DE2207166B2 - Kühlaggregat für Reaktionsapparate zur Durchführung exothermer chemischer Reaktionen - Google Patents

Description

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß die Umwälzpumpe und die Kühlrohre in zwei nebenein-

ander angeordneten Gehäusen untergebracht sind,

von denen nur das Pumpengehäuse unmittelbar mit 50 dem Reaktionsbeshälter und das Kühlergehäuse mit dem Pumpengehäuse an je zwei Stellen durch Rohrstutzen verbunden sind, und daß ferner über und in

In Reaktionsapparaten zur Durchführung exother- Verbindung mit dem Pumpengehäuse ein Ausdehmer chemischer Prozesse wird die durch die Reak- nungsgefäß für den Wärmeträger sowie unmittelbar tion eines Gases mit einer bei R.ohrreaktoren in einer 55 über dem oberen Rohrboden der Kühlrohre ein mit größeren Anzahl von Kontaktrohren untergebrachten diesen in Verbindung stehender Dampfabscheidebe-Katalysatormasse frei werdende Wärme mittels eines hälter angeordnet sind.

flüssigen Wärmeträgers, z, B. einer Salzschmelze, ab- Für eine solche Lösung bedurfte es nicht nur der

geführt. Dieser Wärmeträger, der die Kontaktrohre Anordnung der einen oder anderen konstruktiven von außen beaufschlagt, wird üblicherweise mittels 60 Einzelheit, die in anderem Zusammenhang vielleicht einer Pumpe im Kreislauf umgewälzt, indem er nach auch schon verwendet worden ist; vielmehr kam es der Wärmeaufnahme durch einen Kühler geführt und auf besondere Überlegungen an, um eine derartige anschließend mit der ursprünglichen Temperatur Gesamtkonstruktion unter Berücksichtigung der für wiederverwendet wird. solche Reaktionsapparate gegebenen Verhältnisse zu

Es gibt nun verschiedene Bauarten solcher Reak- 65 schaffen.

tionsapparate: bei einer Bauart befinden sich der als Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird

Rohrschlange ausgebildete Kühler und die Umwälz- zweckmäßig das Ausdehnungsgefäß über dem Kühler pumpe gemeinsam in einem besonderen, außerhalb und dem Pumpengehäuse angeordnet und umgibt das

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zur Umwälzpumpe gehörige, aus dem Pumpenge- Beim Betrieb dieses R.eaktionsapparates wird die häuse herausragende Pumpenaggregat und den Wärme, die bei der Reaktion eines die Kantakt-Dampfabscheidebehälter, rohre 2 durchströmenden Gases mit einer sich in

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich ferner, diesen Rohren befindenden Katalysatormasse frei

im Deckel des Ausdehnungsgefäßes eine Berst- 5 wird, in üblicher Wei^e mittels eines Wärmeträgers,

scheibe anzuordnen. z. B. einer Salzschmelze, abgeführt, die mittels der

Schließlich dienen ein Regelorgan in einer der Pumpe 14 umgewälzt wird. Dieses Umwälzen ertolgt Verbindungsleitungen zwischen dem Pumpengehäuse im Sinne der Pfeillinien, d. h. der durch den unteren und dem Kühlergehäuse zum Verändern der durch Ringkanal 8 in den Reaktionsbehälter 1 radial von den Kühler zu leitenden Teilmenge des Wärmeträ- io allen Seiten eintretende Wärmeträger strömt dort zugers sowie eine Heizeinrichtung im Pumpengehäuse nächst in Querrichtung der Kontaktrohre 2, dann zum Aufheizen des Reaktionsapparates beim Anfah- nach gleichmäßiger Verteilung über den ganzen ren bzw. zum Aufrechterhalten der Betriebstempera- Querschnitt mittels einer entsprechend ausgebildeten tür bei vorübergehenden Unterbrechungen des Reak- Lochplatte 30 in Längsrichtung der Kontaktrohre tionsvorganges. 15 und oben hinter einer zweiten derartigen Lochplatte

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeich- 31 wieder in Querrichtung radial nach allen Seiten nun» in zwei Ausführungsformen beispielsweise dar- zum anderen Ringkanal 7. Von dort tritt der Wärmegestellt, träger mit einer durch das äußere Beaufschlagen der

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch im Längsschnitt Kontaktrohre2 erhöhten Temperatur über den Rohr-

nach der gebrochenen Linie a-b-c bzw. in Draufsicht 20 stutzen 11 in das Pumpengehäuse 13 auf der Saug-

die erste Ausführungsform. seite des Pumpenrades 14' ein, durch das er nach un-

In einem Reaktionsbehälter 1 ist in an sich be- ten und über den Rohrstutzen 12 wieder in den

kannter Weise ein Bündel vertikaler Kontaktrohre 2 Ringkanal 8 gefördert wird.

zwischen zwei Rohrboden 3, 4 angeordnet, an die Ein zweiter Kreislauf des Wärmeträger^ erfolgt

sich eine obere bzw. eine untere Haube 5, 6 anschlie- 25 vom Pumpengehäuse 13 über den unteren Rohrstut-

ßen. zen 18 zum Kühlergehäuse 19 und über den oberen

Etwas unterhalb des oberen bzw. oberhalb des Rohrstutzen 17 wieder zurück. In diesem befindet unteren Rohrbodens 3 bzw. 4 ist der Reaktionsbehäl- sich ein Drosselschieber 32 durch den der Durchter 1 von je einem Ringkanal 7 bzw. 8 umgeben, von trittsquerschnitt veränderbar und damit die durch denen jeder über ringsum verteilte Wandöffnungen 9 30 das Kühlergehäuse umgewälzte Teilmenge des Wärbzw. 10 mit dem Innenraum des Reaktionsbeshälters meträgers regelbar ist. Diese Teilmenge wird zur inin Verbindung steht. tensiveren Kühlung durch im Kühlergehäuse 19

Beide Ringkanäle 7, 8 sind über kurze Rohrstutzen wechselseitig angeordnete Umlenkscheiben 33 11, 12 mit einem neben dem Reaktionsbehälter 1 an- schlangenlinienförmig an den Kühlrohren 20 vorbeigeordneten Pumpengehäuse 13 verbunden, in das 35 geleitet.

von oben her ein Pumpenaggregat 14 in mit einem Die Kühlung der einen Teil/nenge des Wärmeträ-

axial wirkenden Pumpenrad 14' am unteren Ende gers findet bei diesem System von dei Eintrittstempe-

hereinragt, zu dem ein außenliegender Antriebsmotor ratur in den Reaktionsbehälter 1 bis zu einer um so

15 gehört. Außerdem befindet sich in dem Pumpen- viel geringeren Temperatur statt, daß nach der Mi-

gehäuse unterhalb des Pumpenaggregates eine aus 40 schung der aus dem Reaktionsbehälter und aus dem

mehreren Hohlstäben bestehende Heizeinrichtung 16. Kühlergehäuse kommenden Teilmengen wieder die

Das Pumpengehäuse 13 ist durch zwei in gleicher gewünschte Eintrittstemperstur erreicht wird. Das

Höhe wie die zum Reaktionsbehälter 1 führenden Volumen des Ausdehnu .gsgefäßes 27 ist so bemes-

Rohrstutzen 11, 12 liegende Rohrstutzen 17, 18 mit sen, daß im gewünschten Betriebstemperaturbereich

einem Kühlergehäuse 19 verbunden. In diesem ist ein 45 das Pumpengehäuse 13 und das Kühlergehäuse 19

Bündel vertikaler Kühlerrohre 20 angeordnet, die immer ganz mit Wärmeträger gefüllt sind und auch

ebenso wie die Kontaktrohre 2 mit ihren Enden in bei Temperatursteigerungen ein Überlaufen des Wär-

einem oberen und einem unteren Rohrboden 21, 22 meträgers vermieden wird.

abdichtend befestigt sind. An den unteren Rohrbo- Damit sich in den Kühlrohren 20 eine Dampfzone

den 22 schließt sich eine Haube 23, an den oberen 50 bildet, wird über das Rohr 26 jeweils so viel Kühl-

Rohrboden 21 ein vergleichsweise größerer Dampf- wasser nachgefüllt, daß sich der Kühlwasserspiegel

abscheidebehälter 24 an, in den ganz oben ein immer im Dampfabscheidebehälter 24 befindet, und

Dampfaustrittsstutzen 25 mündet, während ein Kühl- zwar zv/ischen den Höhenmarken mm. und max.

mittelzuführungsrohr 26 durch den Ausdampfbehäl- Oberhalb des Kühlwasserspiegels sammelt sich der

ter 24 und das Kühlergehäuse 19 hindurch mit sei- 55 bis dahin nur in Blasen durch das Wasser aufstei-

nem unteren offenen Ende bis in die Haube 23 hin- gende Eampf, um dann über den Rohrstutzen 25 ab-

einragt. geführt zu werden.

Außerdem ist oberhalb des Pumpengehäuses 13 Die im Pumpengehäuse 13 untergebrachte Heiz-

und des Kühlergehäuses 19 ein Ausdehnungsgefäß einrichtung 16 wird nur zeitweise benötigt, nämlich

27 angeordnet, das mit dem Pumpengehäuse in Ver- 60 während oder nach einer Unterbrechung des Reak-

bindung steht, das Pumpenaggregat 14 und den tionsvorganges, um mittels des dann vorher aufge-

Dampfabscbeidebehälter 24 umgibt und im Bereich heizten Wärmeträgers im Reaktionsbehälter 1 die er-

des letzteren im Deckel 28 eine Berstscheibe 29 auf- forderliche Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten

weist. Die Anordnung von Ausgleichsgefäßen zur bzw. herzustellen. Während dieser Zeit ist der andere

Berücksichtigung der Ausdehnung einer in einem ge- 65 Kreislauf durch das Kühlergehäuse 19 bei geschlos-

schlossenen Raum erwärmten Flüssigkeit ist in ande- senem Schieber 32 abgesperrt.

rem Zusammenhang an sich bekannt (deutsche Pa- Fig. 3 und 4 zeigen in entsprechender Darstellung

tentschrift 490 5581. wie F i e. 1 und 2 die zweite Ausführungsform. Dabei

sind nur die anders ausgebildeten oder zusätzlichen Bauteile mit Bezugsziffern versehen. Im Prinzip sind wieder neben einerr! Reaktionsbehälter ein Pumpengehäuse und ein Kühlergehäuse angeordnet, wobei durch letzteres eine regelbare Teilmenge des Wärmeträgers umgewälzt wird.

Anders sind lediglich, wie aus den Pfeillinien erkennbar, die Umlaufrichtungen des Wärmeträgers, nämlich im Pumpengehäuse von unten nach oben, im Reaktionsbehälter und im Kühlergehäuse dngegcn von oben nach unten.

Außerdem 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 Durchmesser kleinerer Um lenkscheiben 36 nacheinander jeweils radial einwärt und radial auswärts geführt wird.

Eine weitere Variation besteht in der Anordnunj von zwei zusätzlichen Ringkanälen 37, 38 mit züge hörigen, ringsum verteilten Wandöffnungen 39 bzw 40 am Reaktionsbehälter. Dadurch können schor vor deren unteren Austritt durch Drosselschieber 41 42 regelbare Teilmengen des Wäimeträgers aus derr

ίο Reaktionsbehälter in das Pumpengehäuse zurückgeführt werden. Diese Möglichkeit kommt vor allen für solche ungleichmäßig verlaufenden Reaktionsvorgänge in Betracht, bei denen gleich zu Anfang, d. h, im ersten Längsabschnitt der Kontaktrohre, ein ver-

»5 gleichsweise größerer Teil der Wärmemenge frei wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

t 2 des Reaktionsbehälters ungeordneten Gehäuse (deut- Patentansprüche: sehe Offenlegungsschrift 160] 162), bei einer anderen Bauart befindet sich die Umwälzpumpe in der

1. Kühlaggregat für Reaktionsapparate zur von Kontaktrohren freien Mitte des Reaktionsbehäl-Durchführung exothermer chemischer Reaktio- 5 ters, in dem auch der Rückstrom der ganzen oder nen mit einem im Kreislauf geführten Wärmeträ- mindestens eines Teiles der Wärmeträgermenge erger, für den eine Umwälzpumpe und ein Kühler folgt. Dabei ist der Kühler entweder auch gleichachmit vertikalen Kühlrohren außerhalb des Reak- sig mit der Umwälzpumpe oder wieder außerhalb des tionsbehälters angeordnet sind, wobei der Kühler Reaktionsbehälters angeordnet; allerdings "/ird er im bezüglich des Wärmeträgerumlaufes zu dem io letzteren Fall nur von einer Teilmenge des Wärme-Reaktionsbehälter parallel geschaltet ist, da- trägers durchströmt (deutsche Patentschrift 1 064 922 durch gekennzeichnet, daß die Um- bzw. österreichische Patentschrift 271388).
wälzpumpe (14') und die Kühlrohre (20) in zwei Das erstgenannte System weist den Nachteil auf, nebeneinander angeordneten Gehäusen (13, 19) daß die Verdampfung und Überhitzung des als Kühluntergebracht sind, von denen nur das Pumpen- 15 mittel im allgemeinen verwendeten Wassers in einem gehäuse (13) unmittelbar mit dem Reaktionsbe- Rohr stattfindet. An den Stellen, an denen das Washälter (1) und das Kühlergehäuse (19) mit dem ser in die Dampfphase verwandelt wird, entstehen Pumpengehäuse (13) an je zwei Stellen durch hohe thermische Wechselbelastungen der Werkstoffe. Rohrstutzen (11, 12 bzw. 17, 18) verbanden sind, die häufig zu Spannungsrissen führen.

und daß ferner über und in Verbindung mit dem 20 Das zweitgenannte System weist den Nachteil auf, Pumpengehäuse (13) ein Ausdehnungsgefäß (27) daß zum Wechseln des Katalysators die Umwälzfür den Wärmeträger sowie unmittelbar über dem pumpe ausgebaut werden muß. Außerdem ist bei dieoberen Rohrboden (21) der Kühlrohre ein mit sem System das ganze Rohrbündel des Kühlers überdiesen in Verbindung stehender Dampfabscheide- flutet, und es muß im Abstand darüber ein Dampfabbehälter (24) angeordnet sind. 25 scheider aufgestellt werden. Dafür werden bei Küh-

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- lerleistungen von etwa 5MiIl. kcal/h und mehr zwizeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß (27) das zur sehen dem Kühlerrohrbündel und dem Dampfab-Umwälzpumpe (14') gehörige, aus dem Pumpen- scheider vergleichsweise große Verbindungsrohrleigehäuse (13) herausragende Pumpenaggregat tungen benötigt.

(14) und di η über dem Kühlergehäuse (19) an- 30 Beide vorgenannten Systeme erfordern außerdem

geordneten Dampfabscheidebehälter (24) umgibt. bei größeren Änderungen der Betriebstemperatur ein

3. Aggregat nach Anspruch 2. dadurch gekenn- Ablassen oder Nachfüllen von Wärmeträger, da für zeichnet, daß im Deckel (28"¹ des Ausdehnungs- dessen Ausdehnung nicht genügend Reserveraum gefäßes (27) eine den Dampfabscheidebehälter zur Verfügung steht.

(24) umgebende Berstscheibe (29) angeordnet ist. 35 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe

4. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zugrunde, Kühlaggregate für Reaktionsapparate zur zeichnet, daß in einer (17) der Verbindungslei- Durchführung chemischer, exotherm verlaufender tungen zwischen dem Pumpengehäuse (13) und Reaktionen, welche einen Zwam_;skreislauf für Wärdem Kühlergehäuse (19) ein Regelorgan (32) an- meträger aufweisen, dahingehend zu verbessern, daß geordnet ist. 40 das Aggregat hinsichtlich der Betriebstemperatur fle-

5. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- xibel wird, für Reparaturen einfach zugänglich ist zeichnet, daß im Pumpengehäuse (13) eine Heiz- und der Verdampfungskühler, welcher die Wärme einrichtung (16) angeordnet ist. aus dem Wärmeträger abführt, keinen oder nur geringen thermischen Wechselbeanspruchungen unter-

45 worfen ist.