön (7) elvezetjük a hőcsere közben kialakult folyékony ammónia és ammóniagőz keverékét.

A találmány tárgya hőcserélő berendezés, valamint eljárás a hőcserélő folyamat végrehajtására, előnyösen fermentálás során. Maga a berendezés mindenféle hőátvitelt és hőcserét igénylő egyéb folyamatnál is alkalmazható.

Számos olyan ipari folyamat van, ahol olyan keverőtartályt alkalmaznak, ahol a hőt a tartályban lévő folyadékból viszik át függőlegesen, adott esetben terelőelemekkel ellátott csöveken keresztül további felhasználásra. Ezek a függőleges csövek általában csőkígyóként vannak kiképezve, és olyan terelőelemekkel vannak ellátva, amely terelőelemek lehetővé teszik egyrészt, hogy a tartályban a folyadék keveredjen anélkül, hogy a forgó elemek körül örvény keletkezne, másrészt pedig hőátadó felületet is képeznek.

A GB 422 571 számú szabadalmi leírás is ilyen függőlegesen elrendezett csőkötegeket alkalmazó hőcserélő berendezést ismertet, amely szintén tartalmaz terelőelemeket is, maguk a hőcserélő csövek rekeszekre vannak osztva, és a terelőelemek úgy vannak kialakítva, hogy lehetővé teszik, hogy a tartályban megfelelő cik-cakk vonalban áramoljon a folyadék. Ennél a hőcserélő berendezésnél még vannak vízszintes csövek is, amelyeknek szerepe az, hogy fűtse elő a bejövő folyadékot, és azt a hőt használja fel, amely veszteségként keletkezne.

A függőleges csőelrendezéseknél hátrány az, hogyha nagyobb hőmérsékletkülönbség van a keverőtartályban lévő folyadék és a csőkígyóban lévő folyadék között, a csőkígyó számára nincs biztosítva a megfelelő hőtágulás. A hő hatására történő tágulás, illetve összehúzódás igen komoly problémát jelent ezeknél a berendezéseknél, különösen ott, ahol hosszú csöveket alkalmaznak, és ezek a hosszú csövek csőkötegekbe vannak összefogva. Ezeknél a csőkötegeknél a bemeneti és a kimeneti fejrészek éppen ezért igen gyakran törnek és repedeznek. Az U-alakú csőkötegeknél a hőtágulás hatására ébredő feszültségek kisebbek ugyan, ezeknek a tervezése azonban meglehetősen bonyolult, és a csőköteg külső méretei korlátozzák a hőátadást. Az U-alakú csőből kialakított csőkötegeknél tehát a hőátadás hatásfoka az, ami viszonylag kicsi, így alkalmazásuk esetén igen sok csőkötegre van szükség ahhoz, hogy a megfelelő hőátadás biztosítva legyen.

A találmány célja, hogy a már előbb említett GBPS 422 571 számú leírásban ismertetett hőcserélőt oly módon fejlessze, továbbá, hogy a hőtágulással kapcsolatos hiányosságokat kiküszöbölje, továbbá a hőátadás hatásfokát is javítsa.

A találmány szerinti megoldáshoz az a felismerés vezetett, hogy ha a csőkötegeket olyan szerelvényként képezzük ki, amelyek lényegében két csőből állnak, amelyek egymáshoz képest el tudnak mozdulni, akkor a hőátadással kapcsolatos hiányosságokat javítani tudjuk. Másrészt pedig felismertük azt, hogy jobb hőcsere valósítható meg akkor, ha a függőleges csőkötegekhez a vízszintes csövek úgy vannak csatlakoztatva, hogy a vízszintes csövek egymással egy a tartály belsejében íveken elhelyezett tápvezetékkel, illetőleg gyűjtővezetékkel is össze vannak kapcsolva. A találmány tehát hőcserélő berendezés, amely folyadékot tartalmazó tartályt, benne elhelyezett, rekeszekre osztott célszerűen függőleges csővezetéket tartalmaz, amely csővezeték célszerűen vízszintesen elrendezett csővezetékkel van összekapcsolva, amelyen folyadék-bemenet és folyadékkimenet van kiképezve.

A találmány szerinti hőcserélő berendezés lényege abban van, hogy a célszerűen vízszintes csővezeték legalább részben belső válaszfallal bemeneti kamrára és kimeneti kamrára osztott csövekből van kiképezve, a bemeneti kamrák a folyadék-bemenetre vannak csatlakoztatva, a kimeneti kamrák a folyadék-kimenetre vannak elvezetve, a célszerűen függőleges csővezeték legalább részben olyan szerelvényekből van kiképezve, amelyek egy első csövet tartalmaznak, amelynek egyik vége a cső oldalfalában kiképezett nyíláshoz van csatlakoztatva, másik vége záróelemként kiképezett fejrésszel van ellátva, tartalmaznak továbbá egy második csövet, amelynek egyik vége a válaszfalban kiképezett nyíláshoz, másik vége pedig a első csőbe nyúlóan, annak fejrészétől adott távolságra végzódóen, és a első cső és a második cső között körgyűrű alakú teret képezően van elhelyezve. Ezzel a megoldással tehát a folyadékáram útja úgy valósítható meg, hogy a bemeneti kamrából a második csövön keresztül folyik a folyadék, ezt követően az első és a második csőelem között képződő körgyűrű alakú téren áramlik át, majd a kimeneti kamrába.

HU 210 593 B

Előnyös a találmány egy olyan kiviteli alakja, ahol a tartály a hossztengelye körül hengeres felületet képezően van kialakítva, és a folyadék-bemenet felszálló tápcsöveken és egy, a tartály belsejében körív mentén elhelyezett tápvezetéken keresztül van a bemeneti kamrákkal összekapcsolva, továbbá össze van kapcsolva a tartály oldalfalán kivezetett tápcsatornával, a folyadék-kimenet egy, szintén a tartály belsejében íveken vezetett gyűjtőcsövön és felszálló szívócsöveken keresztül van a kimeneti kamrákkal csatlakoztatva, továbbá össze van kapcsolva még egy, a tartály oldalfalán kivezetett szívócsővel.

Ugyancsak előnyös a találmány, ha a folyadék-kimenetre csővezetéken egy gázkompresszor, ehhez további csővezetéken egy kondenzáló berendezés van csatlakoztatva, amelynek a kimenete a folyadék-bemenettel van összekapcsolva.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint a csövek sugárirányban vannak elhelyezve, és mindegyik cső több szerelvénnyel van csőköteget képezően ellátva, és mindegyik cső külön felszálló tápcsövön van a tápvezetékkel és külön felszálló szívócsővel van gyöjtőcsővel összekapcsolva.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint a felszálló tápcsövek és a tápvezetékek a csövek mentén a tartály hossztengelyéhez sugárirányban közelebb vannak elhelyezve, mint a felszálló szívócsövek és a gyújtócső.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint az első cső és a második cső közötti körgyűrű alakú térbe távtartók vannak elhelyezve.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint a tartály egy felső részből és egy alsó részből áll, és a folyadék-bemenet és a folyadék-kimenet a tartály alsó részében van elhelyezve, és az első csövek és a második csövek fölfelé nyúlóan vannak a tartályban elrendezve.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint a hőcserélő berendezés tartalmaz egy tengelyt, amely a tartályban központosán van elhelyezve, ehhez a tengelyhez hajtómű van csatlakoztatva, míg a tengelyen terelő elemek vannak elrendezve, amely terelő elemeknek az átmérője kisebb, mint a csőkötegek legkisebb átmérője.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint tápközeg, szén bevitelére bemenetek vannak kiképezve, továbbá el van látva egy gáz-bemenettel is, továbbá a fermentátum elvezetésére a tartály alsó részében van kimenet kiképezve, míg a tartály felső részéhez habmentesítő szerkezet van csatlakoztatva.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakja szerint ammónia tápforrás van a folyadék-bemenetre csatlakoztatva.

A találmány tárgya továbbá eljárás hőcserélő folyamat végrehajtására, előnyösen fermentálás során az előzőekben felsorolt berendezés alkalmazásával.

A találmány szerinti eljárás lényege abban áll, hogy hőcserélő folyadékként folyékony ammóniát vezetünk be a tartály falában kiképezett folyadék-bemeneten keresztül, majd a hőcserélő folyadékot egy sor szerelvényként kiképezett első hőcserélő sorba elosztva továbbítjuk, innen egy második, az első hőcserélő esősorral koncentrikusan elhelyezett második hőcserélő esősorba vezetjük úgy, hogy az első és második hőcserélő sorokat képező szerelvények belső körgyűrű alakú terén is átáramoltatjuk, majd a hőcsere során kialakult folyékony ammónia és ammóniagőz keverékét gyűjtőcsövön elvezetjük, adott esetben visszavezetjük a folyadék-bemenetre, továbbá adott esetben az ammóniagőzt lecsapatjuk és úgy vezetjük vissza a folyadék-bemenetére. Az ammónia és ammóniagőz és a keveréket célszerűen -1...+8 °C hőmérséklettartományban tartjukA találmányt a továbbiakban példaként! kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben.

Az 1. ábrán látható a találmány szerinti hőcserélő berendezés egy részének hosszmetszete, a

2. ábrán az 1. ábrán bejelölt 2-2 vonal mentén vett metszet látható, a

3. ábrán az 1. ábrán bejelölt 3-3 vonal mentén vett metszet látható, a

4. ábrán az 1. ábrán bejelölt 4-4 vonal mentén vett metszet látható, az

5. ábrán a találmány szerinti csőkötegek merevítőszerkezetének térbeli rajza látható, a

6. ábrán egy cső függőleges részlete látható kívülről,

7. ábrán az 1. ábrán Ί-Ί vonallal jelölt metszet látható, a

8. ábrán egy keverőtartályként kialakított kiviteli alak látható metszetben, a

9. ábrán a 8. ábra 9-9 vonal mentén vett metszete látható.

Az 1. ábrán látható a találmány szerinti hőcserélő berendezés egy példakénti kiviteli alakjának hosszirányú metszete. Látható egy 34 tartály, amely 34 tartály 32 oldalfalából nyúlik ki egy 30 folyadék bemenet, és ez van egy kívül vezetett 40 tápcsatornával összekapcsolva, és ugyancsak a 34 tartály 32 oldalfalán nyúlik ki a 36 folyadék kimenet, amely egy 11 szívócsőhöz van csatlakoztatva. A 30 folyadék bemenet egyrészt 42 tápvezetékkel van összekapcsolva, amelyet a további ábrákon részletesen bemutatunk majd, és 44 felszálló tápcsövön keresztül össze van kapcsolva egy célszerűen vízszintes 8 csővel. A 8 csőben 14 válaszfal van kiképezve, és a 8 csőnek a külső része 46 felszálló szívócsövön keresztül van egy a későbbiekben szintén részletesebben bemutatásra kerülő 7 gyűjtőcsőre csatlakoztatva, amely azután a 36 folyadék-kimenettel van összekapcsolva. Az 1. ábrán látható még egy 52 csőköteg amely a találmány szerint kialakított 1 szerelvényekből van összeállítva. Az 1. ábrán fel van még tüntetve a 34 tartály 138 hossztengelye is.

A 2. ábrán látható az 1. ábra 2-2 vonal mentén vett metszete, ahol már jól megfigyelhető, hogy egy 52 csőkötegen belül hogyan helyezkednek el az 1 szerelvények, valamint a vízszintes 8 csövek. A vízszintes 8 csöveken függőleges irányú nyílások vannak kiképezve, ezt majd részletesebben a 4. ábrán mutatjuk be, és

HU 210 593 B lényegében sugárirányban vannak egymás mellett elhelyezve, és megfelelő 90 és 92 merevítő bordákkal vannak a 34 tartály 32 oldalfalához rögzítve. Itt jól megfigyelhető, valamint a 3. ábrán szintén, hogy hogyan van a 32 oldalfal belsejében lényegében körív mentén a 7 gyűjtőcső vezetve, amelyhez a célszerűen vízszintes 8 csövek is csatlakoztatva vannak.

A 3. ábrán az 1. ábra 3-3 vonal mentén vett metszete látható, itt is megfigyelhetők a vízszintes 8 csövek, az 50 rudak, amelyeknek rögzítő szerepe van, valamint a 90 és 92 merevítő bordák.

A találmány egyik legfontosabb eleme a 4. ábrán látható, ahol is látható egy első 4 cső, továbbá egy második 2 cső, amelyek bajonettzárasan egymáshoz csatlakozó 1 szerelvényt képeznek. A második 2 cső egy 6 bemeneti kamrába nyúlik, amely 6 bemeneti kamra az osztott, itt vízszintesen elhelyezett vízszintes 8 cső egyik részét képezi. Az első 4 cső ugyanennek a 8 csőnek a 10 kimeneti kamrájába nyílik. Maga a folyadék mindenkor először a 6 bemeneti kamrába jut, és innen a második 2 csőbe. Ez a második 2 cső a nála nagyobb átmérőjű első 4 csőben van elhelyezve. A belépő folyadék tehát fölfelé áramlik a második 2 csövön keresztül, majd innen a 12 fejrészbejut, amely az első 4 cső másik 18 végét mint záróelemét képezi, itt az áramlás az irányát megváltoztatja, és a második 2 cső és az első 4 cső között kialakuló 28 körgyűrű alakú térbe lefelé áramlik. Az esetlegesen kialakuló hőtágulások számára van lényegében a 12 fejrész kiképezve, így tehát hőváltozás hatására létrejövő feszültség a továbbiakban már sehol sem keletkezik. Az első 4 cső és a második 2 cső gyakorlatilag tetszőleges irányban elhelyezhető, előnyös azonban, ha az első 4 cső és a második 2 cső függőlegesen helyezkednek el, úgy, hogy két folyadékfázis is továbbítható legyen. Maga a vízszintes 8 cső, amelyből természetesen számos helyezhető el egymás mellett, ahogyan ez a későbbi ábrákon majd látható is, tehát 14 válaszfallal van ellátva. Ez a 14 válaszfal a vízszintes 8 csőben célszerűen az átmérő mentén van elhelyezve, és a 8 csövet 6 bemeneti kamrára és 10 kimeneti kamrára osztja. A második 4 cső egy olyan célszerű elem, amelynek egyik 16 vége van a 8 csőhöz illesztve, másik 18 végénél van a zárószerelvénynél kiképezett 12 fejrész kialakítva. A második 2 cső lényegében egy olyan második csőszerű elemet képez, amelynek egyik 20 vége van a 14 válaszfalhoz csatlakoztatva, másik 22 vége pedig az első csőszerű elemként kiképezett első 4 cső 12 fejrészétől adott távolságra ér véget. A második 2 cső egyik 20 vége egy 24 nyíláshoz csatlakozik, amely a 14 válaszfalban van kiképezve. Ily módon a folyadékáram számára biztosítható a következő út: 2 bemeneti kamrából a második 2 cső 26 belső részén keresztül a második 2 cső és az első 4 cső közötti 28 körgyűrű alakú téren keresztül az első 4 cső belseje, és innen a 10 kimeneti kamra.

A 34 tartályba folyadék vagy folyadék-gőz keverék vezethető, és kialakítható például úgy, ahogyan ez a 8. ábrán részletesen bemutatásra kerül. A 34 tartály 32 oldalfala 38 hengeres felületként van kiképezve, ez a hengeres felület a 34 tartály 138 hossztengelye körül szimmetrikusan van elhelyezve. A 8. ábrán bemutatott tartálynál látható, hogy a 34 tartály méretezésénél a 34 tartály hosszát és átmérőjét ésszerű arányúra célszerű megválasztani. Tapasztalataink azt mutatták, hogy a 34 tartály hosszának és átmérőjének az aránya 0,1:1 - 10:1-ig terjedhet. Előnyös, ha a 34 tartály hosszának az aránya az átmérőjéhez fermentáló eljárások során 0,3 - 5:1-ig teijed, legelőnyösebb tartomány azonban az 1 - 4:1.

Az 1. és a 8. ábrákhoz visszatérve látható, hogy a 30 folyadék-bemenet egyrészt 40 tápcsatornához van csatlakoztatva, amely a 34 tartály 32 oldalfalán nyúlik ki, másrészt a 7. ábrán jól megfigyelhető módon körív mentén elrendezett ívalakú 42 tápvezetékhez van csatlakoztatva, és ez a 42 tápvezeték 44 felszálló tápcsövek segítségével van a vízszintes 8 cső 6 bemeneti kamrájához csatlakoztatva. Fermentálás során például egy sor e cső kerül alkalmazásra, és ugyanannyi 44 felszálló tápcső is, és ezek az egyes vízszintes 8 csöveket és az ívalakban elhelyezett 42 tápvezetéket kapcsolja össze. Célszerű, ha a 44 felszálló tápcsövek húr mentén helyezkednek el a 34 tartály belsejében, és ily módon vannak a vízszintes 8 csőnek a 34 tartály középvonalához közelebb eső végéhez csatlakoztatva.

A 36 folyadék kimenet 11 szívócsőhöz van csatlakoztatva, amely a 34 tartály 32 oldalfalából nyúlik ki, továbbá rá van csatlakoztatva egy 7 gyűjtőcsőhöz is, amely szintén ívelten van a 34 tartály belsejében, annak kerülete mentén, a 32 oldalfaltól adott távolságra elhelyezve. Maga a 7 gyűjtőcső előnyösen egy vagy több 1 szerelvény és a 32 oldalfal 38 hengeres felülete között helyezkedik el, lényegében tehát a vízszintes 8 cső mentén helyezkedik el sugárirányban, mint a 30 folyadék bemenet. A vízszintes 8 csövek 10 kimeneti kamrája 46 felszálló szívócsövekkel van a 7 gyűjtőcsővel összekapcsolva. Fermentálás során, amikor is sok vízszintes 8 cső van egymás mellett elhelyezve, a 46 felszálló szívócsövek száma megegyezik a 8 csövek számával.

A találmány szerinti berendezés azon kiviteli alakjánál, ahol a hőcserélő folyadék hűtőfolyadék, előnyösen ammónia, a 8. ábrán látható berendezéshez 202 gázkompresszor van a folyadéknak all szívócső felől történő elvezetésére és elterelésére kiképezve. A 202 gázkompresszor 206 vezetéken 204 kondenzáló berendezéssel van összekapcsolva, majd 208 vezetéken keresztül a kimeneten egy 210 szivattyúval van összekapcsolva, amely 210 szivattyú azután a 40 tápcsatornán keresztül a 30 folyadék bemenetre van visszavezetve.

Ugyancsak előnyös a találmánynak azon kiviteli alakja, ahol az egyes 8 csövek a 34 tartályban körülbelül sugárirányban vannak elrendezve, és célszerűen vannak csoportosítva. Egy-egy csoportban 3-12 vízszintes 8 cső helyezhető el, és az ezekből kiemelkedő 1 szerelvények képezik az 52 csőkötegeket. Az elrendezés célszerűen olyan, hogy az 52 csőkötegek közelebb legyenek a 34 tartály 32 oldalfalához, mint a belsejéhez. Az 1 szerelvények a vízszintes 8 csövekből célszerűen párhuzamosan nyúlnak ki, és a 34 tartály 138

HU 210 593 B hossztengelyével párhuzamosak. Ugyancsak célszerű, ha a vízszintes 8 csövek a 34 tartály alsó részében helyezkednek el, és az 1 szerelvények ebből fölfelé nyúlóan vannak kiképezve. Célszerű továbbá az is, ahogy ez a kiviteli alakokon látható, hogy az 1 szerelvények a vízszintes 8 csövekkel úgy kapcsolódjanak, hogy egymás melletti sorokat képezzenek, és az 52 csőkötegben lévő 1 szerelvények háromszög alakú tartóelemekkel megtámasztva helyezkedjenek el a vízszintes 8 csövek fölött. A 2. és a 3. ábrán láthatók ilyen, a vízszintes 8 csövek és az 1 szerelvények helyzetétől függő 48 és 50 rudak, amelyek három oldalról veszik körül az egyes 1 szerelvényeket. A 48 és 50 rudak, ahogyan erre már utaltunk, 90 és 92 merevítő bordákkal vannak a 34 tartály 32 oldalfalához csatlakoztatva, és adott esetben még az 5. ábrán is látható 94 keresztirányú kötőelemmel is össze vannak kapcsolva.

Az 5. ábrán látható lényegében a merevítő szerkezet kiviteli alakja részletesebben, ahol láthatók tehát az egyes 90 és 92 merevítő bordák, és az az 56 szalag, amely további rögzítést biztosít. A 48 és 50 rudak elhelyezhetők úgy is, ahogyan ez a 9. ábrán látható, amikor is váltakozva vannak az egyes 1 szerelvények sorai között úgy elrendezve, hogy mindegyik 1 szerelvény négy oldalról legyen körülvéve. A 9. ábrán látható kiviteli alaknál a nyomásesés kisebb lesz, mint a többi megoldásnál. Az 54 rudak méretezésénél figyelembe kell venni, hogy minél kisebb felületen érintkezzenek az 1 szerelvényekkel. A 48, 50 és 54 rudak keresztmetszetének meghatározásánál figyelembe kell venni azt is, hogy milyen vonalvezetéssel vannak az egyes 52 csőkötegek elrendezve. Az 54 rudak lehetnek köralakúak, ellipszis alakúak, négyszögletes vagy háromszög keresztmetszetflek, célszerű azonban, ha az egyes merevítő elemek minél kisebb felületen érintkeznek az 52 csőköteggel, legcélszerűbb a pontszerű érintkezés, mert ez nagymértékben megkönnyíti az 52 csőkötegek tisztítását, amire különösen fermentáló eljárások során rendkívül nagy szükség van.

A 48 és 50 rudak feladata, hogy az 52 csőkötegek biztonságosan helyezkedjenek el, és ne tudjanak összedőlni. Annak érdekében, hogy az első 4 cső és a második 2 cső között mindenkor a megfelelő kapcsolat legyen, célszerű a 6. ábrán látható 256 távtartók alkalmazása az első 4 és a második 2 cső között, úgy, hogy ezeket a 256 távtartókat a második 2 cső külső felületén helyezzük el. Célszerűen, ha ezek a 256 távtartók kicsit hosszúkás alakúak, és például hegesztve vannak a 2 csőre, ily módon ugyanis az áramlási ellenállás kisebb lesz.

Előnyös az a kiviteli alak is, ahol a 256 távtartók például hegesztő rúdból vannak kiképezve. Ugyancsak előnyös, ha a 256 távtartókkal a második 2 cső és az első 4 cső között hárompontos felfekvést valósítunk meg.

Ahogyan erre már utaltunk, az 5. ábrán a merevítő szerkezet egy példaként! kiviteli alakja látható, amely merevítő szerkezet 48 rúdból, és 56 szalagból van kiképezve, és ezek az 52 csőköteget körülölelik. A 90 merevítő borda úgy van kialakítva, hogy mindegyik 56 szalagon túlnyúlik, célszerűen sugárirányban, és a 34 tartály keresztmetszetének egy olyan húrja mentén helyezkedik el, amelynek hossza majdnem azonos az átmérő hosszúságával, és párhuzamos a esősorok irányával is. A 92 merevítő bordák az 56 szalagokból kiindulva a esősorokra keresztirányban vannak elhelyezve, és ily módon további merevítést biztosítanak az 52 csőkötegek számára, és egyúttal biztosítják azt is, hogy a 34 tartályban keletkező különböző erőhatásoknak ellenálljanak. A 94 keresztirányú kötőelemek úgy kapcsolják össze az 56 szalagokat, hogy az 52 csőkötegek körül vannak vezetve, ily módon van biztosítva, hogy az 52 csőkötegek az esetlegesen fellépő forgató irányú erő hatással szemben is ellenállóak legyenek.

Ha az 52 csőkötegeket fermentáló berendezésben alkalmazzuk, például élesztőgombák vagy baktériumok előállítására, célszerű, ha az 52 cső ötegek úgy vannak elrendezve, hogy egymástól viszonylag távolabb legyenek, hogy tisztításuk egyszerűbb legyen. A 92 merevítő bordákat, és az 56 szalagokat célszerű úgy elrendezni, hogy az 52 csőkötegen történő átvezetés viszonylag nagy hegyes szög alatt történjen, mert így, annak ellenére, hogy például viszonylag nagy átmérőjű merevítő elemeket alkalmazunk, az 52 csőkötegek közötti távolság csökkenthető. Általános szabályként fogadható el, hogy ugyanabban a sorban a szomszédos 1 szerelvények közötti távolság célszerűen 1,5 D - 2,0 D tartományban legyen, ahol D az 1 szerelvény külső átmérője, míg a esősorok közötti távolságot célszerű 2 D - 4 D távolságban megválasztani, a merevítő szerkezet rúdjainak az átmérőjét pedig 0,5 - D tartományban.

A 8. és 9. ábrákon a találmány azon példaként! kiviteli alakja látható, amely fermentáló berendezésként üzemel.

A 8. ábrán látható tehát a 34 tartály, amelynek 130 tengelye 139 hajtóművel van összekapcsolva. A 130 tengelyen két 152 és 154 tárcsa van - ahol a 152 tárcsán 151 és 156 terelő lemezek, míg a 154 tárcsán 153 és 158 terelő lemezek vannak elhelyezve. Azt, hogy hány 156 és 158 terelő lemezt alkalmazunk, a 34 tartály magasságától és szélességétől, valamint a hőcserélő elemek méretétől függ. A 8. ábrán a 34 tartály aljához legközelebb eső 156 és 151 terelő lemezek egy 149 szórócső közelében vannak elhelyezve, ily módon könnyebb ugyanis a fermentáló folyadékhoz az oxigén adagolása. Az, hogy ezek a 151 és 156 terelő lemezek a 149 szórócsőhöz képest hogyan vannak elhelyezve, függ az egész berendezés méretétől, de célszerű, ha a távolság a terelő elrendezés átmérőjének az 1/3-1/10-e. A 130 tengelyre természetesen sokféleképpen helyezhetők el a különféle terelő elemek, célszerű azonban egymástól azonos távolságra elhelyezni úgy, hogy a legfelső terelő elrendezés a 34 tartály magasságának a 60 %-ában legyen.

Ami a 34 tartály méretezését illeti, célszerű, ha a 34 tartály hosszának és átmérőjének az aránya 0,1:1 -tői 10:1-ig teljed. Fermentáló berendezésekben előnyös, ha a 0,3:1 - 5:1-ig teljedó arány, legcélszerűbb arány azonban az 1:14:1-ig terjedő tartomány.

A hőcserélő folyadék a párhuzamos 1 szerelvé5

HU 210 593 B nyekbe van vezetve, a 30 folyadék bemeneten keresztül, ahogyan ez a 8. ábrán is jól látható. A 30 folyadék bemenet a 208 vezetékre van csatlakoztatva, ahonnan a hócserélő folyadék például folyékony ammónium-klorid van továbbítva a 30 folyadék bemenetre. Ezt követően a folyadék az 52 csőköteg 1 szerelvényein van keresztül vezetve, majd a 7 gyűjtőcsőbe összegyűjtve a 36 folyadék-kimeneten elvezetve. Előnyös, ha legalább két 52 csőköteg van a 34 tartályban elhelyezve. A 8. ábrán látható kiviteli alaknál az 52 csőkötegek párhuzamos csövekből vannak kiképezve, és az egyes 52 csőkötegekben lévő 1 szerelvények a 34 tartály hosszának 25 - 90%-ában vannak elhelyezve.

Az 52 csőkötegek száma tetszőlegesen változtatható, számuk részben attól is függ, hogy egy 52 csőkötegben hány 1 szerelvény van, a tapasztalataink szerint 34 tartályonként adott esetben harminc 52 csőköteg is alkalmazható, amelyben 4-24 cső, azaz 1 szerelvény helyezhető el.

A 151 terelő lemezek a 152 tárcsán vannak elhelyezve, lehetnek például úgy is, hogy a 151 terelő lemezek a 152 tárcsa síkjára merőlegesek, és párhuzamosak a 34 tartály 138 hossztengelyével, de elhelyezhető szöget bezáróan is. Maguk a 151 terelő lemezek például különböző alakúak lehetnek, lehetnek propeller alakúak vagy bármilyen tetszőleges alakzatúak. A példakénti kiviteli alaknál a 34 tartály aljához legközelebb eső 154 tárcsa olyan 156 és 151 terelő lemezekkel van ellátva, amelyek különböző szöget zárnak be a 152 tárcsával.

A különféle terelő elemek legnagyobb átmérőjét az 52 csőköteg belső átmérője határozza meg, mert a terelő elrendezés széle és az 52 csőköteg legbelső része között rés kell legyen. Célszerű továbbá, ha a terelő elrendezés átmérője nem kisebb, mint a 34 tartály belső átmérőjének körülbelül 10 %-a, de célszerű, ha nem lépi túl a 34 tartály belső átmérőjének a 40%-át, előnyös a terelő elrendezés átmérőjére a 34 tartály teljes belső átmérőjének a 20-35 %a.

A 8. ábrán látható fermentáló berendezés 34 tartálya 146 és 147 bemenetekkel is el van látva, továbbá el van látva 145 gáz-bemenettel. Ez a kiviteli alak tehát lehetővé teszi, hogy a fermentáló berendezést egy vagy több, 146 illetőleg 147 bemeneten keresztül is táplálni lehessen, és a különböző anyagokat együtt és különkülön is be lehet vezetni. Számos fermentáló folyamatnál szükség lehet például a tápközeget, a szenet és az energiaforrást külön-külön tápáramként bevezetni. A 146 és 147 bemeneteknek egy-egy kivezetése van csak, a bevezetett anyag jobb eloszlását azonban biztosítani lehet akkor is, ha egy-egy 146, illetőleg 147 bemenethez a 34 tartályon belül több kivezetés tartozik. A 146 és 147 bemenetek a 34 tartály különböző pontjain is elhelyezhetők, ezt mindig célszerűségi szempontok figyelembevételével kell eldönteni. A 145 gáz-bemenet az oxigén és adott esetben nitrogén bevezetésére szolgál fermentálás esetén. A 145 gáz-bemeneten bevezetett gázt 149 szórócsövön keresztül lehet a fermentáló 34 tartályba juttatni. A 149 szórócső célszerűen szimmetrikusan van a 34 tartályban elhelyezve, és a 34 tartály belsejébe fölfelé néző furatokként van a gáz bevezetve. A 149 szórócső átmérője célszerűen nem nagyobb, mint a terelő elrendezés legnagyobb külső átmérője. Ahogyan erre már korábban is utaltunk, a 149 szórócső közelében célszerű egy, az ábrán látható 152 tárcsa és 151 és 156 terelő lemezek elhelyezése. Ebben az esetben igen jó oxigén továbbítás valósítható meg. Ha a 34 tartály fermentáló berendezésként és a találmány értelmében van kialakítva, úgy képes arra, hogy legalább 300 mmól oxigén/liter/óra mennyiséget tudjon továbbítani. A találmány szerinti 34 tartálynak a hőelvezetési képessége elegendő ahhoz, hogy a fermentáláskor keletkező hőt viszonylag gyorsan elvezesse, mivel a nagy oxigénbevitel eredményeként a fermentálás során nagyobb hő is keletkezik. A hőelvezetés körülbelül 150 joule/dm³/óra.

A 34 tartály el van látva 148 kimenettel is, ahol a fermentum van elvezetve. A fermentálás folyamatos üzemmódban történik, a fermentumot azonban folyamatosan vagy szakaszosan is el lehet vezetni, míg a friss tápanyagot a 146 és 147 bemeneteken, illetőleg a 145 gázbemeneten folyamatosan vagy szakaszosan is lehet adagolni.

A fermentáló 34 tartály legalább egy habmentesítővei is el van látva, ilyet ír le például Hunt az US 473 024 számú szabadalmi leírása, de kialakítható olyan habmentesítővei is, amely a 8. ábrán látható, és tartalmaz egy 162 kúpot, amely 164 tengelyen keresztül 166 hajtóművel van összekapcsolva, a habzó fermentum a 162 kupakkal érintkezve, amely forog, megtörik, a hab ismét folyadékká alakul át, és visszafolyik a 34 tartályba, míg a gáz, ami itt felszabadul, a 168 hálózaton keresztül van elvezetve. Azt, hogy hány habmentesítőt, illetőleg a habot megtörő szerkezetet kell alkalmazni, mindig az adott eljárástól függ.

Az olyan fermentációs folyamatoknál, amely aerob vizes eljárás, és amely molekuláris oxigén jelenlétét igényli, a molekuláris oxigént tartalmazó gázt vezetjük be, ez lehet például levegő, oxigénnel dúsított levegő, vagy az adott esetben tiszta molekuláris oxigént tartalmazó közeg. Ezzel lehet fenntartani az erjedést, illetőleg az oxigén parciális nyomása biztosítja a mikroorganizmusok növekedését, illetőleg a biokémiai átalakulást. Oxigénben dúsított szénhidrogén réteg alkalmazásával a mikroorganizmusok átalakításához, illetőleg növekedéséhez szükséges oxigén mennyisége csökkenthető ahhoz képest, amikor paraffint alkalmazunk.

A mikrobiológiai fermentálás során alkalmazott nyomás széles tartományban változhat, tipikus nyomástartományok a 0-1183 kPa, előnyösen azonban a 0-473 kPa, legcélszerűbb tartomány azonban a 276320 kPa. Az atmoszferikus nyomásnál nagyobb nyomás adott esetben azért előnyös, mert növeli az oldott oxigén koncentrációt a vizes fermentátumban, ez pedig elősegíti a növekedési sebességet. Itt azonban figyelembe kell venni, hogy a nyomás növekedésével a berendezéssel szemben támasztott műszaki követelmények is nagyobbak lesznek, ez viszont a költségeket növeli. A hűtőközeg általában megfelelő nyomású, és áramlási sebessége akkora, hogy minden esetben bizto6

HU 210 593 Β sítva van a gőz/folyadék megfelelő kiszívása a csövekből 0-10 °C tartományban.

Claims (13)

1. Hőcserélő berendezés, amely folyadékot tartalmazó tartályt, benne elhelyezett, rekeszekre osztott célszerűen függőleges csővezetéket tartalmaz, amely csővezeték célszerűen vízszintesen elrendezett csővezetékkel van összekapcsolva, amelyen folyadék-bemenet és folyadékkimenet van kiképezve, azzal jellemezve, hogy a célszerűen vízszintes csővezeték legalább részben belső válaszfallal (14) bemeneti kamrára (6) és kimeneti kamrára (10) osztott csövekből (8) van kiképezve, a bemeneti kamrák (6) a folyadék-bemenetre (30) vannak csatlakoztatva, a kimeneti kamrák (10) a folyadék-kimenetre (36) vannak elvezetve, a célszerűen függőleges csővezeték legalább részben olyan szerelvényekből (1) van kiképezve, amelyek egy első csövet (4) tartalmaznak, amelynek egyik vége (16) a cső (8) oldalfalában kiképezett nyíláshoz van csatlakoztatva, másik vége (18) záróelemként kiképezett fejrésszel (12) van ellátva, tartalmaznak továbbá egy második csövet (2), amelynek egyik vége (20) a válaszfalban (14) kiképezett nyíláshoz (24), másik vége (22) pedig az első csőbe (4) nyúlóan, annak fejrészétől (12) adott távolságra végződően, és az első cső (4) és a második cső (2) között körgyűrű alakú teret (28) képezően van elhelyezve.

2. Az 1. igénypont szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tartály (34) hossztengelye (138) körül hengeres felületet (38) képezően van kialakítva, és a folyadék-bemenet (30) felszálló tápcsöveken (44) és egy, a tartály (34) belsejében körív mentén elhelyezett tápvezetéken (42) keresztül bemeneti kamrákkal (6) van összekapcsolva, össze van még kapcsolva a tartály (34) oldalfalán (32) kivezetett tápcsatornával (40), a folyadékkimenet (36) egy, szintén a tartály (34) belsejében ívelten vezetett gyűjtőcsövön (7) és felszálló szívócsöveken (46) keresztül van a kimeneti kamrákkal (10) csatlakoztatva, továbbá össze van kapcsolva még egy, a tartály (34) oldalfalán (32) kivezetett szívócsővel (11).

3. Az 1. igénypont szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy a folyadék-kimenetre (36) egy csővezetékkel (212) egy gázkompresszor (202), ehhez további csővezetékkel (206) egy kondenzáló berendezés (204) van csatlakoztatva, amelynek a kimenete a folyadék-bemenettel (30) van összekapcsolva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy a csövek (8) sugárirányban vannak elhelyezve, és mindegyik cső (8) több szerelvénnyel (1) van csőköteget (52) képezően ellátva, és mindegyik cső (8) külön felszálló tápcsövön (44) van a tápvezetékkel (42) és külön felszálló szívócsővel (46) van a gyűjtőcsővel (7) összekapcsolva.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy felszálló tápcsövek (44) és a tápvezetékek (42) a csövek (8) mentén a tartály (34) hossztengelyéhez (130) sugárirányban közelebb vannak elhelyezve, mint a felszálló szívócsövek (46) és a gyűjtőcső (7).

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy az első cső (4) és a második cső (2) közötti körgyűrű alakú térben (28) távtartók (256) vannak elhelyezve.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tartály (34) egy felső részből és egy alsó részből áll, és a folyadékbemenet (30) és a folyadékkimenet (36) a tartály (34) alsó részében van elhelyezve, és az első csövek (4) és a második csövek (2) fölfelé nyúlóan vannak a tartályban (34) elrendezve.

8. A 7. igénypont szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tartályban (34) központosán egy tengely (130) van elhelyezve, ehhez a tengelyhez (130) egy hajtómű (139) van csatlakoztatva, a tengelyen (130) pedig terelő elemek vannak elrendezve, amely terelő elemek kisebb átmérőn helyezkednek el, mint a csőkötegek (52) legkisebb átmérője.

9. A 8. igénypont szerinti hőcserélő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tartály (34) felső részén tápközeg és szén bevitelére bemenetek (146, 147) vannak kiképezve, a tartály (34) alsó részében pedig egy gázbemenet (145) és egy fermentátumot elvezető kimenet (148) van kiképezve, és a tartály (34) felső részéhez még egy habmentesítő szerkezet is csatlakoztatva van.

10. Eljárás hőcserélő folyamat végrehajtására, előnyösen fermentálás során az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés alkalmazásával, azzal jellemezve, hogy hőcserélő folyadékként folyékony ammóniát vezetünk be a tartály (34) falában kiképezett folyadék-bemeneten (30) keresztül, majd a hőcserélő folyadékot egy sor szerelvényként (1) kiképezett első hőcserélő sorba elosztva továbbítjuk, innen egy második, az első hőcserélő esősorral koncentrikusan elhelyezett második hőcserélő esősorba vezetjük úgy, hogy az első és második hőcserélő sorokat képező szerelvények (1) belső körgyűrű alakú terén (28) is átáramoltatjuk, majd a gyűjtőcsövön (7) elvezetjük a hőcsere közben kialakult folyékony ammónia és ammóniagőz keverékét.

11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyékony ammónia és ammóniagőz keverékét visszavezetjük a folyadék-bemenetre (30).

12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ammóniagőzt lecsapatjuk és úgy vezetjük vissza a folyadék-bemenetre (30).

13. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ammónia és ammóniagőz keveréket -1...+8 °C hőmérséklettartományban tartjuk.