DE2207166A1 - Kuehlaggregat fuer reaktionsapparate zur durchfuehrung exothermer chemischer reaktionen - Google Patents
Kuehlaggregat fuer reaktionsapparate zur durchfuehrung exothermer chemischer reaktionenInfo
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Description
Kühlaggregat f;'r Reaktionsapparate zur Durchführung
exothermer chemischer Reaktionen.
In Reaktionsapparaten zur Durchführung exothermer chemischer
Prozesse wird die durch die Reaktion eines Gases mit einer bei Rohrreaktoren in einer grösseren Anzahl
von Kontaktrohren untergebrachten Katalycatormasse freiwerdende Wärme mittels eines flüssigen Wärmeträgers,
z.B. einer Salzschmelze, abgeführt. Dieser Wärmeträger der die Kontaktrohre von aussen beaufschlagt, wird
üblicherweise mittels einer Pumpe im Kreislauf umgewälzt, indem er nach der Y/ärmeaufnahme durch einen
Kühler geführt und anschliessend mit der ursprünglichen
Temperatur wiederverwendet wird.
Es gibt nun verschiedene Bauarten solcher Reaktionsapparate: bei einer befinden sich der Kühler und die Umwälzpumpe
in einora besonderen, ausserhalb des Reaktionsbehälter:;
angeordneten Gehäuse (DOS 1.601.162), bei einer anderen befindet sich die Umwälzpumpe in der von Kontaktrohron
freien Mitte des Reaktionsbehälters, in den auch
der RiiclcstroiTi rier ganzen oder mindestens eines Teiles
der V/ilr.'.eträgerrcenge erfolgt. Dabei ist der Kühler ent-309838/0551
— 2 --
-P-
weder auch gleichachsig mit der Umwälzpumpe- oder wieder
äusserhalb des Reaktionsbehälter!·! angeordnet; allerdings
wird er im letzteren I1VaII nur von einer Teilmenge des
■ Wärmeträgere cJurcho trekit (DT-PS 1.064.922 bzw. Ö-PS 271.388).
Das erstgenannte Jystern .-.'eist den Nachteil auf, dass die
Verdampfung und Überhitzung des als Kühlmittel im allgemeinen
verwendeten Jassors in einem Rohrbündel stattfindet.
An den Stellen, an denen das Wasser in die Dampfphase verwandelt wird, entstehen hohe thermische V/echselbelastungen
der Werkstoffe, die häufig zu Spannungsrissen führen.
Das zweitgenannte System weist den Nachteil auf, dass zum
Wechseln des Katalysators die Umwälzpumpe ausgebaut werden muss. Der Kühler, ist bei diesem System üb erflutet, und es muss in
Abstand darüber ein Dampfabscheider aufgestellt werden. Dafür werden bei Kühlerleistungen von etwa 5 Mill. Kcal/h
und mehr vergleichsweise sehr grosse Rohrleitungen vom Kühler
zum Dampfabscheider benötigt.
Beide vorgenanntenSysterne erfordern ausserdem bei Änderungen
der Betriebstemperatur ein Ablassen oder Nachfüllen von Wärmeträger, da für dessen Ausdehnung nicht genügend
Reserveraum zur Verfügung steht.
Um diese Mängel zu vermeiden, besteht dieforfindung darin,
dass die Umwälzpumpe und der Kühler in zwei nebe !»einander
angeordneten Gehäusen untergebracht sind, wobei da» Kühlergehäuse bezüglich dos Wärmeträgerumlaufes zu dein Roaktiond-
309838/0551
»AD
behälter parallelgeschaltet ist, und dass ferner ein Ausdehnungsgefäss
für den Wärmeträger über und in Verbindung mit dem Pumpengehäune sowie ein Dampfabscheider
für das Kühlmittel unmittelbar über dem Kühlergehäuse
und in Verbindung mit den Kühlerrohren angeordnet ist.
Nach einem weiteren Merkina] der Erfindung wird zweckmassig das Ausdehnungsgefäss über dem Kühler- und Puispengehäuse
angeordnet und umgibt das Pumpenaggregat unri den Dampfabscheidebehälter.
In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich ferner, im Deckel des Ausdehnungsgefässes eine Berstscheibe anzuordnen.
Schliesslich dienen ein Regelorgan in einer Verbindungsleitung zwischen dem Pumpengehause und dem Kühlergehäuse
zum Verändern der durch den Kühler zu leitenden Teilmenge
des Wärme trägers sowie eine Heizeinrichtung im lampengehäuse
zum Aufheizen des Reaktionsapparates beim Anfahren bzw. zum Aufrechterhalten der Betriebstemperatur
bei vorübergehenden Unterbrechungen des ReaktionsVorganges.
Der Gegenstand derErfindung ist auf der Zeichnung in
zv/ei Aus führung sfonn en bei epielsweis edargestellt.
Pig. 1 und Pig. 2 zeigen schema tisch im Längsschnitt nach
der gebrochenen Linie G-b-c bzw. in Draufsicht die erste
Ap ο f ü Kr u n£ u f ο r ü. .
3 0 9 8 3 8/0551 " 4 "
In einem Reaktionsbehälter 1 ist in an sich bekannter
V/eise ein Bündel vertikaler Kontaktrohre 2 zwischen zwei Rohrboden 3, 4 angeordnet, an die sich eine obere
bzw. eine untere Haube 5, 6 anschliessen.
Etwas unterhalb des oberen bzw. oberhalb des unteren Rohrbodens 3 bzw. 4 ist der Reaktionsbehälter 1 von
je einem Ringkanal 7 bzw. 8 umgeben, von denen jeder über ringsum verteilte Wandöffnungen 9 bzw. 10 mit dem
Innenraum des Reaktionsbehälters in Verbindung steht.
Beide Ringkanäle 7, 8 sind über kurze Rohrstutzen 11,
mit einem neben dem Reaktionsbehälter 1 angeordneten Pumpengehäuse 13 verbunden, in das von oben her ein
Pumpenaggregat 14 in mit einem axial wirkenden Pumpenrad 14' am unteren Ende hereinragt, zu dem ein aussenliegender
Antriebsmotor 15 gehört. Ausserdem befindet sich in dem PumpengehäuseJLnterhalb des Pumpenaggregates
eine aus mehreren Hohlstäben bestehende Heizeinrichtung 16.
Das Pumpengehäuse 13 ist durch zwei in gleicher Höhe wie die zum Reaktionsbehälter 1 führenden Rohrstutzen 11,
liegende Rohrstutzen 17, 18 mit einem Kühlergehäuse 19
verbunden. In diesem ist ein Bündel vertikaler Kühlerrohre 20 angeordnet, die ebenso v/ie die Kontaktrohre 2
mit ihren Enden in einem oberen und einem unteren Rohrboden 21, ?2 abdichtend befestigt sind. An den unteren
Rohrboden 22 schliesst eich eine Haube 23, an don oberen
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Rohrboden 21 ein vergleichsweise gröcserer Dampfabscheidebehälter
24 an, in den ganz oben ein Dampfaustrittsstutzen
25 mündet, während ein Kühlmittelzuführungsrohr 26 durch den .usdampfbehälter 24 und das Kühlergehäuse
hinduch mit seinem unteren offenen Ende bi3 in die Haube 23 hineinragt.
Auseerdem ist oberhalb des Puiapengehäuses 15 und des
Kühlergehäuses 19 ein Ausdehnunggefass 27 angeordnet,
das mit dem Pumpengehäuse in Verbindung steht, das Pumpenaggregat 14 und den Dampfabscheidebehälter 24 umgibt
und im Bereich des letzteren im Deckel 28 eine Berstscheibe 29 aufweist.
Beim Betrieb dieses Reaktionsapparates v/ird die Wärme die bei der Reaktion eines die Kontaktrohre 2 durchströmenden
Gases mit einer sich in diesen Rohren befindenden Katalysatormasse frei wird, in üblicher Weise
mittels eines Wärmeträgers, z.B. einer Salzschmelze,
abgeführt, die mittels der Pumpe 14 umgewälzt wird. Dieses Umwälzen erfolgt im Sinne der Pfeillinien, d.h.
der durch den unteren Ringkanal 8 in den Reaktionsbehälter 1 radial von allen Seiten eintretende Wärmeträger
strömt dort zunächst in Querrichtung der Kontaktrohre 2, dann nach gleichinässiger Verteilung über den ganzen Querschnitt
mittels einer entsprechend ausgebildeten Lochplatte 30 in Längsrichtung der Kontaktrohre und oben
hinter einer zweiten derartigen Lochplatte 51 wieder in
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Querrichtung radial nach allen Seiten zum anderen Ringkanal 7. Von dort tritt der Wärmeträger mit einer durch
das äussere Beaufschlagen der Kontaktrohre 2 erhöhten
Temperatur über den Rohrstutzen 11 in das Pumpengehäuse auf der Saugseite des Pumpenrades 14' ein, durch das
er nach unten und über den Rohrstutzen 12 wieder in den Ringkanal 8 gefördert wird.
Ein zweiter Kreislauf des Wärmeträgers erfolgt vom
Pumpengehäuse 13 über den unteren Rohrstutzen 18 zum Kühlergehäuse 19 und über den oberen Rohrstutzen 17
wieder zurück. In diesem befindet sich ein Drosselschieber 32 durch den der Durchtrittsquerschnitt veränderbar
und damit die durch das Kühlergehäuse umgewälzte Teilmenge des Wärmeträgers regelbar ist. Diese Teilmenge
wird zur intensiveren Kühlung durch im Kühlergehäuse 19 wechselseitig angeordnete Umlenkscheiben 33 schlangenlinienförrnig
an den Kühlrohren 20 vorbeigeleitet.
Die Kühlung der einen Teilmenge des wärmeträgers findet
bei diesem System von der Eintrittstemperοtür in den
Reaktionsbehälter 1 bis zu einer umsoviel geringeren Temperatur statt, dass nach der Mischung der aus dem
Reaktionsbehälter und aus dem Kühlergehäuse kommenden Teilmengen wieder die gewünschte Eintrittstemperatur erreicht
wird. Das Volumen des Ausdehnungsgefäases 27 i&t
so bemessen, dass im gewünschten Betriebe temperaturbereich
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das Pumpengehäuse 13 und das Kühlergehäuse 19 immer ganz mit Wärmeträger gefüllt sind, und auch bei
Temperatursteigerungen ein Überlaufen des Wärmeträgers vermieden wird.
Damit sich in den Kühlrohren 20 keine Dampfzone bildet,
wird über das Rohr 26 jeweils so viel Kühlwasser nachgefüllt, dass sich der Kühlwasserspiegel immer im
Dampfabscheidebehälter 24 befindet, und zwar zwischen
den Höhenmarken min. und max.. Oberhalb des Kühlwasserspiegels
sammelt sich der bis dahin nur in Blasen durch das Wasser aufsteigende Dampf, um dann über den Rohrstutzen
25 abgeführt zu werden.
Die im Pumpengehäuse 13 untergebrachte Heizeinrichtung
16 wird nur zeitweise benötigt, nämlich während oder nach einer Unterbrechung des ReaktionsVorganges, um
mittels des dann vorher aufgeheizten Wärmeträgers im Reaktionsbehälter 1 die erforderliche Betriebstemperatur
aufrechtzuerhalten bzw. herzustellen. Während dieser
Zeit ist der andere Kreislauf durch das Kühlergehäuse 19 bei geschlossenem Schieber 32 abgesperrt.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen in entsprechender Darstellung
wie Pig. 1 und Pig. 2 die zweite Ausfuhrungsform. Dabei
sind nur die anders ausgebildeten oder zusätzlichen Bauteile mit Bezugsziffern versehen. Im Prinzip sind
wieder -neben einem Reaktionsbehälter ein Pumpengehäuse
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und ein Kühlergehäuse angeordnet, wobei durch letzteres
eine regelbare Teilmenge des Wanneträgers umgewälzt wird,
Anders sind lediglich,wie aus den Pfeillinien erkennbar,
die Unilaufrichtungen des Wärmeträgers, nämlich im Pumpengehäuse von unten nach oben, im Reaktionsbehälter
und im Kühlergehäuse dagegen von oben nach·unten.
Ausnerdem sind die Kontaktrohre 2' in einem ringförmigen
Rohrbündel angeordnet, durch das der Wärmeträger mittels abwechselnd ringförmig bis an die Aussenwand des
Reaktionsbehälters reichender Umlenkscheiben 34 und an einem vertikalen Zentralrohr 35 gehaltener, im Burch*-
messer kleinerer Umlenkscheiben 36 nacheinander jeweils, radial einwärts und radial auswärts geführt wird.
Eine weitere Variation besteht in der Anordnung von zwei zusätzlichen Ringkanälen 37, 38 mit zugehörigen,
ringsum verteilten.Wandöffnungen 39 bzw. 40 am Reaktionsbehälter.
Dadurch können schon vor deren unteren Austritt durch Drosselschieber 41, 42 regelbare Teilmengen
de's Wäi'iiieträgers aus dem Reaktionsbehälter in das Pumpen gehäuse
zurückgeführt werden. Diese Möglichkeit kommt vor allem für solche ungleichmässig verlaufenden Rqaktionsvorgänge
in Betracht, bei denen gleich au Anfang, d.h. im ersten Längsabschnitt der Kontaktrohre, ein
vergleichsweise grösserer Teil der Wärmemenge frei. wird.
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Claims (5)
1. Kühlaggregat für Reaktionsapparate zur Durchführung exothermer chemischer Reaktionen mit einem im Kreislauf
geführten Wärmeträger, für den eine Umwälzpumpe und ein Kühler ausserhalb des Reaktionsbehälters
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzpumpe (141) und der Kühler (20) in zwei
nebeneinander angeordneten Gehäusen (13» 19) untergebracht
sind, wobei das Kühlergehäuse (13) bezüglich des Wärmeträgerumlaufes zu dem Reaktionsbehälter (1)
parallelgeochaltet ist, und dass ferner ein Ausdehnungsgefäss
(27) für den Wärmeträger über und in Verbindung mit dem Pumpengehäuse (13) sowie ein
Dampfabscheidebehälter (24) für das Kühlmittel
unmittelbar über dem Kühlergehäuse (19) und in Verbindung mit den Kühlerrohren (20) angeordnet
sind.
2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aundehnungsgefäss (27) das aus dem Pumpengehäuse
(13) herausragende Pumpenaggregat (14)
und den über dem Kühlergehäuse (.19) angeordneten Dampfabschoidebehä.ltor (24) umgibt.
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-IC-
3· Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (28) des Ausdehnungsgefässes (27)
eine den Dampfabscheidebehälter (24) umgebende Berstscheibe
(29) angeordnet ist.
4. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (17.) zwischen
dem Pumpengehäuse (13) und dem Kühlergehäuse (19) ein Regelorgan (32) angeordnet ist.
5. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpengehäuse (13) eine Heizeinrichtung
(16) angeordnet ist.
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Le e rse
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