DD249637A1 - Anordnung zur veraenderung des waermeinhaltes aufsteigender gasstroeme in kolonnen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, die in Anlagen der chemischen Industrie und in Absorptionskaelteanlagen Anwendung findet. Es besteht das Ziel, den Kostenaufwand zu senken und den Wirkungsgrad der Anlage zu erhoehen. Dabei liegt die technische Aufgabe zugrunde, kompakt zu bauen, den Waermeuebergangseffekt zu verbessern und das Masse/Leistungsverhaeltnis zu erhoehen. Verwendung findet ein Waermeuebertrager mit einem zentralen Gaseintritts- und Gasaustrittsgehaeuse, bei dem der Gasstrom im Mantelraum eine Ringbahn ausfuehrt. Erfindungsgemaess geschieht dies, indem ein oder mehrere zylindrische Kolonnenmantelabschnitte, jeweils zwischen zwei Kontaktelementensektionen als innerer Leitmantel des Waermeuebertragers vorgesehen sind, wobei mittels eines zwischen den Kontaktelementensektionen angeordneten Trennelementes der Bereich der Gaseintrittsoeffnungen von dem Bereich der Gasaustrittsoeffnungen fluessigkeitsabschliessend abgetrennt ist. Ausfuehrungsgemaess sind die Gaseintritts- und Gasaustrittsoeffnungen ueber die axiale Laenge einer Ringbahn angeordnet und querschlitzfoermig ausgebildet. Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die Trennelemente als Fluessigkeitsablaufwaende mit einem Gasstromverschluss ausgefuehrt sind.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen ·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Veränderung des Wärmeinhaltes aufsteigender Gasströme in Kolonnen unter Zuhilfenahme eines Wärmeübertragers mit einem zentralen Gasein- und Gasaustrittsgehäuse, der vorzugsweise für Wärmeübertragungsprozesse zwischen Gasströmen, die im Mantelraum in einer Ringbahn um das zentrale Gasein- und Gasaustrittsgehäuse geführt werden, und Flüssigkeiten, die in Rohrkanälen mehrfach umlenkbar sind. Die Anwendung der Erfindung soll in Kolonnen in Anlagen der chemischen Industrie und in großtechnischen Absorptionskälteanlagen erfolgen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Apparateanordnungen bekannt, bei denen Wärmeübertrager mit Querleitblechen separat neben der Kolonne auf einer speziellen Bühne aufgestellt sind. Dabei wird der Gasstrom nach Passieren einer Austauschsektion aus der Kolonne herausgeführt, im separaten Wärmeübertrager aufgewärmt oder abgekühlt und anschließend unterhalb der nächstfolgenden Austauschsektion wieder in die Kolonne eingespeist. Diese Ausführung hat die Nachteile, daß, bedingt durch das Aufstellen des separaten Apparates auf einer speziellen Bühne und die Vielzahl der erforderlichen Rohrleitungen, hohe Kosten entstehen und außerdem relativ hohe Druckverluste zu verzeichnen sind.

Eine weitere bekannte Ausführung sieht vor, über dem gesamten Kolonnenquerschnitt ein festes Rohrbündel axial in den Kolonnenmantel einzuschweißen, wo der Gasstrom durch die Rohre strömt und dabei erwärmt oder abgekühlt wird. Das Heizoder Kühlmedium wird im Mantelraum geführt.

Die Wärmeübergangseffekte dieser Wärmeübertrager sind wenig effektiv, so daß große Apparate erforderlich sind, die das Masse/Leistungsverhältnis ungünstig beeinflussen. Das Einbinden der Rohre in die Kolonne zieht bei eventuellen Rohrreißern und Undichtigkeiten einen erhöhten instandhaltungsaufwand nach sich, da die Zugänglichkeit zu den Rohren ungünstig ist. Außerdem ist nach DD-PS 213044 bekannt, einen Wärmeaustausch zwischen großen Gasvolumina und geringen Fluidmengen in einem Wärmeübertrager mit einem zentralen Gasein-und Gasaustrittsgehäuse durchzuführen. Hierbei gelangt der Gasstrom über eine direkte Stutzenanordnung am zentrischen Teil eines ringscheibenförmigen Rohrbodens in die Verteilerkammer des zentralen Gasein- und Gasaustrittsgehäuses, strömt aus einer über Öffnungen parallel in den Mantelraum, durchströmt eine Ringbahn bis zu einer Ringbahntrennwand und gelangt über Öffnungen in die Sammelkammer des zentralen Gasein- und Gasaustrittsgehäuses. Die in der Ringbahn angeordneten Austauschrohre werden vom Gasstrom im Kreuzgegenstrom passiert. Anschließend verläßt der Gasstrom den Apparat über eine analoge direkte Stutzenanordnung.

Dieser Wärmeübertrager besitzt gegenüber anderen für den Wärmeübergang zwischen einem Gasstrom und einem flüssigen Rohrraummedium bessere Wärmeübertragungseffekte. In der Anwendung zum Aufwärmen bzw. Abkühlen von aufsteigenden Gasströmen in Kolonnen zwischen zwei Austauschsektionen, sind ebenso, wie bei der bereits beschriebenen Ausführung, zusätzliche Spezialbühnen, gesonderte Rohrleitungen unddamitein erhöhter Kostenaufwand und Platzbedarf in der Anlage erforderlich.

Ziel der Erfindung ~"

Das Ziel der Erfindung ist es, mittels einer Anordnung zur Veränderung des Wärmeinhaltes aufsteigender Gasströme in Kolonnen, den Kostenaufwand zu senken, Platz in der Anlage einzusparen, eine gute Instandhaltung zu gewährleisten und durch einen effektiven Wärmeübergang den Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Veränderung des Wärmeinhaltes aufsteigender Gasströme in Kolonnen zu schaffen, die sich durch ihre Kompaktheit auszeichnet, Druckverluste reduziert, eine gute Zugänglichkeit zu den Rohren und Rohrboden ermöglicht, dabei den Wärmeübergang durch eine quer zu den Austauschrohren gerichtete Strömungsführung verbessert und insgesamt das Masse/Leistungsverhältnis günstig beeinflußt. Dabei findet ein Wärmeübertrager mit einem zentralen Gasein- und Gasaustrittsgehäuse Anwendung, dessen Mantelraummedium im Mantelraum eine Ringbahn durchströmt und das Rohrraummedium durch eine Vielzahl von Verteilerkammern mehrfach

umlenkbar ist. ·

Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß ein oder mehrere zylindrische Kolonnenmantelabschnitte, jeweils zwischen zwei Kontaktelementensektionen als innerer Leitmantel des Wärmeübertragers vorgesehen sind, wobei mittels eines zwischen den Kontaktelementensektionen angeordneten Trennelementes der Bereich der Gaseintrittsöffnungen von dem Bereich der Gasaustrittsöffnungen flüssigkeitsabschließend abgetrennt ist.

Ein anderes Merkmal siehtvor, daß der Wärmeübertrager sowohl ein- als auch zweiflutig ausgeführt ist.

Ein weiteres Merkmal charakterisiert die Anordnung, indem die im inneren Leitmantel vorgesehenen Gasein- und Gasaustrittsöffnungen über die axiale Länge einer Ringbahn angeordnet und vorzugsweise querschlitzförmig ausgebildet

In einer erfindungsgemäßen Ausführung sind die Trennelemente als Flüssigkeitsablaufwände mit einem Gasstromverschluß gegenüber den Zulaufwehren der unteren Kontaktelementensektion aufgezeigt.

Eine weitere Ausführung zeigt, daß im Mantelraum des Wärmeübertragers, axial zur Kolonne, vorzugsweise querberippte und/oder spiralberippte Austauschrohre angeordnet sind.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber anderen Lösungen sind folgende:

Der Wärmeübertrager ist zu einem integrierten Bestandteil der Kolonne geworden, so daß gesonderte Bühnenausführungen und Rohrleitungen entfallen. Der Platzbedarf in der Anlage wird verringert. Druckverluste werden reduziert. Der Materialeinsatz wird kleiner, so daß sich das Masse/Leistungsverhältnis verbessert. Die Anordnung ist instandhaltungsfreundlich. Es besteht eine bessere Zu gang lieh keit zu den Rohren und Rohrboden im Wärmeübertrager. Der quer zu den Austausch rohren geführte Gasstrom gewährleistet gute Wärmeübergangseffekte, besonders beim Einsatz quer- bzw. spiralberippter Rohre, wodurch der Wirkungsgrad der Anlage erhöht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1: einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Anordnung Fig.2: einen Querschnitt nach Fig. 1

Der in den Zeichnungen dargestellte Ausschnitt einer Kolonne 1 zeigt einen Kolonnenmantel 2, in dem Kontaktelementesektionen 3 in Form von Austauschboden 4, wie z. B. Sieb- oder Glockenboden, eingebracht sind. Zwischen den einzelnen Kontaktelementesektionen 3 ist ein Wärmeübertrager 5 für die Veränderung des Wärmeinhaltes des aufsteigenden Gasstromes angeordnet, wobei dieser Abschnitt des zylindrischen Koionnenmantels 2 den inneren Leitmantel 6 des Wärmeübertragers 5 bildet. Der Wärmeübertrager 5 ist an beiden Stirnseiten mit ringscheibenförmigen Rohrboden 7 verschlossen und bildet in seinem Mantelraum für den Gasstrom eine Ringbahn 8. Einseitige stirnseitige Verschlüsse sind ebenfalls einsetzbar, z. B. bei Haarnadelrohren. In der Ringbahn 8 sind axial zur Kolonne 7 Austausch rohre 9 in den Rohrboden 7 angeordnet, die vorzugsweise quer- bzw. spiralberippt ausgeführt sind. An den Rohrboden 7 sind Verteilerkammern 10 für das Rohrraum medi um vorgesehen. Diese Verteilerkammern 10 sind vorzugsweise demontierbar gestaltet, dam it sie gut zug anglich sind. Der innere Leitmantel 6 des Wärmeübertragers 5 ist mit Gaseintritts- und Gasaustrittsöffnungen 11; 12 versehen, welche über die gesamte axiale Länge der Ringbahn 8, vorzugsweise querschlitzförmig, ausgebildet sind. Zwischen den ' ~ " Kontaktelementesektionen 3 sind Trennelemente vorgesehen, die aus Flüssigkeitsablaufwänden 13 und einem Gasströmungsverschluß 14 bestehen.

Der Gasströmungsverschluß 14 wird vorzugsweise unter Ausnutzung der Flüssigkeitsablaufwände 13 der oberen Kontaktelementesektion 3 in Verbindung mit den Zulaufwehren 15 der darunterliegenden Kontaktelementesektion 3 flüssigkeitsabschließend gebildet. Im Ausführungsbeispiel sind zweiflutige Austauschboden 4 dargestellt, die mit einem zweiflutigen Wärmeübertrager 5 gekoppelt sind. Andere Fluten sind ebenfalls realisierbar. Erfindungsgemäß sind auch andere Kontaktelementesektionen 3, wie zum Beispiel Füllkörper oder ähnliche Austauschvorrichtungen denkbar. Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen An Ordnung für Gasströme in Kolonnen 1 geschieht auf folgende Weise:

Der in der Kolonne 1 aufsteigende Gasstrom erfährt im Flüssigkeitskontakt auf den Kontaktelementesektionen 3, die aus Austauschboden 4, zum Beispiel Glockenboden bestehen, eine thermische Veränderung. Die Abgangstemperatur nach Passieren der Kontaktelementesektionen 3 bedarf zur Gewährleistung eines optimalen Verfahrensablaufes einer partiellen thermischen Beeinflussung, das heißt, der Gasstrom muß zwischenzeitlich erwärmt oder abgekühlt werden, bevor die darüberliegende Kontaktelementesektion 3 passiert wird. Der nach Passierung der Kontaktelementesektion 3 austretende

Gasstrom wird durch Zwangsführung, mittels des axialen Gasströmungsverschlusses 14, über die Gaseintrittsöffnungen 11 in die Ringbahn 8 geleitet. In der Ringbahn 8 strömt der Gasstrom quer zu den Austauschrohren 9, die mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium beschickt werden. Nach Passieren der Ringbahn 8 tritt der Gasstrom über Gasaustrittsöffnungen 12 in den innen raum der Kolonne 1, wobei der Gasstrom mit dem benötigten Temperaturniveau versehen ist. Anschließend passiert er die folgenden Kontaktelementesektionen 3 und verläßt die Kolonne 1.

Claims (5)

1. Anordnung zur Veränderung des Wärmeinhaltes aufsteigender Gasströme in Kolonnen unter Zuhilfenahme eines Wärmeübertragers mit einem zentralen Gasein- und Gasaustrittsgehäuse für große Gasvolumina, die im Mantelraum eine Ringbahn durchströmen, und Rohrraummedien, die mittels Verteilerkammer nvielma Is um lenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zylindrische Kolonnenmantelabschnitte, jeweils zwischen zwei Kontaktelementensektionen (3) als innerer Leitmantel (6) des Wärmeübertragers (5) vorgesehen sind, wobei mittels eines zwischen den Kontaktelementensektioen (3) angeordneten Trennelementes der Bereich der Gaseintrittsöffnungen (11) von dem Bereich der Gasaustrittsöffnungen (12) flüssigkeitsabschließend abgetrennt ist.

2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) ein- oder mehrflutig ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im inneren Leitmantel (6) überdie axiale Länge einer Ringbahn (8) angeordneten Gaseintritts- und Gasaustrittsöffnungen (11; 12) vorzugsweise querschlitzförmig ausgebildet sind.

4. Anordnung nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente als Flüssigkeitsablaufwände (13) mit einem Gasstromverschluß (14) gegenüber den Zulaufwehren (15) der unteren Kontaktelementesektion (3) ausgeführt sind.

5. Anordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantelraum des Wärmeübertragers (5), axial zur Kolonne (1), vorzugsweise querberippte und/oder spiralberippte Austauschrohre (9) angeordnet sind.