DE2126248A1

DE2126248A1 - Anlage und Verfahren für den Wärme austausch von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2126248A1
Application number: DE19712126248
Authority: DE
Inventors: Earl Lennox; Sandberg Harry Walter; Wilmington Del. Kendrick (V.St.A.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1971-05-26
Publication date: 1971-12-02
Also published as: JPS5111812B1; NL165283C; SE372975B; FR2090299A1; DE2126248C2; US3662817A; ES391541A1; BE767662A; NL165283B; CA974977A; NL7107186A; GB1305509A

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. Waiter Abitz 21262A8

Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A. Brauns

& Kiüft'xitäii wuj rüiüönauerstr. 23

26. Mai I97I DE-92 A

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY

lOth and Market Streets, Wilmington, Del. I9898,

V. St. A.

Anläge und Verfahren für den Wärmeaustausch von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren für den Wärmeaustausch zwischen einer fliessenden ä Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit mit einer Temperatur, die wesentlich von derjenigen der fliessenden Flüssigkeit abweicht. Im besonderen ist die Erfindung auf eine Anlage und ein Verfahren zum Kühlen grosser Volumen heisser korrodierender Flüssigkeiten unter Prozeßstrombedingungen gerichtet. Ferner ist die Erfindung auf einen neuen und verbesserten Wärmeaustauscher und auf ein Verfahren zum Kühlen heisser Schwefelsäure bei der Schweifelsäureherstellung gerichtet·

Es giüt mindestens zwei Verfahrensstufen bei der

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Herstellung von Schwefelsäure, bei welchen eine Kühlung eines grossen Volumens Säure erforderlich ist. Die eine Verfahrensstufe, bei welcher eine solche Kühlung geschieht, besteht in Verbindung mit einem Trockenturm, in welchem feuchte Luft zur Verbrennung im Schwefelverbrennungsprozeß durch konzentrierte Säure geleitet wird, um die Feuchtigkeit aus dem Gas zu entfernen. Diese Feuchtigkeit verdünnt die Säure und erhöht infolge der Verdünnungswärme die Temperatur der Säure gewöhnlich auf etwa 68⁰C (etwa 155°F). Bevor diese Säure¹ in Umlauf gesetzt oder zum Absorptionsturm geleitet wird, in welchem ihre Konzentration erhöht wird, wird die Säure gewöhnlich auf 46⁰C (115°F) gekühlt. In einer Anlage für 900 Tonnen (1000 tons) Säure täglich werden gewönnlich 13,6 m (3600 Säure je Minute durch den Trockenturm in Umlauf gesetzt. Die zweite Stufe, bei welcher eine solche Künlung notwendig ist, besteht in Verbindung mit dem Absorptionsturm, in welchem durch die verdünnte Schwefelsäure trockenes Schwefeltrioxyd hindurchgeleitet wird, um die Konzentration der Säure zu erhöhen. Bei diesem Prozeß erreicht die Temperatur der Säure gewöhnlich 111°C (230⁰F), welche auf etwa 88⁰C (etwa 190⁰F) vor einer weiteren Behandlung bzw. vor der Lagerung abgekühlt werden muli. Bei einer Anlage für 900 Tonnen (1000 tons) Säure täglich, werden gewöhnlich 24,6 m³ (6500 gall.) Säure je Mii sorptionsturm in Umlauf gesetzt·

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24,6 m (6500 gall.) Säure je Minute durch den Ab-

Die Ableitung der gewünschten Wärmemenge aus diesen grossen Fluss igkeitanengen ist eine schwierige Aufgabe. Die gegenwärtig allgemein angewendete Lösung der Aufgabe ist bei weitem nicht zufriedenstellend und erzeugt praktisch neue Probleme. Bei jedem Umlaufsystem werden

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buchstäblich tausende von Gußeisen-Wärmeaustauscnern verwendet. Diese besitzen gewöhnlich Rippenrohrabscnnitte, die in einer Matrix ozw. Masse übereinandergestapelt sind, über welcne Kühlwasser gesprüht wird. Da so viel Wärme abgeleitet werden muß, muß eine grosse Zahl von Wärmeaustauschronren vorgesenen werden, wodurch das Volumen des Umlaufsystems und damit das Volumen der im Umlaufsystem verwendeten Säure erhöht wird. Ausserdem ist, obwohl das meiste über die Rohre versprühte Wasser in Sammelbenältern aufgefangen und von neuem in Umlauf gesetzt wird,

ein ständiger Nebel über den Kühlfeldern, was ein "

Verschmutzungsproblem darstellt. Obwohl das Wasser selbst kein Verschmutzungsstoff ist, wird es in Verbindung mit dem Schwefeldioxydgehalt in der Umgebung im Bereich der Säureanlage und verstärkt durch mögliche Leckstellen, die in den Säureleitungen auftreten können, der säurehaltige Nebel ein ernstes Verschmutzungsproblem. Ausserdem stellen die Gußeisen-Wärmeaustauscher ein Opfersystem dar. Es besteht keine Frage, daß die Säure durch sie hindurcn ätzt, die Frage ist nur, wie lang dies dauert. Bei normalem Betrieb hält ein Abschnitt eines Wärmeaustauscnronres zwiscnen 3-8 Jahre, worauf er entfernt und ausge- ä

wechselt werden muß. Lr kann nicht repariert werden und das Auswechseln erfordert gewöhnlich die Stilllegung der Anlage, was teuer und zeitraubend ist. Ferner baut sich, da eine gewisse Kühlung durch Verdampfung stattfindet, eine Schicht des Mineralgehalts von hartem Wasser auf der Wärmeaustauschfläche auf, wodurch der Künlwirkungsgrad verschlechtert wird. Schließlich beansprucht die grosse Zahl von Gußeisenwärmeaustauschern, die zur Ableitung der gewünscnten Wärme erforderlich ist, einen Deträcntlicnen Raum in einer Säureanlage, wobei Flächen in Anspruch genommen werden, die zur Erweiterung der Produktion der Anlage verwendet wer-

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den können oder zur Aufstellung eines zweiten Absorptionsturms, der dazu dienen kann, den Gehalt an Schwefeldioxyd in der Umgebung der Anlage nerabzusetzen.

Es wurde vorgeschlagen, die Berieselungs- bzw. Sprühwärmeaustauscher durch Mantel- und Ronrwärmeaustauscner zu ersetzen. Durch ihre Verwendung werden viele der Probleme gelöst, welche die bisherigen Anlagen beeinträcntigen, jedoch ist immer noch eine gewisse Verbesserung möglich. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Wärmeaustauschers zur Verwendung für fliessende Flüssigkeiten, insbesondere für heisse korrosive Flüssigkeiten, welcher Wärmeaustauscher in Teile der bestehenden Anlagen eingebaut werden kann, um die herkömmlichen Säurekühlfelder und die zugehörigen Säuresammei- und Rohrleitungssysteme zu ersetzen. Ferner soll durch die Erfindung ein verbesserter Wärmeaustauscher zur Verwendung zum Kühlen heisser korrosiver Flüssigkeiten unter Prozeßbedingungen unter Benutzung eines abgedichteten Kühlflüssigkeitssystems geschaffen werden, bei welchem die Verschmutzungsprobleme verringert sind. Weiter soll durch die Erfindung ein einfaches Wärmeaustauschsystem zur Verwendung zum Künlen heisser korrosiver Flüssigkeiten geschaffen werden, wobei Abschnitte des ganzen Systems ta. der Anlage selbst ausgewechselt oder repariert werden können, ohne daß die Anlage abgeschaltet werden muß.

Durch die Erfindung wird daher eine Anlage geschaffen, die einen länglichen Tank bzw. engen Kanal zur Aufnahme der fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit besitzt, ferner eine Anzahl Wärmeaustauscherbündel, von denen jedes durch eine Anzahl rohrförmiger Elemente gebildet wird, die aus einer organischen Polymermasse hergestellt sind, innerhalb des Tanks angeordnet sind, wobei Bündel-

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befestigungen mit den Bündeln verbunden sind und dazu dienen, die Bündel in ihrer Lage innerhalb des Tanks zu halten, und Leitungen, die mit jedem Bündel verbunden sind, um das eine.Ende jedes Bündels mit einer zweiten FlussigJceit zu oeliefern, deren Temperatur wesentlich verschieden von derjenigen der fliessenden Flüssigkeit ist, und um die zweite Flüssigkeit von dem anderen Ende des Bündels aufzunehmen. Der Tank besitzt einen Einlaß und einen Auslaß, die an entgegengesetzten Enden des Tanks vorgesehen sind und dazu dienen, eine Strömung der Wärmeaustauschflüssigkeit durch den Tank zu ermöglichen, wobei jedes Bündel innerhalb ä des Tanks quer zum im wesentlichen den ganzen Strömungsweg der fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit in der Weise angeordnet ist, daß praktisch die ganze fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit zwischen den rohrförmigen Elementen jedes Wärmeaustauschbündels und in innigem Kontakt mit diesen hindurchtritt und zwar ohne wesentlichen Rückfluß der fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit, so daß ein Temperaturgefälle zwischen der Flüssigkeit am Einlaßende und am Auslaßende des Kanals aufrechterhalten wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die Erfindung anhand einer Anlage und eines Verfahrens zum Kühlen einer heissen/fliessenden Wärmeaus- j tauschflüssigkeit mit einer zweiten Flüssigkeit be- ™ schrieben, obwohl die Anlage und das Verfahren gemäß der Erfindung auch zum Erhitzen einer Kalten fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit mit einer zweiten heissen Flüssigkeit angewendet werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bündel U-förmige Bündel, die im Tank so angeordnet sind, daß sich der eine Schenkel des U oberstromseitig des anderen Schenkels befindet, und werden die Bündel durcn eine Anzahl rohrförmiger Elemente gebildet, die aus einer

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polymeren Masse auf Fluorkohlenstoffbasis hergestellt sind, und durch eine Anzanl Abstandselemente, welche mit den rohrförmigen Elementen und den Wänden des Tanks zusammenwirKen, um jedes Rohr in einem im wesentlichen gleicnen Abstand zu den anderen rohrförmigen Elementen und zu den Wänden des Tanks zu halten. Ferner ist eine Verankerung vorgesehen, um zu verhindern, daß derjenige Teil der Bündel, der in der Nähe des Bodens des Tanks angeordnet ist, vom Boden des Tanks durch die Kraft weggedrückt wird, die auf sie durch die durch den Tank fliessende Flüssigkeit ausgeübt wird.

Das erfindungsgemässe System ist besonders vorteil-, haft für Prozeßströme zur Herstellung heisser korrosiver Flüssigkeiten, wie Schwefelsäure, da es in bestehende Anlagen eingebaut werden kann. Bei der Schwefelsäureherstellung müssen grosse Pumptanks sowohl für den Absorptionsturm als auch für den Trockenturm zur Aufnahme der ganzen Säure vorgesehen werden, die in diesen Systemen während der Zeiträume enthalten sind, wenn aus irgendeinem Grund der Turm geleert wird. Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird der längliche Tank zwischen zwei konzentrischen Zylindern gebildet, wobei der innere Zylinder die Wände dea Pumptanks bildet, so daß der enge Kanal ein Umfangskanal um den Pumptank herum ist. Die Säure wird an einem Punkt in den Kanal eingeleitet und fließt um beide Seiten des Pumptanks herum zu einer Stelle, die dem Säureänlaß entgegengesetzt ist, an welchem Punkt sie in den Pumptank fließt und zu den Türmen gepumpt wird. Der einfachste 'Weg für den Übergang zwischen dem Kanal und dem Pumptank ist die Verwendung einer ÜDerlauföffnung, damit die Säure in den Pumptank überlaufen kann, jedoch kann, da etwas

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kühle Säure am Boden des Tanks zurückgeblieben sein kann, eine verstellbare Schleuse vorgesehen werden, sowie die Überlauföffnung in der Weise, daß Säure sowohl vom oberen als aucn vom unteren Ende des Tanks zum Pumptank.fließt. Je nach den Umständen können auch andere geometrische Formen, beispielsweise ein Tank, der quer zum Durchmesser des Pumptanks verläuft, oder ein Tank, der oberhalb des Pumptanks angeordnet ist, anstelle des Umfangstanks verwendet werden. Da der Pumptank auf jeden Fall vorgesehen werden muß, hat der Einbau des FlüssigkeitsKünlsystems in den Pumptank statt an einer anderen Stelle den Vorteil, daß " das SäureKünlfeld für andere Zwecke frei wird, jedoch kann aucn ein Kühltank, der von dem Pumptank völlig gesondert ist, vorgesehen werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht bei ihrer Anwendung für korrosive Flüssigkeiten darin, daß der tragende Aufbau, der zur Halterung der Rohrbündel im Tank verwendet wird, auch dazu benutzt werden kann,den Rohrabstand herzustellen. Dieses Merkmal ermöglicht die Schaffung des Abstandes durch einen starren Aufbau, der nicht in das korrosive Bad eingetaucht zu werden braucht, und der Abstand, wenn er einmal eingestellt worden ist, verändert sich nicht wesentlich über das restliche ä Rohrbündel. Obwohl "Teflon"-Abstandsstücke im Bad verwendet werden können und verwendet werden und als solche dazu beitragen, den festgelegten Abstand aufrecht zu erhalten, ist es vorzuzienen, den Abstand mit einem starreren Material festzulegen, das oberhalb des Bades angeordnet ist, und die "Teflon"-Abstandsstücke im Bad angeordnet in erster Linie dazu zu benutzen, daß das Rohrbündel daran gehindert wird, gegen die Wände des Tanks zu reiben.

Obwohl die Erfindung besonders geeignet bei der Schwefel-

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säureherstellung ist, kann sie auch in anderen Fällen Anwendung finden, bei welchen grosse Volumen neisser fliessender Flüssigkeit gekühlt werden müssen. Als solche stellt sie eine neuartige Prozesstroinkühlung in Tanks dar, in welchen anstelle der Herabsetzung der Temperatur der ganzen Flüssigkeit, die im Tank oder in einem Abteil .des Tanks entnalten ist, auf die gleiche gleichmässige Temperatur, die Temperatur schrittweise beim Durchtritt der Flüssigkeit durch jedes gesondert gekühlte vtfärmeaustauschbündel verringert wird, so daß ein Temperaturgefälle zwischen dem Linlaßende und dem Auslaßende des Prozeßstromtanks aufrechternalten wird.

Wenn jedes Rohrbündel gesondert gekühlt wird und die heisse fliessende Flüssigkeit mit jedem Rohrbündel erst in Kontakt kommen kann, nachdem sie durch die in der Aufeinanderfolge vorausgehenden Bündel gekühlt worden ist, wird der Wirkungsgrad des Kühlsystems so weit erhöht, daß grosse Flussigkeitsvolumen in einem Raum gekühlt werden können, bei dem bisner die Ansicht bestand, daß ein solches Kühlen unmöglich ist. Das Wesen der Arbeitsweise des Systems besteht darin, eine Vermischung der heissen und der gekühlten Flüssigkeit über die gesamte Länge des Kühltanks dadurch zu verhindern, daß ein Rückfluß der kühleren Flüssigkeit in den Bereich der heisseren Flüssigkeit und eine Umleitung der heissen Flüssigkeit an Wärmeaustauschbündeln vorbei verhindert wird. Herkömmliche Wärmeaustauschsysteme, beispielsweis-e von der in dem USA-Patent 2.06 9.8 34 beschriebenen Art, beruhen auf der Vorstellung, daß das zu kühlende Medium in den Rohren entnalten sein soll und das kühlende Medium im Mantel. In denjenigen wenigen Fällen, in welchen wie bei der vorliegenden Erfindung die zu künlende Flüssigkeit sicn ausserhalb

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der Kühlrohre Defindet, und die kühlende Flüssigkeit innerhalb der Rohre, wie in dem USA-Patent 3.526.274 offenbart, ist weder gezeigt noch angegeben, daß durch eine richtige Orientierung der Rohrbündel eine inkrementelle Kühlung der heissen Flüssigkeit erzielt werden und ein Temperaturgefälle über den Kühltank aufrecnterhalten werden kann, um den Wirkungsgrad des Künlsystems so weit zu erhöhen, daß eine wirksame Kühlung grosser Flüssigkeitsvolumen erreicht werden kann.

Die Arbeitsweise und Vorteile der Erfindung ergeben sich ferner aus der nachfolgenden BeschreiDung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeir gen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Kühltank in den Pumptank als Umfangskanal eingebaut worden ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt nach der Linie 2-2;

Fig. 3 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Kühltank in den Pumptank eingebaut worden ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt nach der Linie 4-4;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausfünrungsform eines für die Zweckender Erfindung verwendbaren Rohrbündels;

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Fig. 6 eine Vorderansicht des in Fig. 5 dargestellten .Rohrbündels j

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausfuhrungsform der Erfindung, bei welcher der Kühltank oberhalb des Pumptanks angeordnet ist.

In Fig. 1, in der eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung gegeben ist, und in Fig. 2, die eine Seitenansicht der gleichen Ausfünrungsform zeigt, sind zwei konzentrische ausgemauerte Gußeisenzylinder dargestellt. Der Pumptank 11 wird durch die Gußeisenwand 12 und die Ausmauerung 13 begrenzt und der enge Umfangskünlkanal 20 wird zwischen den Gußeisenwänden 12 und I¹+ und den Ausmauerungswänden 15 und 16 gebildet. Ein Gußeisenrohr 17, das vom Säureturm ner» führt, entleert sich in den Kühlkanal 20 zwischen den beiden ausgemauerten Gußeisenzylindern. Die aus dem Rohr austretende Säure fließt in beiden Richtungen durch den Kanal um den Pumptank 11 herum, um an einer Stelle zusamrnenzuf lies sen, die dem Rohr diametral entgegengesetzt ist. Die Säure fließt darm in den Fumptank durch eine Überlauföffnung 18 am oberen Rand des Kanals und durch eine verstellbare Schleuse 19 am Grund des Kanals unmittelbar unter der Überlauföffnung, In den Pumptank eintretende Säure wird dann aus diesem durch eine nicht gezeigte Pumpe zu ihrer näcnsten Position im Prozeßstrom gepumpt. Bei der dargestellten besonderen Ausbildung wurde der ursprüngliche Pumptank durcn die äussere Gußeisen- und Ziegelwand begrenzt und die inneren Gußeisen- und Ziegelwände wurden eingesetzt, um sowohl den engen Kanal als auch den erfindungsgemässen PumptanK in dem gleichen Raum zu bilden, der vorher durcn den alten Pumptank eingenommen war.

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Wärmeaustausch-Rohrbündel 21a bis 21e sind in dem
engen Kanal auf der einen Seite des Pumpttanks angeordnet, während Ronrbündel 2 2a bis 2 2e im Kanal auf der anderen Seite des Tanks angeordnet sind, so daß bei der dargestellten Ausfünrungsform Säure, die aus dem Rohr 17 austritt, über fünf Wärmeaustausch-Rohrbündel fließt unabhängig davon, welche Richtung sie um den Kanal nerum nimmt, bevor sie in den Pumptanic fließt. Eine Künlflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, wird jedem Wärmeaustauschronrbündel über einen Einlaß 23, eine Sammelleitung 24 und Rohre 25 zugeführt. Die Kühlflüssigkeit verläßt jedes Rohrbündel über Rohre 26, die zu einer Sammelleitung 27 und zu einem Auslaß 28 führen. Wie dargestellt, sind die einzelnen Rohrbündel mit der Künlflüssigkeitzufuhr durch eine Abdeckplatte 29 hindurch verbunden, die über dem Säurebad angeordnet ist. Die Rohrbündel 22b und 22c sind nur für die Zwecke der Darstellung unbedeckt gelassen. Die
gesonderten Abdeckplatten ermöglichen das Herausnehmen einzelner Rohrbündel. Gegebenenfalls können die
Abdeckplatten zur Verwendung bei Hochdruck-Strömung eingedichtet werden.

In Fig. 3, die eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gibt, und in Fig. 4, die eine Seitenansicht der gleichen Ausfünrungsform darstellt, wird der Pumptank 30 durch die Gußeisenwand 31 und die Ausmauerung 32 begrenzt. Der Kühltank 34 ist nicnt mehr ein Umfangstanx, sondern ein langer
schmaler Tank, der im Durchmesser des Pumptanks angeordnet ist und gerade ausreichend Spiel am Ende für · den Anschluß beider Abschnitte des Pumptanks läßt.
Der Künltank wird durch eine Gußeisenwand 35 und

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Ausmauerungen 36 und 37 geoildet. Innerhalb des Kühltanks 34 sind vier Wärmeaustausch-Rohrbündel 38a bis 38d angeordnet. Jedes Wärmeaustausehrohrbündel wird mit Kühlflüssigkeit über eine Sammelleitung 39 und Rohre 40a bis 4Od beliefert, welche Kühlflüssigkeit die Rohrbündel über Ronre 41a bis 41d und eine Sammelleitung 4 2 verläßt. Die heisse Flüssigkeit tritt in den Kühltank 34 durch ein Rohr 43 ein, tritt durch alle Wärmeaustauschrohrbündel hindurch und fließt in den Pumptank 30 durch eine Überlauföffnung 44 und eine verstellbare Scnleuse 45, von wo aus sie zur nächsten Prozeß-Station durch eine nicnt gezeigte Pumpe geleitet wird. Wenn das Verhältnis der Länge zur ßreite des Kühltanks zu klein ist, wird keine aufeinanderfolgende Kühlung erzielt. Das Verhältnis hängt natürlich von den Umständen ab, jedoch wird im allgemeinen ein Verhältnis von Länge zu Breite bevorzugt, das grosser als 5 : 1 ist.

Die Arbeitsweise dieser beiden Ausführungsformen ist im wesentlichen die gleicne und hängt weitgehend von der Gestaltung der Wärmeaustausch-Rohrbündel ab. Die Rohrbündel werden durch eine Anzahl von kleinen, verhältnismässig flexiblen rohrförmigen Elementen gebildet, die aus einer organischen polymeren Masse, vorzugsweise aus einem Fluorkohlenstoff wie "Teflon", hergestellt sind, wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit organischen Materials mit dezug auf Metall ist eine grosse Zahl von Rohren kleinen Durchmessers notwendig, um den gewünschten Wärmeaustausch zu erzielen. Normalerweise enthält jedes Rohrbündel zwiscnen bOO bis 3500 gesonderte ronrförmige Elemente je mit einem Durchmesser zwischen 2,5 und 6,4 mm (zwiscnen 0,1 und 0,25 "). Die Rohrelemente sind im Tank quer zum ganzen Strömungs-

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weg der heissen fliessenden Flüssigkeit angeordnet und erstrecken sich von der einen Wand des engen Kanals zur anderen und vom oberen Rand des Kanals zu dessen Grund, so daß die gesamte neisse fliessende Flüssigkeit in innigen Kontakt mit dem Ronrelementen jedes bündeis in Aufeinanderfolge Kommt. Es muß daoei darauf geacntet werden, daß eine Umleitung der heissen Flüssigkeit durch eines der Rohrbündel auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird und daß der Rückfluß der gekühlten Flüssigkeit so gering wie möglich ist. Wenn hierauf geacntet wird, kann ein Temperaturgefälle zwischen der in den Kanal eintretenden neissen fliessenden Flüssigkeit und I

der den Kanal verlassenden Flüssigkeit aufreenterhalten werden. Wenn Umleitung oder Rückfluß wesentlich werden, kann die Temperatur des Mediums im Tank eine gleichmassige Temperatur werden, wodurch der Wirkungsgrad der Kühlung herabgesetzt und es unmöglich gemacht wird, grosse Mengen Flüssigkeit in dem vorgesehenen Raum zu kühlen.

Eine besonders vorteilhafte Rohrbündelgestaltung ist in Fig. 5 und 6 dargestellt, die eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht des gleichen Bündels geben. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Rohrelementen 60 zueinem einzigen U-förmigen Rohrbündel zusammengefaßt, welches· aus Fertigungs gründen in zwei oder mehrere Abschnitte, je nachdem, um wieviele Rohrelemente es sicn handelt, unterteilt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 sind die einzelnen Rohre öO durch starre Abstandspfetten 61 und 6 2 hindurchgeführt, die aus einem Metall, Kunststoff oder aus irgendeiner anderen geeigneten starren Masse hergestellt sind. Da diese Abschnitte des Rohrbündels ausserhalo des neissen korrosiven Mediums gehalten werden, können sie aus einem weniger korrodieroaren Material hergestellt werden.

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Zuerst wurde angenommen, daß durchgehend ein starres Abstandsstück notwendig sein würde, es wurde jedocn festgestellt, daß nur zwei solche Abstandsplatten erforderlich sind, um die Ausflucntung der Rohre nerbeizufünren, und daß, wenn einmal die Ausflucntung der einzelnen Rohrelemente an den Enden des Rohrbündels hergestellt ist, diese über das ganze Rohroündel onne zusätzliche Hilfe aufrecnterhalten wird, unstarre Abstandsplatten 64, die aus einem nicnt korrodieroaren Material, wie "Teflon", hergestellt sind, können und werden innerhalb des ßades verwendet und tragen dazu bei, die Abstände aufrecnt zu erhalten, jedocn Desteht ihr HauptzwecK darin, die einzelnen Rohrelemente daran zu nindern, unmittelbar gegen die Wände des TanKs zu reiben. Jedes Rohrelement im Rohrbündel wird dann' durch die beiden starren Platten öl und 6 2 und durch mehrere flexible Abstandsplatten 64 hindurchgeführt, um die dargestellte U-förmige Anordnung zu erhalten. Die Enden der einzelnen Rohre werden dann zusammengefaßt und von xlülsen 65 und 66 aufgenommen, welche den Einlaß und den Auslaß der Rohrbündel bilden und mit den Kühlflüssigkeits-Sammelleitungen 6 7 und 6 8 durcn Flansche 6 9 und 70 verbunden sind» Das Endstück kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Eine besonders vorteilhafte Form ist in dem USA-Patent 3.315.74 0 beschrieben. Dieses Patent beschreibt eine Möglichkeit, die einzelnen Ronrelemente wabenförmig zueinander anzuordnen und sie miteinander und mit den Wänden der Rohrhülse naftend so zu verbinden, daß eine Endstruktur ohne Leckstellen erhalten wird. Oowonl dieses Verfahren vorteilhaft und zweckmässig ist, kann irgendein anderes bekanntes Verfahren, beispielsweise ein Preßformverfanren, zum Formen einer Endstruktur für das Rohruundel angewendet werden. Das Rohrbündel wird dann mit einer tragenden KonstruKtion 71 verbunden, die dazu dient,

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das RonrDündel im KühltanK in der Weise zu halten, dal6 die starren Abstandsplatten nicht in die Säure eintreten, und ferner die Endstrukturen der Rohrbündel in der Weise zu nalten, daß die Leitungen für die Kühlflüssigkeit in einfacher und sicherer Weise an innen angebracht werden können.

Da die heisse Flüssigkeit durch den Kühltank fließt, müssen Mittel zur Verankerung der Rohrbündel vorgesehen sein, damit sie nicht vom ßoaen des Tanks nochgespünlt werden und einen Umgenungsweg für die heisse Flüssigkeit unternalb des Rohrbündels bilden. Wenn irgendwelche Mittel zur körperlichen Befestigung des unteren Endes der Rohrbündel am Boden des Künltanks verwendet werden, wird das Entfernen des Rohrbündels erschwert. Bei der dargestellten Aus führ ungsiörm wird die Verankerung durch eine Reihe von ßleistäben 7 2 gebildet, die zuerst in ein "Teflon"-Roiir 7 3 eingesetzt und dann durch die Abstandsplatten 64 zusammen mit den einzelnen Rohrelementen geführt werden. Diese Stäbe dienen dazu, die Rohrbündel so zu beschweren, daß sie zum Boden des Tanks gedrücKt werden und dabei eine Verankerung bilden, welche die einzelnen Rohrbündel frei läßt, so daß sie nach Beieben aus dem Tank entfernt werden können. Die Bleistäbe werden an den vier Ecken jedes Abscnnitts des Rohrbündels angeordnet. Sie braucnen sich nicht bis zur Oberfläche der neissen Flüssigkeit zu erstrecken, sondern können, da sie als Verankerung wirken, auf den unteren Teil des Bündels beschränkt werden. Sie können voll von dem "Teflon"-Rohr eingehüllt werden, das sie umgibt, indem die Enden des "Teflon"-Rohres um die Bleistäbe herum abgedichtet werden, so daß die gesamte Anordnung gegen die korrosive Flüssigkeit geschützt ist. Um dazu bei-

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zutragen, die "Tef lon"-Abstandsplatten in Abstand voneinander zu nalten, können axe Bleistäbe durcn das ¹¹ Teflon "-Rohr hindurch auf jeder Seite der Aüstandsplatten 64 zusammengedrückt werden, um die Bleistäoe auf jeder Seite der Abstandsplatten zu verformen und dadurch die letzteren in inrer Lage zu sichern.

Um zusätzlicli ein riindurchtreten des Mediums unter dem Rohrbündel zu verhindern, wird eine "Teflon"-Folie 75 an der unteren Abstandsρlatte 64 durcn eine "Teflon"-Verschnürung 7 7 befestigt. Die Folie 75 wird durch mit "Teflon" beschichtete Bleistäbe 7 8 beschwert und wirkt als Trennwand. Wenn sich das Rohrbündel aufwärts bewegt, schwingt die Folie nach unten, um zu verhindern, daß heisse 'Flüssigkeit das Rohrbündel dadurch umgeht, daß es unter diesem hindurchfließt. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausfünrungsform der Erfindung, Dei welcher der Kühltank 34 oberhalb des Pumptanks 31 angeordnet ist, so daß die heisse fliessende Flüssigkeit aus dem Kühltank zum Pumptank durch die Überlauföffnungen und die Schleuse durch Gefällewirkung fließt.

Die dargestellten Ausführungsformeη sind besonders vorteilhaft in Prozeßstrom-Anwendungs fällen, bei welchen jedes einzelne Ronrbündel aus dem Tank zur Instandsetzung ohne Stillegen der Anlage entnommen werden kann. Wenn ein oder mehrere Rohrelemente ein Leck erhalten, kann dieses an Ort und Stelle verschlossen und das Rohrelement bzw. die Rohrelemente sofort wieder in Betrieb genommen werden. £s ist natürlicn eine Anzahl anderer Gestaltungen sowohl hinsichtlicn der Bauform des Kühltanks als auch aer Ronrbündel möglich. Beispielsweise kann der Künltanx obernalo oder ausserhalb aes Pumptanks angeordnet werden und Kann aucn aogedientet werden,

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wenn eine Strömung unter hohem Druck erforderlich ist. Ferner kann ein geflochtenes Ronroündel statt eines Abstandsplattenbündels vorgesehen werden und die Gesamtanordnung kann dazu verwendet werden, eine kalte Flüssigkeit "zu erhitzen, statt eine heisse Flüssigkeit zu kühlen. Die vorangehende Beschreibung soll lediglich Beispiele für die Anwendbarkeit der Erfindung geben und ist nicht beschränkend auszulegen.

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Claims

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Patent an sprü ehe :

Anlage für den Wärmeaustausch zwischen einer fliessenden Wärmeaustauscnflüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit mit einer Temperatur, die von der der fliessenden WärmeaustauschflüssigKeit wesentlich verscnieden ist, gekennzeichnet durch

a) einen länglichen Tank oder Kanal mit einem ersten Einlaß und Auslaß zur Aufnahme der Strömung der Wärmeaustauschflüssigkeit in den bzw. aus dem länglicnen Tank oder Kanal;

b) eine Anzanl wärmeaustauscn-Rohrbündel, die innerhalb des Tanks bzw. Kanals angeordnet ist, von welchen RohrDündeln jedes durch eine Vielzanl von relativ flexiblen Ronrelementen gebildet wird, die aus einer organiscnen polymeren Masse nergesteilt sind, und einen zweiten Einlaß und Auslaß aufweist, die mit dem Inneren der Rohrelemente verbunden sind, um die Strömung der zweiten Flüssigkeit durch sie hindurch zu ermöglichen;

c) Leitungen, die mit dem zweiten Einlaß und dem zweiten Auslaß der Rohrbündel verbunden sind, um die zweite Flüssigkeit zu dem einen Ende jedes der Rohrbündel zu liefern und die zweite Flüssigkeit von dem anderen Ende der Rohrbündel aufzunehmen; und

d) Rohrbündel-Befestigungselemente, die mit den Rohrbündeln verbunden sind, um diese in ihrer

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Lage innernalb des länglicnen Tanks oder Kanals
zu Halten, welche Ronrbündel innerhalb des länglicnen TanKs in Reine zwischen dem ersten Einlad und dem ersten Auslaß so angeordnet sind, daft
praktisch alle fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit in innigen KontaKt mit den Rohrelementen
jedes der Rohrbündel und in einer solchen Weise
kommt, daß praktisch alle fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit durch jedes Rohrbündel der
Reine nach fließt, bevor sie durch das in der Reihe nächstfolgende Rohrbündel hindurchtritt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit eine heisse Flüssigkeit ist und die zweite Flüssigkeit eine Künlflüssigkeit ist.
3. Anlage nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit eine kalte Flüssigkeit ist und die zweite Flüssigkeit eine
erwärmende Flüssigkeit.
4. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der RohrDündel durch 500 bis
Rohre je mit einem Durchmesser von 2,5 bis
6,4'mm (von 0,1 bis 0,25 ") gebildet wird und die
organische polymere Masse aus einem Polymeren auf
Fluorkohlenstoffbasis besteht.

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5. Anlage nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeicnnet, daß die Rohrbündel b-förmige Ronrbündel sind, von denen mindestens eines in dem länglicnen Tank oder Kanal in der Weise angeordnet ist, daß der eine Schenkel jedes der Ronrbündel oberstroinseitig zum anderen Schenkel des Rohrbündels im Strömungsweg der Wärmeaustauschflüssigkeit angeordnet ist, wobei die Rohrelemente in jedem Schenkel der Rohrbündel im wesentlichen vertikal innerhalb des länglichen Tanks oder Kanals angeordnet sind und sich im wesentlichen vom oberen Ende bis zum Boden des länglichen Tanks oder Kanals in einer Anordnung erstrecken, die durch mindestens eine Reihe von Rohrelementen mit im wesentlichen gleichen Anständen gebildet wird, die sich im wesentlichen senkrecht zum Strömungsweg der erwähnten Wärmeaustauschflüssigkeit erstreckt.
6. Anlage nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurcn gekennzeichnet, daß die Ronrbündel mit· einer Anzahl von Aostandselementen verseilen sind, die mit den Rohrelementen und mit den V/an de η des länglicnen Tanks oder Kanals zusammenwirken, um jedes der Rohrelemente in im wesentlicnen gleichen Abständen zu nalten.
7. Anlage nach den Ansprücnen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel mit Verankerungsmitteln versehen sind, um zu verhindern, daß die in der Nähe des Bodens des länglichen Tanks angeordneten Teile der Rohrbündel vom Boden aes länglichen Tanks durch die Kraft weggedrückt werden, die auf sie

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durch die Strömung der Viärmeaustauschflüssigkeit durch den länglichen Tank ausgeübt wird.
8. Anlage nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der längliche Tank oder Kanal ein Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 5 : 1 hat.
9. Anlage nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß an dem einen Ende des länglichen Tanks oder Kanals angeordnet ist und der erste Auslaß durch einen Überlauf gebildet wird, der am anderen Ende des länglichen Tanks oder Kanals angeordnet ist.
10. Anlage nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Auslaß ferner mit einer verstellbaren Schleuse versehen ist, die am Boden des Biglichen Tanks bzw. Kanals angeordnet ist.
11. Anlage nach den Ansprüchen 1-10, gekennzeichnet durch einen zweiten TanK, in welchen die fliessende Wärmeaustauschflüssigkext beim Verlassen des länglichen Tanks oder Kanals durch den ersten Auslaß fließt.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeicnnet, daß

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der längliche Tank um den zweiten Tank herum angeordnet ist und der erste Einlaß sich an dem einen Ende des länglichen Tanks befindet und der erste Auslaß durch einen Überlauf am anderen Ende des länglichen Tanxs gebildet wird, so daß die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit in den zweiten Tank durch den Überlauf aus dem erwähnten länglichen Tank.fließt.
13. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Tank bzw. Kanal oberhalb des zweiten Tanks angeordnet ist.
IH. Anlage nach Ansprucn 5', dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Tank bzw. Kanal ein abgedichteter Tank ist, und die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit durch den länglichen Tank unter Druck gefördert wird.
15. Verfahren für den Wärmeaustausch zwischen einer fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit in das Einlaßende eines engen Kanals eingeleitet wird;

b) eine Vielzahl von Wärmeaustausch-Rohrbündeln in Reihenscnaltung innerhalb des engen Kanals angeordnet wird, von welchen Wärmeaustausch-Ronrbündeln jedes quer zu im wesentlicnen den ganzen Strömungsweg der fliessenden .Värmeaustauschflüssig-

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Jceit durch den schmalen Kanal angeordnet ist, jedes der Wärmeaustauschronrbündel aus einem organischen Polymeren nergestellt ist;

c) jedem Rohrelement in jedem Wärmeaustauschrohrbündel eine zweite Flüssigkeit von einer Temperatur zugeführt wird, die von der der Wärmeaustauscnflüssigkeit wesentlich verschieden ist;

d) man die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit durcn den engen Kanal in der Weise fliessen läßt, daß praktisch alle fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit zwiscnen den Ronrelementen in jedem der »värmeaustauschrohrbündel in innigem Kontakt mit diesen der Reihe nach hindurchtritt, so daß ein Temperaturgefälle zwiscnen der fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit am Einlaßende des engen Kanals und der fliessenden Wärmeaustauschflüssigkeit am Auslaßende des engen Kanals aufrechterhalten wird; und

e) man die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit aus dem Auslaßende des engen Kanals austreten läßt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die fliessende Wärmeaustauschflüssigkeit eine heisse FlüssigKeit ist und die zweite Flüssigkeit eine Kühlflüssigkeit.
17. Verfahren nach Ansprucn 15, dadurch gekennzeichnet, daß die fliessenüe Wärmeaustauschflüssigkeit eine kalte Flüssigkeit ist und die zweite Flüssigkeit eine erwärmende Flüssigkeit.

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