NO117924B - - Google Patents

Description

Varmeutveksler.

Oppfinnelsen vedrbrer en varmeutveksler, fortrinnsvis for væskeformede varmeutvekslende media, omfattende en fortrinnsvis sylindrisk, stående, med inn- og utlop forsynt beholder for det ene medium og i beholderen nedhengende U-formede skjotlose ror for det annet medium, hvilke^or står i forbindelse med et med inn- og utlbp forsynt toppdeksel.

I det tilfelle at den ene eller begge fluider er korroderende, blir apparatet lett angrepet, hvis det ikke tas spesielle hensyn til dette forhold ved apparatets konstruksjon. Sær! j g kan slike typer av beskadigelser forekomme som tæring, korrosjonssprekker eller spenningssprekker. Blant disse typer av beskadigelser er tæring den som er vanskeligst å kontrollere, særlig hvis sjbvann anvendes som kjolemiddel. Dette er ofte tilfellet ved kjb-ling av konsentrert svovelsyre i forbindelse med dennes kommersi-elle fremstilling.

Ved produksjon av svovelsyre er den mest vanlige kjblertype over-risling skjbleren. Denne kjoler.består av horisontalt anbragte ror av stbpejern anordnet det ene over det annet og gjennom hvilke syren fores. Vann helles mot rorenes utside for å strbmme ned fra de ovre ror til de underliggende. Denne kjblertype for-langer en plass på o omkring 16 m 2 for en kjbleeffekt på 1 million kg kal/1,.. og. det er nbdvendig å arbeide med relativt hbye syre-temperaturer for å oppnå et rimelig areal av■varmeutvekslerflaten.

En annen kjblertype som kommersielt anvendes, er fremstilt av. syrebestandig stål og har en spiralformet kjbleflate. I betrakt-ning av angrepet på materialet er det -nbdvendig å begrense temperaturen for den innkomne syre til omkring 55°• Kjbleflaten må derfor være omtrent så stor som den for en overrisliirgskjbler. for en gitt kjbleeffekt. Plasskravet er på den annen side bare omkring fjerdedelen av det som trengs for en overrislingskjbler.

I mangel av vann i anvendelig form anvendes luftkjblere fremstilt av syrefast materiale. Meget store kjbleflater må i dette tilfellet tas tilflukt til.

I tilfelle av mangelfullhet i en kjoler av den ovenfor nevnte utformning er det nbdvendig å avbryte syrestrbmmen, hvilket gjer-ne har en skadelig innflytelse på syreproduksjonen og i visse tilfelle nbdvendiggjbr stansing av produksjonen under reparasjon eller utskiftning av den defekte kjoler.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en varmeutveksler

i hvilken de ovenfor nevnte ulemper er eliminert. Oppfinnelsen skal også gi den fordel at plasskravet for en gitt kjbleeffekt blir ekstremt begrenset, f.eks. til omkring 2 m 2 per lo f) kg kal/t. Det er videre en hensikt å eliminere arbeidsforhold som er til-bøyelige til å favorisere korroderende angrep av ovenfor.nevnte

typer, bortsett fra venlig korrosjon. Det er videre en hensikt, f.eks. ved kraftig tilbakeblanding av syre som går inn i apparatet, å gjore det mulig å holde en hoy temperatur for den innkomne syre uten å utsette konstruksjonens materiale for altfor hbye påkjenninger.

Videre hensikter og fordeler vil fremgå av den efterfblgende be-skrivelse .

Ifblge oppfinnelsen anordnes varmeutveksleren således at toppdekslet omfatter flere fra hverandre adskilte, hver for seg uttagbare, fortrinnsvis utskiftbare seksjoner, hver omfattende flere kamre koblet i serie mellom beholderens periferi og midte ved hjelp av de U-formede ror, idet endekamrene i serien er tilkoblet toppdekslets inn- og utlbp.

Selvom et neddykket ror kan bestå av et ytre ror opphengt fra den dekkende konstruksjon og et indre ror innfort i dette slik at fluidum kan passere ned i rommet mellom det ytre og det indre ror og oppover i det indre ror, eller omvendt, er de neddykkede ror fortrinnsvis U-formede og sbmlbse. Kjblingen kan derved bli mer effektivt kontrollert og kjbleflaten kan dimensjoneres bedre med hensyn til effektiv varmeutveksling og passende strbmnings-egenskaper såvel som mekanisk styrke. Dette er særlig tilfelle hvis alle ror har samme diameter, hvilket videre letter frem-stillingen og lagerholdelsen av reserverbr. Rorene skal være lange, slik at den effektive kjbleflaten som er neddykket i væsken, blir stor i forhold til den overflaten av rbrpartiene som ligger mellom væskeflaten og befestigelsen av rorene til den dekkende konstruksjon. Det er mulig å gjore denne effektive flaten på omkring 9:lo av den totale flaten.

■ For å hindre mulig korroderende væske fra å gå inn i rbrsystemet i tilfelle lekkasje bor trykket i fluidumet i rbrsystemet holdes hbyere enn det trykk som hersker i væsken i beholderen. Hvis svovelsyre skal kjoles ned med vann, som f.eks. sjbvann, eller generelt en tung væske med et lettere fluidum, må hensyn tas til ; forskjell i tetthet. Ifblge oppfinnelsen kan hbyere trykk opp-

nås ved å pumpe fluidumet mot en motstand ved enden av systemet, f.eks. i form av strupeorgan som f.eks. innsnevring i passasjen nær fluidumsutlopet.

I en foretrukken utfbrelse er det totale tverrsnitt av det åpne areal av de neddykkede ror som forbinder to av nevnte nærbeliggende kamre, som er en del av nevnte passasje, mindre for to nærbeliggende kamre anbragt nærmere fluidumsutlopet enn for slike som er anbragt fjernere derfra, i det minste nær ved utlbpet. Dette betyr at i rorenes passasje, i tilfelle av at rorene har samme diameter, vil antall ror avta -suksessivt i retning av fluidumsstrommen.

En fordel med det avtagende tverrsnittsareal for strbmmen i rbrsystemet er at den bkende strbmningsmotstand yå grunn av hby strbmningshastighet fås bare i de siste partier av passasjen for fluidumet, hvor det er særlig bnskelig, idet fluidumet der er blitt oppvarmet og således mindre effektivt i kjbleevne, hvilket kompenseres ved den bkede hastighet. Å gi iluidumet hby hastighet også i de tidligere partier av passasjen ville bety tap av pumpeenergi.

For å oppnå et kompakt apparat som bare behbver en liten gulv-flate tilveiebringer oppfinnelsen en varmeutveksler i hvilken beholderen er stort sett sirkulær eller oval, og fluidumsinnlbpet er anordnet ved omkretsen og fluidumsutlopet nær midten av beholderen. Hvis antall ror reduseres i strbmningsretningen, kan rorene anordnes således at de er jevnt fordelt i væskerommet for beholderen, hvilket er fordelaktig for varmeutvekslingens effek-tivitet.

Oppfinnelsen omfatter en varmeutveksler i hvilken de neddykkede ror danner en sammenbygning av seksjoner, idet hver seksjon består av i det minste en av nevnte passasjer for fluidumet og er lett uttagbar fra sammenbygningen for å være utskiftbar for reparasjon eller eftersyn. Den dekkende konstruksjon består fortrinnsvis av et understøttende rammeverk, og hver av seksjonene omfatter en bunnplate, åpninger i nevnte rammeverk, idet hver åp- ning er tilpasset for en av nevnte seksjoner og blir derved luk-ket av bunnplaten for seksjonen. Ved en sådan anordning er det mulig å kjbre apparatet uten eller bare med meget korte avbry-telser, også hvis et ror må utskiftes. En eller flere seksjoner kan has i reserve og raskt erstatte en defekt seksjon.

Endene av rorene er fort gjennom og væske og luft tett festet til bunnen av platen for den dekkende konstruksjon, idet man særlig sorger for å unngå lokale elektrolytiske elementer og også å sikre en befestigelse med tilstrekkelig mekanisk styrke til å kunne motstå de boyekrefter som kan oppstå som et resultat av bevegelsene av væsken i beholderen, hvilken under visse forhold kan ha en horisontal komponent.

I en utforelsesform er den dekkende konstruksjon lufttett festet til beholderens vegg og har i midten en vertikal plate som er lufttett festet til denne og rager i det minste nedover i begrenset utstrekning for å danne en sentral sjakt, idet de neddykkede ror ligger mellom beholderveggen og den vertikale platen. Et lufttett innesluttet gassrom dannes derved og gir plass for

en gasspute på de steder hvor rorene er festet til den dekkende konstruksjon. Den utstrekning som platen skal rage nedover, be-stemmes ved det krav at en beskyttende gasspute skal dannes. Vanligvis vil en eller noen decimeter greie seg, og omkring l/lo av rorenes dybde vil være rimelig. Ved denne anordning blir den fblsomme befestigelse av rorene til den dekkende konstruksjon beskyttet selvom tilfbrselen av korroderende væske skulle vari-ere betydelig og leilighetsvis være i overskudd. Også overlbp kan unngås, slik at væsken kan transporteres bort fra beholderen ved hjelp av de fremdriftsmidler som anvendes for å mate væsken til beholderen.

Den svovelsyre som skal avkjbles har vanligvis en temperatur over 8o° C, noen ganger opptil loo° C. En så varm syre er sterkt korroderende, særlig med hensyn til rormaterialet. I en utfor-elsesf orm av oppfinnelsen munner, for å eliminere denne ulempe, innlopet av beholderen for væsken sentralt ut i bunnen av beholderen,, idet fremdriftsmidler er arordnet sentralt i beholderen for å motvirke innstrømningen av væske gjennom nevnte innlbp. Den inngående varme væske blir derved effektivt blandet med allerede avkjblet væske, og blandingen blir mindre angripende. Temperaturen av væsken ved varmeutvekslingsflaten vil således være lavere enn hva som ellers ville vært tilfelle, og følgelig blir temperaturdifferansen for nevnte flate redusert. Dette ville normalt ansees for mindre tiltrekkende, sett fra varmeutveks-lings synspunkt. I praksis blir ofte sjbvann anvendt, som kjblemiddel, og på grunn av dets saltinnhold er det meget korroderende ved temperaturer over 35° C. Dette er også en grunn til å holde temperaturen av væsken i beholderen på en forholdsvis lav verdi. Til tross for det forhold at oppfinnelsen ikke kan gjore bruk av motstrbm, er allikevel varmeutvekslingskapasiteten overraskende hby. Dette skyldes delvis det forhold at strbmningshastigheten av kjblefluidumet er bket når fluidumet passerer gjennom ror-, systemet.

Videre kan varmeoverfbring bkes ved innfbring av bblgelignende innlegg i rorene, hvilket oker fluidumets turbulens og folgelig varmeoverfbringen fra væsken til rbrveggen.

Disse innlegg kan anordnes således at rorene innsnevres på flere steder og være fremstilt av et metall som blir lettere ionisert enn metallene i rbrmaterialet, slik at metallet i innlegget vil lettere gå i opplbsning enn metallene i roret. Innleggene kan virke som en offerelektrode. Dette er av særlig betydning hvis 1 nødstilfelle sirkulasjonen av kjblemiddel stanser mens den varme væsken fremdeles er i beholderen.

På tegningen er oppfinnelsen vist skjematisk som et eksempel på en varmeutveksler, idet fig. 1 viser et vertikalt snitt og fig.

2 et horisontalt snitt gjennom denne.

Den viste varmeutveksler består av en sylindrisk, innvendig fo-ret beholder 1 med en sentral innlbpsåpning 2 for den varme syre i bunnen og en eller flere utlbpsåpninger 3 for den avkjblte syre i sideveggen av beholderen. Den ovre del av beholderen er forsynt med en flens h, på hvilken den understøttende konstruksjon

5 hviler. Denne er forsynt med en vertikal plate som danner et sentralt rbrstykke eller sjakt 6, hvorfra armer 7 strekker seg radielt mot omkretsen av beholderen. Seksjoner lo av en dekkende konstruksjon er innskutt i åpningene mellom armene og bæres av disse, og kjbleelementer i form av U-formede ror 9 er opphengt fra seksjonene lo, slik at de delvis er neddykket i den varme syren. Disse hårnålformede ror er av syrefast stål, og begge ender av rorene er festet til en bunnveggplate 8 for seksjonen lo og hvi]er på flensen k. Rorene er fort gjennom og stivt festet tjl platen. Den dekkende konstruksjon lo er opp-delt i et antall kamre ved vertikale skillevegger 13 og har stus-ser 11 og 12 for tilfbrsel og avgang av kjblevann, som presses ned og opp gjennom de hårnålformede ror ved hjelp av nevnte skillevegger i den dekkende konstruksjon. Antall ror som forbinder to nærbeliggende kamre er redusert fra omkretsen mot midten, hvilket gjor at kjølevannet får en bket strbmningshastjghet ef-tersom det oppvarmes. For å gi katodisk beskyttelse av det syre-faste stål er en jernplate innskutt i hvert ror, bbyet i en sin-usformet krumning slik at metallisk kontakt fås i rorenes innside på et vilkårlig antall steder. Endekamrene for konstruksjonen

lo er over stussene II og 12 forbundet med inn- og utlbpsvann-rbr 1^ og 15 som er forsynt med stengeventiler 16 og er innkob-let til ringformede inn- og utlbps hovedkanaler 17 og 18.

Det rbrformede stykket 6 bærer en sentralt anbragt drivanordning 2o for en omrbrer 19 som roteres slik at den motvirker innstrøm-ningen av væske gjennom innlbpet 2 og bringer den innkomne væske til å blande seg med den allerede avkjblte væske. Strbmningsretningen er stort sett vertikal nedad i midten og oppover i om-rådet for rorene 9- Avhengig av formen av drivmidlene kan der Være en viss grad av rotasjon av væsken omkring beholderens akse.

Sjakten eller rbrstykket 6 strekker seg nedover i en viss utstrekning, hvorved et gasstett rom dannes 1 den ovre del av beholderen over syrenivået mellom sjakten og veggen av beholderen,

-og en gasspute dannes når syrenivået stiger over den nedre kant av sjakten. Denne anordning sikrer at selv ved for hbyt nivå av syre i beholderen behbver syren ikke å komme i berbring med be-

festigelsen av rorene til platen 8 for den dekkende konstruksjon lo.

Under drift av en varmeutveksler som beskrevet og vist og med

en total effektiv kjolerbrflate på 18k m o ble svovelsyre i en mengde av 6,6 n<r>Vmin avkjolt fra 9o° C til 63° C (målt ved inn-

lopet og utlopet for beholderen) med sjovann som ble oppvarmet fra lo° C til 25° C (målt ved innlbpet ot utlopet for den dek-

kende konstruksjon). Rorene var forsynt med innlegg, og omrore-

ren arbeidet som tilbakeblander. Dette betyr at 5 millioner kg kal/t ble overfort i varmeutveksleren. -En K-verdi på 72o var blitt oppnådd.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til den beskrevne utfbrelsesform,

men omfatter ethvert slag av utfbrelse hvor oppfinnelsens prin-

sipper kommer til anvendelse. Rorene eller den dekkende kon-

struksjon eller begge deler kan således fremstilles av sammen-'

bygde materialer, som eksempelvis rustfritt stål på utsiden og kopper på innsiden. Rorene kan være festet til bunnplaten for den dekkende konstruksjon med mellomlegg av et elektrisk iso-

lerende materiale, som f.eks. en bossing av plast for å hindre korrosjon ved dannelse av lokale elektriske elementer.

Claims (2)

1. Varmeutveksler fortrinnsvis for væskeformede varmeutvekslende media, omfattende en fortrinnsvis sylindrisk, stående, med inn-

og urlop forsynt beholder for det ene medium og i beholderen nedhengende U-formede skjotlbse ror for det annet medium, hvilke ror står i forbindelse med et med inn- og utlbp forsynt toppdeksel, karakterisert ved at toppdekslet (lo) omfatter flere fra hverandre adskilte, hver for seg uttagbare, fortrinnsvis utskiftbare seksjoner, hver omfattende flere kamre koblet i serie mellom beholderens periferi og midte ved hjelp av de U-formede ror, idet endekamrené i serien er tilkoblet toppdekslets inn- og utlbp (11+,15).

2. Varmeutveksler som angitt i krav 1, karakterisert ved at de U-formede rors (9) totale gjennomstrbmningsareal i hver kammerf oTrbindelse minsker fra periferien mot midten av beholderen, fortrinnsvis ved mot midten suksessivt avtagende antall U-rbr, som hvert for seg kan ha samme gjennomlbpsareal. 3- Varmeutveksler som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at toppdekslet (lo) er gassfett forbundet med beholderens (1) kant og at en vertikal vegg (6) rager ned i beholderens overdel fra toppdekslet innenfor kamrene, slik at det dannes et gasstett rom under toppdekslet (10) omkring U-rb renes (9) i n-n f estnt ng, når væske står i. beholderen opp over den vertikale veggs (6) underkant.. !». Varmeutveksler som angi tt i noen av de foregående krav, karakterisert ved et sentralt beliggende innlbj (2) for væske i beholderens (1) bunn og et utlb-p (3) i'" r denne i beholderenn overdel, fortrinnsvis på vesentlig avstand under U-rbrenes innfestning i toppdekslet (lo) . 5- Varmeutveksler som angitt i no e-n av <ie foregående krav, særlig krav *+, karakterisert ved el, sentralt beliggende sirkulasjonsorgan (19), f.eks. en propell, som fortrinn vis arbeider nedctd mot væskei nnlbpet (.2). 6. Varmeutveksler som angitt i noen av de foregående krav, karakterisert ved at på i og for seg kjent må-te er en fortrinnsvis bblgeformet, krummet metallstav .innfort i. U-rorene som offerelektrode.