DE2516125A1

DE2516125A1 - Kompaktes berieseltes rohrbuendel mit vorrichtungen fuer zulauf und ablauf der fluessigkeit

Info

Publication number: DE2516125A1
Application number: DE19752516125
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Ing Brauer; Heino Dr Ing Thiele
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-12
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1976-11-18
Also published as: DE2516125C2

Description

Kompaktes berieseltes Rohrbündel mit Vorrichtungen für Zulauf und Ablauf der Blüssigkeit Zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen zwischen eIner flüssigen und einer gasförmigen Phase verwendet man häufig Apparate, in denen die Flüssigkeit als dünner Film über einen speziellen Filmträger abwärts rieselt. Das Gas wird vorzugweise im Gegenstrom zum Flüssigkeitsfilm durch den Apparat geleitet.
Bekannte Apparate sind die Füllkörperkolonne und die Rohrbündelkolonne. In Füllkörperkolonnen dienen Füllkörper wie beispielsweise Raschigringe oder Sattelkörper als Filmträger.
In Rohrbündelkolonnen dienen senkrecht angeordnete Rohre als Filmträger. Die üblichen Abmessungen der Füllkörper und der Rohre liegen zwischen 25 und 50 mm.
Die Nachteile der Füllkörperkolonne sind vor allem der verhältnismäßig große Druckverlust des Gasstromes, die verhältnismäßig geringe Belastbarkeit für Gas und Flüssigkeit und die sehr ungleichmäßige Verteilung von Gas und Flüssigkeit innerhalb der Füllkörperschicht. Darüber hinaus ist die Größe der Phasengrenzfläche, durch die der Stoffaustausch gerichtet ist, weitgehend unbekannt. Mit Sicherheit weiß man nur, daß die Phasengrenzfläche kleiner ist als die geometrische Oberfläche der Filmträger. Der Vorteil der Füllkörperkolonne besteht im wesentlichen darin, daß sie im Vergleich zu anderen Filmkolonnen die größte Phasengrenzfläche je Volumeinheit des Apparates ermöglicht.
Der Nachteil der herkömmlichen Rohrbündelkolonne ist vor allem die kleine Phasengrenzfläche je Volumeinheit. Von Vorteil ist der geringe Druckverlust des Gasstromes. Auf Grund der kleinen Phasengrenzfläche wird die Rohrbündelkolonne nur verhältnismäßig wenig angewendet. Bei der herkömmlichen Rohrbndelkolonne sind die Rohre im allgemeinen wie in Wärme aus tauschern in Rohrböder b¢<estigt, wod c; zw1scen den Rohren ein verhältnIsmäßIg großer Abstand notwendig wird, der das tote, für den Austauschprozeß nicht verfügbare Apparatevolumen vergrößert.
Gegenstand der Erfindung ist ein kompaktes Rohrbündel, das die Vorteile der herkömmlichen Rohrbündelkolonne und der Füllkörperkolonne vereinigt. Das heißt also vor allem, daß das kompakte Rohrbündel eine Phasengrenzflache zwischen Gas und Flüssigkeit gewährleistet, die gleich der in einer Füllkörperkolonne ist oder auch noch größer. Ferner ist, wie bei her kömmlichen Rohrbündelkolonnen, der Druckverlust gering und die Belastbarkeit groß. Der Aufbau des kompakten Rohrbündels ist jedoch wesentlich einfacher als Rohrbündel herkömmlicher Konstruktion.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein gemäß der Erfindung gestaltetes Rohrbündel mit Einrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit als Film auf die Innenwand der Rohre und zum ungestörten Ablauf der Flüssigkeit. Während die Flüssigkeit von oben nach unten strömt, wird das Gas im Gegenstrom zur Flüssigkeit von unten nach oben durch den Apparat geführt.
Das Rohrbündel besteht gemäß Fig. 1 aus einer großen Zahl von Rohren (1), die am oberen Ende ein Silmerzeugungselement(2)aufnehmen und am unteren Ende unter einem Winkel von vorzugsweise 600 zugespitzt sind, wodurch der Flüssigkeitsablauf in der so erzeugten Spitze herbeigeführt wird.
Fig. 2 zeigt ein aus Rohren (1) zusammengesetztes kompaktes Bündel in der Draufsicht, wobei zur einfacheren Darstellung die Filmerzeugungselemente (2) nicht eingezeichnet wurden. Das kompakte Rohrbündel setzt sich aus sechseckförmigen Einheitent3)zusammen. In Fig. 2 wurden 7 solcher Einheiten als Beispiel zeichnerisch dargestellt. Rohrbündeleinheiten (3) können zum Aufbau von Kolonnen mit nahezu beliebig großen Querschnittsflächen verwendet werden.
Jede Rohrbündeleinheit(3)besteht gemäß Fig. 2 und 3 aus einem passiven Zentralrohr(4; um das sich auf mehreren sechseckförmigen Schalen aktive Rohre (1) befinden. Die erste Schale wird von 6, die zweite Schale von 12, die dritte Schale von 18 aktiven Rohren uzw. gebildet. In Fig. 2 und 3 wurden zweischelige Rohrbündeleinheiten dargestellt.
Nur die aktiven Rohre(?) einer solchen Einheit(3)werden von der Flüssigkeit und dem Gas durchströmt und stehen daher für den Stoffaustausch zwischen den beiden Phasen zur Verfügung.
Das Zentralrohr(4)dient zum Aufbau der sechseckförmigen Einheiten (3) sowie zur Verteilung der Flüssigkeit am Kopf der Rohrbündeleinheit. Darüber hinaus kann das Zentralrohr aber auch für die Zufuhr der Flüssigkeit verwendet werden.
In Fig. 4 sind die Rohre eingezeichnet, die gemäß Fig. 3 auf der Linie A liegen. In der Mitte dieser Rohrreihe liegt das Zentralrohr(4 Zu beiden Seiten des Zentralrohres(4)befinden sich je 2 aktive Rohre (1), da die zugrunde liegende Rohrbündeleinheit aus zwei Rohrschalen aufgebaut ist. Das Zentralrohr<4) ist gegenüber den aktiven Rohrenfl)verkürzt und durch einen Pfropfen (5) verschlossen. Der Rohrbündeleinheit wird die Flüssigkeit mittels des Zulaufrohres (6) zugeführt, das oberhalb des Zentralrohres(4)angeordnet ist. Vom Zentralrohr aus verteilt sich die Flüssigkeit auf die aktiven Rohre(11 die sich auf den Schalen der Rohrbündeleinheit befinden.
Die in einem kompakten Rohrbündel befindlichen Bücken zwischen den Rohren werden mittels einer Vergußmasse, die ein Metall, Kunststoff oder auch Keramik sein kann, sowohl am oberen als auch am unteren Ende des Bündels geschlossen. Damit wird gleichzeitig ein fester Verbund der Rohre im Bündel als auch eine Begrenzung des Flüssigkeitsraumes am oberen Bündelende erreicht.
Jedes Rohr ist am oberen Ende mit einem Filmerzeugungselement versehen. Ein solches Element ist in Fiff, 5 beispielhaft dargestellt. Es ist ein zylindrisches Rohrstück, das zur Hälfte seiner Länge aufgeweitet und in Wellen gelegt ist.
Der äußere Durchmesser des gewellten Endes ist so bemessen, daß das Filmerzeugungselement mit leichtem Druck in das obere Ende eines aktiven Rohres eingeführt werden kann. Auf zusätzliche Befestigungsmaßnahmen kann verzichtet werden.
At;s den Fig. 2 und T yeht hervor, daß bei zweischaligen Rohrbündeleinheiten stets drei Rohre(5)eine Grundeinheit bilden.
Die drei Rohre einer rundeinheit werden so zusangelegt, paR die Spitzen zusammentreffen. Damit t wird die Voraussetung geschaffen, daß die von den drei Rohren ablaufende Flüssigkeit gemäß Fig.6 einen einzigen Ablaufstrahl bildet, der in ein Ablaufrohr (8) mündet. Die Verwendung eines Ablaufrohres lür jede Grundeinheit gewährleistet einen störungsfreien Ablauf der Flüssigkeit und gleichzeitig eine störungsfreie Zuführung des Gases, wodurch die obere Belastungsgrenze füL- Gas und Flüssigkeit erheblich erhöht wird.
FüL Jede Rohrbündeleinheit (3) ergeben sich 6 Ablaufrohre, die zu einen zentralen Ablaufrohr geführt werden können. Damit verfügt jede Rohrbündeleinheit über ein zentrales Zulaufrohr (6) und über ein zentrales Ablaufrohr.
Die aktiven Rohre(1)können aus metallischen und keramischen Werkstoffen sowie aus Glas und Kunststoffen bestehen. Die Wandstärke richtet sich fast ausschließlich nach den Fertigungsmöglichkeiten und kann unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes so dünn wie möglich sein. Metallische Rohre z.B. eine Wandstärke von etwa 1/10 mm bis 2/10 mm haben §e Rohre haben praktisch keine Kräfte aufzunehmen. Die Steiigkeit des Rohrbündels ist auf Grund des wabenförmigen Queritts außerordentlich groß. Der Durchmesser der Rohre wird er üblichen praktischen Bedingungen zwischen 10 mm und liegen. Die Länge der Rohre kann je nach praktischem atz bis zu einigen Metern betragen. Muß die Gesamtlänge r Rohre in mehrere Abschnitte unterteilt werden, dann ist das mittels der kompakten Rohrbündel verhältnismäßig leicht zu realisieren, da die Zwischenverteilung der Flüssigkeit auf Grund der erläuterten Bauweise mit zentralem Zu- und Ablaufrohr je Rohrbündeleinheit keine Schwierigkeiten bereitet. Das zentrale Ablaufrohr der oberen Rohrbündeleinheit kann dabei als zentrales Zulaufrohr für die untere Rohrbündeleinheit dienen. Als aktive Rohre können solche mit glatten Wänden gemäß Fig. 1 und mit gewellten Wänden gemäß Fig. 7 verwendet @@@@en. Bei ge@ellten Rohren kann sich der Neigungswinkel a

Claims

Patentansprüche @ Kompaktes Rohrbündel zur Durchführung von Stoff- und Wärmeaustauschprozessen zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase, in der auch chemische Reaktionen ablaufen können, gekennzeichnet durch Rohrbündeleinheiten mit zentralem Flüssigkeitszulauf und zentralem Flüssigkeitsablauf.
2. Kompaktes Rohrbündel nach Anspruch 1, dadurch wekennzeichnet, daß jede Rohrbündeleinheit aus einem Zentralrohr(4) und mehreren darum befindlichen sechseckförmigen Schalen besteht, auf denen die aktiven Rohre(1)angeordnet sind.
3. Kompaktes Rohrbündel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Bückenraum zwischen den Rohren am oberen und am unteren Ende mit einer metallischen oder nichtmetallischen Masse ausgefüllt wird.
4. Kompaktes Rohrbündel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes aktive Rohr mit einem in das obere Ende leicht einschiebbaren Filmerzeugungselement, beispielsweise gemäß Fig. 5 gestaltet, versehen ist.
5. Kompaktes Rohrbündel nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rohrbündeleinheit die Flüssigkeit durch ein zentrales Zulaufrohr(61 beispielsweise gemäß Fig. 4, zugeleitet wird.
6. Kompaktes Rohrbündel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit für jeweils drei Rohre durch Zuspitzung der unteren Enden, beispielsweise gemäß Fig. 6, zu einem Ablauf strahl zusammengefaßt wird.
7. Kompaktes Rohrbündel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauf strahlen von jeweils drei Rohren in ein Ablaufrohr geleitet wird, das zusammen mit den anderen Ablaufrohren einer Rohrbündeleinheit zu einem zentralen Ablaufrohr verbunden wird.
8. Kompaktes Rohrbündel .ach Anspnc' 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, da3 die aktiven Rohre glatte Wände gemäß Fig. i oder gewellte Wände gemäß Fig. 7 mit beliebigem Winkel Q der Wellen haben können.

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