NL8102024A

NL8102024A - Warmtewisselaar voor vloeistof - vloeistof warmtewisseling.

Info

Publication number: NL8102024A
Application number: NL8102024A
Authority: NL
Original assignee: Esmil Bv
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1982-11-16
Also published as: CA1179674A; AU8264082A; NZ200371A; EP0063834A1; JPS5812988A; FI821419A0; FI821419L; JPH0212358B2; US4616698A; AU556041B2; BR8202346A

Description

' * ‘ ^___ 3 · ES 44 WARMTEWISSELAAR VOOR VLOEISTOF - VLOEISTOF WARMTEWISSELIÏÏG Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Dr. Ir. D.G. Klaren te Killegom

De uitvinding heeft Let rekking op een warmte wi sse laar voor vloei-5 stof-vloeistof warmtewisseling van het type omvattende een bundel parallelle verticale pijpen voor het geleiden in opwaartse richting van een eerste warmtewisselende vloeistof, welke pijpen via pijp-platen in verbinding staan met een onderkast én een bovenkast en welke warmtewisselaar verder een korrelmassa omvat die tijdens be-10 drijf door de opwaarts stromende eerste warmtewisselende vloeistof wordt gefluidiseerd en daarbij tenminste de pijpen opvult, en.waar- .. bij toe- en afvoer middelen aanwezig zijn voor het geleiden naar en langs de buitenmantel van de pijpen van een tweede warmtewisselende vloeistof. Een dergelijke warmtewisselaar is bijvoorbeeld beschreven 15 in de Amerikaanse octroóischriften 4119139; 3991Ö16; en 4220193.

Een voordeel van deze bekendgestelde warmtewisselaars bestaat daarin dat de gefluidiseerde korrelmassa een reinigende werking uitoefent op de binnenwand van de pijpen, en verder zorgdraagt voor een aanmerkelijke verbetering van de warmteoverdracht tussen de 20 eerste warmtewisselende vloeistof en de pijpwand. In veel gevallen echter bestaat ook de behoefte aan een intensieve warmteoverdracht tussen de pijpwand en de tweede warmtewisselende vloeistof. Bij de bekendgestelde inrichtingen verlopen de pijpen binnen cilindrische kamers waar doorheen de tweede warmtewisselende vloeistof al 25 of niet in de tegenstroom wordt gevoerd. De totale doortocht voor deze tweede warmtewisselende vloeistof binnen deze afgesloten kamer en langs het mant el oppervlak van de pijpen is als regel groter dar. de doortocht door de pijpen, hetgeen bij vergelijkbare debieten van de eerste en de tweede warmtewisselende vloeistoffen leidt tot een 30 duidelijk lagere snelheid van de tweede warmtewisselende vloeistof 81 0 2 0 2 4 /2 I " ί. - .-£ 2 ES 44 dan de eerste. Een en ander leidt ertoe dat de warmteovergang tussen de pijpwand en de tweede warmtewisselende vloeistof relatief laag is.

Welliswaar kan dit nadeel gedeeltelijk worden ondervangen door een groot aantal keerschotten aan de mantelzijde in te "bouwen, waar 5 de vloeistof snelheden langs de pijpen kunnen worden opgevoerd met hieruit voortvloeiend een verbetering van de warmtedoorgang door de warmtewisselaar, doch een dergelijke constructie maalct de warmtewisselaar meer gecompliceerd en daardoor duurder. Bovendien i~ dan meer pompvermogen nodig voor het verpompen van de tweede warmtewis-10 selende vloeistof, terwijl in de praktijk is gebleken dat daarmee toch feitelijk geen aanzienlijke verbetering van de warmtedoorgang kan worden bereikt.

- Opgemerkt wordt dat door de verbetering van de warmteoverdracht aan de binnenzijde van de pijpen tengevolge van de aanwezigheid van 15 de gefluidiseerde korrelmassa de snelheid van de eerste warmtewisselende vloeistof lager kan worden ingesteld, indien dit vanuit het / proces gewenst zou zijn. In dat geval zijn grotere aantallen pijpen of pijpen met grotere diameters nodig om bij de lagere snelheid toch een gewenste vloeistofhoeveelheid te kunnen verplaatsen, öp hun beurt 20 echter leiden deze grotere diameters weer tot een extra vergrote doortocht voor de tweede warmtewisselende vloeistof aan de mantelzijde van de pijpen, met de hierboven reeds gesignaleerde bezwaren vandien.

Doel van de uitvinding is nu om bij de warmtewisselaar van het bekendgestelde type de warmtewisselende capaciteit aanmerkelijk te 25 vergroten door een verbetering van de warmteoverdracht aan de mantelzijde van de pijpen.

De verbetering bestaat nu daarin dat de toevoermiddelen voor de tweede warmtewisselende vloeistof middelen omvatten voor het vormen van een langs de pijpen neerwaards stromende film en waarbij af-30 voermiddelen voor de tweede warmtewisse1ande vloeistof oen lager geplaatste bak omvatten, voor het opvangen van" de vloeistof uit deze film, welke hak een op de pijpen aansluitende bodem en opstaande rand, alsmede een afvoeropening omvat. Bij voorkeur alten genoemde middelen voor het vormen van de film een ringvormige spleet om elk der pijpen 35 vrij voor het doorlaten van de tweede warmtewisselende vloeistof teneinde een langs de pijpen neerwaards stromende film te vormen. Opge- 8102024 /3 e . . « 3 ES 44 merkt wordt dat niet alle vloeistof uit de film hoeft te worden opgevangen in de lager geplaatste hak hijvoorbeeld hij die toepassingen waar ten minste een deel van de vilmvloeistof wordt verdampt. In plaats van gedwongen circulatie van de tweede warmtewisselende vloei-5 stof aan de raantelzijde van de pijpen binnen omsloten kamers welke geheel gevuld moeten zijn, wordt de warmteoverdracht aan de mantel-zijde van de pijpen nu verkregne doordat de tweede vloeistof als een film van hoven naar beneden langs deze pijpen stroomt. Hierdoor wordt een principieel ander warmteoverdrachts-mechanisme; aan de mantelzijde 10 van de pijpen verkregen, dat zich zeer goed laat afstemmen op het warrateoverdrachtsmechanisme binnen de buizen. Een en ander leidt tot een extra vrijheidsgraad in de constructie van de warmtewisselaar weljce het mogelijk maakt het resultaat daarvan te optimaliseren.

Het is bekend dat de warmteoverdracht tussen een vloeistoffilm 15 en een vast oppervlak zeer hoog kan zijn, zelfs bij een klein debiet van deze vloeistof alngs het vaste oppervlak. Hierdoor ontstaat nu de mogelijkheid om bij een vergelijkbare massastroomsterkte door en langs de pijpen een verbeterde warmteoverdracht te bewerkstelligen tussen twee vloeistofstromen welke bovendien in volledige tegenstroom 20 met elkaar zijn. Gebleken is dat met conventionele keuze van buisraa-teriaal en wanddikte van de buis een warmtedoorgangscofficient kan Λ worden bereikt van 3000 a 6000 W/m K.

Opgemerkt wordt dat zulke warmiedoorgangscoëfficienten als regel slechts met platen-warmtewisselaars kunnen worden gerealiseerd, 25 waarbij platne-warmtewisselaars om redenen van constructie, kostprijs en bedrijf voering aanmerkelijke bezwaren hebben ten opzichte van de warmtewisselaar van het beschreven type. Immers platenwarmtewisselaars kunnen slechts gebruikt worden voor vloeistoffen met beperkte vervuilende eigenschappen, omdat zeer frequent reinigen van 30 het warmteoverdragende oppervlak als regen niet aan te bevelen is.

Verder vereisen platen-warmtewisselaars gecompliceerde en kwetsbare afdichtingsconstructies, terwijl bovendien platen-warmtewisselaars slechts binnen beperkte gebieden van temperatuur' en druk kunnen worden bedreven. Al deze beswaren doen zich niet voor bij de warmtewis-35 selaar volgens de uitvinding. Zelfs bij het doorvoeren van vloeistoffenmet sterk vervuilende eigenschappen door de pijpen worden deze pijpen schoen 8102024 /4 ES 44 4 1 I i t gehouden door de schurende werking van de korrelmassa. Aan de ‘buitenzijde kunnen de pijpen eenvoudig worden schoongehouden omdat de tweede warmtewisselende vloeistof niét door een vaste kamerwand hoeft te worden omsloten, waardoor de pijpen van buitenaf zeer goed 5 voor reiniging toegankelijk zijn.

De geleidingsmiddelen voor de tweede warmtewisselende vloei-* stof naar de ringvormige spleet kunnen bestaan uit'individuele: ver-deelkamers per pijp, welke verdeelkamers dan in de ringvormige spleet uitmonden. De voorkeur gaat echter uit naar een constructie waarbij deze geleidingsmiddelen uit een bak bestaan met een doorboorde bodem, waardoor de pijpen, de vrijlating van een ringvormige spleet verlopen.

De warmtewisselaar volgens de uitvinding’beperkt zich niet tot de mogelijkheid van warmtéwisseling naar een enkele tweede warmte-> 15 wisselende vloeistof. In tegendeel kunnen de toe- en afvoermiddelén zijn uitgevoerd voor het gescheiden langs pijpwanden laten verlopen van verschillende vloeistoffen. Dit kan geschieden door afzonderlijke secties uit de pijpbundel van. af zonderlijke toe- en afvoermiddelen te voorzien voor het vormen van een vloeistoffilm over de pijpen.

20 Daarbij worden dan binnen één apparaat twee warmtewisselaars parallel geschakeld, waarbij echter de eerste warmt ewisselende vloeistof gemeenschappelijk is. Om constructieve redenen wordt bij een warmtewisselaar voor warmtewisseling tussen meer dan twee vloeistoffen de voorkeur gegeven aan een constructie waarbij van boven naar beneden 25 gezien langs de pijpen afwisselend meerdere toe- en afvoermiddelen voor verschillende vloeistoffen paarsgewijs zijn aangebracht. Daarbij wordt dan in feite een serieschakeling van de nieuwe warmtewisselaars verkregen waarbij de pijpen gemeenschappelijk zijn.

Reeds is opgemerkt dat de pijpen niet binnen een vaste karner-30 wand behoeven te worden opgesteld, en dat derhalve de pijpen eenvoudig van buiten af kunnen worden gereinigd. Teneinde niettemin in de omgeving van de warmtewisselaar geen last van spetterende vloeistof of wasemvorming te ondervinden verdient het in veel gevallen volgens de uitvinding aanbeveling om de pijpenbundel binnen een 35 wegneembare ommanteling te plaatsen. Deze oramanteling kan dan als 81 0 2 0 2 4 75 *» -· 5 ES 44 een lichte "beplating werden uxtgevoerd.

Be uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een tweetal figuren, .Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de 5 uitvinding.

Fig. 2 toont een variant hierop voor een meervoudige toepassing.

1 In fig. 1 zijn met verwijzingscijfer 1 een aantal verticale pijpen aangegeven waardoorheen een eerste warmtewisselende vloeistof van "beneden naar "boven kan stromen. Pijpen 1 monden via pijpplaten 10 2 en 3 uit in een onderkamer 4 en een "bovenkamer 5* Onderkamer 4 is "begrensd door een geperforeerde distributieplaat 6, welke kamer 4 afscheidt van een kamer 7 waarin de eerste warmtewisselende vloeistof via inlaatopening 8 "binnenstroomt. Beze vloeistof wordt uiteindelijk via afvoeropening 9 weer afgevoerd. Boven de distrxbutieplaat.

15 6 "bevindt zich een korrelmassa welke tijdens "bedrijf door de opwaards- stromende eerste warmtewisselende vloeistof wordt gefluidiseerd tot in de toestand zoals in de fig. aangegeven.

Opgemerkt wordt dat ook alternatieve constructies "bekend zijn, onder andere uit de hierboven geciteerde Amerikaanse octrooischrif— 20 ten, voor het toevoeren en gelijkmatig fluidiseren van de eerste vloeistof en de korrelmassa naar en in de pijpen 1.

Babij de pijpplaat 3 is een bak 10 aangebracht met ronde gaten in de bodem welke met de pijpen 1 een ringvormige spleet 11 vrijlaten. Be tweede warmtewisselende vloeistof wordt via toevoeropening 25 12 aan bak 10 toegevoerd, en stroomt vervolgens "via de ringvormige spleet 11 als een film 13 -langs de pijpen omlaag tot in een bak 14.

Vanuit dese bak 14 wordt de vloeistof 15 via afvoeropening 16 weggevoerd.

In fig.2 is een variant op dese inrichting afgebeeld, waarin 30 overeenkomstige elementen dezelfde functies bezitten. Extra zijn in dese fig. aangegeven "bakken 17 en 18 met de af voer en invoeropeningen 19 en 20. Duidelijk is nu dat tussen toevoer 12 en afvoer 19 een andere vloeistof kan worden gevoerd dan tussen toevoer 20 en 16. Al naar gelang het proces waarvoor de warmtewisselaar wordt toegepast, 35 kan het zinvcl zijn ten behoeve van meerdere vloeistoffen, danwel 81 0 2 0 2 4 /6 * ; 6 ES 44 ten behoeve van dezelfde vloeistof in verschillende procesfasen nog meer van dergelijke warmtewisselende trappen, in serie aan te brengen,

V

M

8102024 A

Claims

7 ES 44 * C0I7CLUS IES

1. Warmtewisselaar voor vloeistof-vloeistof warmte wisseling van het type omvattende een bundel parallelle verticale pijpen voor het geleiden in opwaartse richting van een eerste warmt ewi ss e1end e vloeistof, welke pijpen via pijpplaten in verbinding staan met een onderkast en een bovenkast, verder omvattende een korrelmassa die tijdens bedrijf door de opwaarts stromende eerste warmte-wisselende vloeistof wordt gefluidiseerd en daarbij tenminste de pijpen opvult, en waarbij toe- en afvoermiddelen aanwezig zijn voor het geleiden naar en langs de buitenmantel van de pijpen van een tweede warmtewisselende vloeistof, met het kenmerk, dat de genoemde toevoermiddelen voor de tweede warmtewisselende vloeistof middelen omvatten voor het vormen van een langs de pijpen neerwaarts stromende film en dat de afvoermiddelen een lager geplaatse bak omvatten, voor het opvangen van vloeistof uit deze film, welke bak een op de pijpen aansluitende bodem en een opstaande rand, alsmede een afvoeropening omvat.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde middelen een ringvormige spleet cm elk der pijpen vrijlaat voor het doorlaten van de tweede warmt ewi.. se lende vloeistof teneinde een langs de pijpen neerwaarts stromende film te vormen.

3· Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat ce geleidingsmiddelen uit een bak bes tarn met een doorboorde bodem, waar doorheen de pijpen, onder vrijlating van een ringvormige spleet verlopen.

4· Warmtewisselaar volgens conclusie 1,2 of 3» met het kenmerk, dat de toe- en afvoermiddelen zijn uitgevoerd voor het gescheiden langs pijpwanden laten verlopen van verschillende vloeistoffen.

5· Warmtewisselaar volgens conclusie 4> met het kenmerk, dat van boven naar beneden gezien langs.de pijpen afwisselend meerdere toe- en afvoermiddelen voor verschillende vloeistoffen paars- 81 0 2 0 2 4 /8 * *

8 ES 4 4 wijze zijn aaqgebracht.

6. Warmtewisselaar volgens een der conclusies 1 t/m 5> met het ken merk, dat de pijpenbundel binnen een wegneembare ommanteling is geplaatst. M K 81 0 2 0 2 4