DE2753483A1

DE2753483A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2753483A1
Application number: DE19772753483
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Lang; Herbert Dipl Phys Wenk
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1979-06-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem Fluid auf ein zweites Fluid mit Hilfe eines wärmeübertragenden Fluids.

Ein derartiges Verfahren wird häufig angewandt, wenn besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind, um zu verhindern, daß die wärmetauschenden Fluide miteinander in Verbindung treten. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DT-OS 2 546 5^3) wird Wärme zwischen zwei, in räumlich getrennten Rohrbündeln strömenden Fluiden dadurch übertragen, daß Teilchenmaterial, das sich zwischen den Rohrbündeln befindet und das durch eine Gasströmung fluidisiert wird, als

909823/015 ?.

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

Wärmeübertragungsmittel verwendet wird.

Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Wärmemenge, die übertragen werden kann, durc h die Wärmeleitfähigkeit des übertragenden Fluids begrenzt ist. Außerdem muß während des gesamten Wärmetauschvorgangs der Strom des wärmeübertragenden Fluids aufrecht erhalten werden, so daß größere Mengen davon erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu entwickeln, der nicht nur Gewähr für eine sichere Trennung der beiden wärmetauschenden Fluide bietet, sondern zugleich die Übertragung von Wärme mit optimalem Wirkungsgrad sicherstellt. Dabei soll der apparative Aufwand möglichst geringe gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Fluid mit einem in flüssiger Phase vorliegenden Teil des wärmeübertragenden Fluids und der verdampfte Teil des wärmeübertragenden Fluids mit dem zweiten Fluid in Wärmetausch gebracht wird.

Zur Durchführung dieses Verfahrens werden die Rohrbündel, in denen die beiden Fluide strömen, die indirekt gegeneinander Wärme tauschen sollen, übereinander im Wärmetauscher angeordnet, und zwar so, daß das Fluid, dem Wärme entzogen werden soll, im unteren, und das Fluid, das erwärmt werden soll,

909823/0155

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

im oberen Rohrbündel fließt. Das wärmeübertragende Fluid befindet sich in flüssiger Phase in der unteren Hälfte des Wärmetauschers. Die Menge dieses Fluids ist so bemessen, daß die Flüssigkeitsoberfläche das untere Rohrbündel ausreichend bedeckt, das obere Rohrbündel Jedoch nicht erreicht.

Mit Vorteil wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die latente Wärme beim Phasenübergang ausgenutzt. Dadurch kann wesentlich mehr Wärme übertragen werdenals mit W*rmeübertragungsmitteln, die nur in einem Aggregatzustand vorliegen. Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß eine einmalige Füllung mit einem warmeübertragenden Fluid ausreicht, da dieses nicht verbraucht wird.

Eine optimale Ausnutzung:der Wärmekapazität des

WärmeUbertragungsmittels wird dadurch erreicht, daß es den 15

Verfahrensbedingungen derart angepaßt ist, daß es im Wärmetausch

mit dem zweiten Fluid mindestens teilweise kondensiert. Das wärmeübertragende Fluid wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß seine Siedetemperatur zwischen den Austrittstemperaturen der wärmetauschen Fluide liegt.

Beispielsweise können als wärmeübertragendes Fluid halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

Eine Ausfuhrungsmöglichkeit für einen Wärmetauscher

zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, 25

909823/0155

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

die Rohre für die wärmetauschenden Fluide im wesentlichen geradlinig auszubilden und in mindestens einem Rohrboden zu befestigen, der einen Mantelraum gegen mindestens einen Vorraum zur Verteilung von Pluiden auf die Rohre abtrennt, wobei die Rohre zu zwei Übereinanderliegenden Rohrgruppen für zwei verschiedene Fluide zusammengefaßt sind. Dabei können die geradlinigen Teile der Rohre horizontal angeordnet sein; Jeder Vorraum besteht dann aus zwei Teilströraen, die den beiden Rohrgruppen zugeordnet sind.

Es kann auch von Vorteil sein, wenn die Rohre durchgehend geradlinig ausgebildet sind. Bei dieser AusfUhrungsform enthält der Wärmetauscher einen zweiten Vorraum. Beide Vorräume sind in Je zwei Teilräume für die beiden wärmetauschenden Fluide getrennt und sind über die Rohrgruppen verbunden. Dabei können die Teilräume entweder in zwei Vorräumen mit Je einer dichten Trennwand oder in vier gesonderten, voneinander getrennten Räumen untergebracht sein.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die geradlinigen Teile der Rohre senkrecht anzuordnen und die Rohre U-förmig auszubilden. Bei dieser Anordnung sind zwei Rohrböden und zwei einander gegenüberliegende Teilräume, die als gesonderte, voneinander getrennte Räume ausgebildet sind, vorgesehen.

909823/0155

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

Anstelle der Bündel aus geraden Rohren können bei vertikaler Anordnung auch Bündel aus gewickelten Rohren verwendet werden.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung wird vorgeschlagen, die Oberfläche der Rohre auf der Siedeseite zu sintern und auf der Kondensationsseite mit Rippen zu versehen.

Bei allen Ausbildungsformen mit ü-förmiger Ausbildung und horizontaler Anordnung der geradlinigen Teil der Rohre können anstelle der U-förmigen Rohre auch geradlinige Rohre mit verschraubtem oder verscheißtem Schwimmkopf verwendet werden.

Durch kontinuierliche Messungen von physikalischen oder chemischen Eigenschaften des wärmeÜbertragenden Fluids kann in kritischen Fällen die Dichtheit der beiden Rohrbündel problemlos überwacht werden.

Mit Vorteil kann der erfindungsgeraäße Wärmetauscher bei Schwefelerzeugungsanlagen eingesetzt werden, in denen Schwefelsäure, schweflige Säure oder SO₂- bzw. SO -haltiges Gas gegen Wasser gekühlt werden soll, denn alle diese Verbindungen reagieren sehr stark exotherm mit Wasser. Als Wärmeübertragungsmittel bietet sich Trichlorfluormethan an.

Ein weiterer Anwendungsbereich für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher liegt bei Prozessen mit großen mantel-

909823/0155

LlNDt AKTIENGESELLSCHAFT

- 10 -

und rohrseitigem Fouling (z.B. in Kthylenanlagen, als NaphtavorwärmeFmit Quenchöl, ProzeßwasserkUhler mit Quenchöl, Kreislaufwasserkühler etc.)

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten AusfUhrungsbespielen beschrieben, die Wärmetauscher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen.

Hierbei zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher mit U-förmiger Ausbildung und horizontaler Anordnung

der Rohre;
Figur 1 a einen Querschnitt entlang der Linie I durch den Wärmetauscher nach Figur 1;

Figur 2 einen Querschnitt durch einen modifizierten Vorraum des Wärmetauschers nach Figur 1; Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher mit

geradliniger Ausbildung der Rohre· Figur 4 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher mit U-förmiger Ausbildung und vertikaler Anordnung der Rohre.

Die Figuren 1 und la zeigen einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit einem Vorraum 1, einem Rohrboden 2 mit darin befestigten U-förmig ausgebildeten Rohren 4,5 und einem

909823/0155

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

- 11 -

Mantelraum 3· Durch eine dichte Trennwand 6 1st der Vorraum 1 In zwei Tellräume 7, 8 unterteilt. Darin befindet sich je ein Trennblech 9 zur Trennung der ein- und ausfließenden Ströme der beiden Fluide. Die Rohre 4,5 werden durch Stützbleche 10 gehalten.

Durch Stutzen 11 bzw. 12 gelangen die kalten bzw. die heißen Fluide über die jwelllgen Tellräume 7 bzw. 8 In die Rohre 4 bzw. 5 und verlassen den Wärmetauscher an den Stutzen 13 bzw. l4. Die Strömungsrichtung 1st durch Pfeile verdeutlicht.

Am NachfUlistutzen 15 wird so lange wärmeübertragendes Fluid 10

eingefüllt, bis es die unteren Rohren vollständig bedeckt, seine Oberfläche.17 die oberen aber nicht erreicht. Außerdem 1st Im Mantelraum 3 ein Entlüftungsstutzen l6 vorgesehen.

Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen modifi-

zierten Vorraum des Wärmetauschers nach Figur 1. Die Tellräume I¹, 1" des Vorraums sind als gesonderte, voneinander getrennte Räume ausgebildet. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in Figur 1 für analoge Bauteile.

Die Figur 3 zeigt einen Wärmetauscher mit geradliniger Ausbildung der Rohre. Zwei Rohrboden 18 trennen zwei Vorräume 19*20 von einem Mantelraum 21. Dichte Wände 22 sorgen für eine Trennung der wärmetauschenden Fluide in den Vorräumen 19, 20. Die so !entstehenden Teilräume 24,25 stehen über Rohre

909823/0155

LINDE: AKTIENGESELLSCHAFT

- 12 -

26,27 miteinander in Verbindung. Zur Trennung der ein- und ausgangseitigen Ströme der Fluide sind im linken Vorraum Trennbleche 25 angeordnet. Die Rohre 26,27 sind durch Stützbleche 28 im Mantelraum gehaltert.

Zum Wärnietausch werden die kalten bzw. heißen Fluide durch die Stutzen 29 bzw. 30 über die Jeweiligen Teilräurae 25 bzw. 24 in die Rohre 26 bzw. 27 geleitet und verlassen den Wärmetauscher wieder an den Stutzen 31 bzw. 32. Pfeile zeigen die Strömungsrichtung an. Wärmeübertragendes Fluid wird durch einen Stutzen 33 in den Mantelraum gefüllt, und zwar gerade soviel, daß seine Oberfläche 35 über den Rohren des heißen Fluids steht, die Rohre für das kalte Fluid aber nicht erreicht.

Selbstverständlich können die Vorräume 19» 20 auch wie in Figur la ausgebildet sein.

Figur 4 zeigt einen Wärmetauscher mit vertikaler Anordnung der geradlinigen Teile der Rohre. Er besteht im wesentlichen aus einem Mantelraum 36, zwei Rohrböden 37* zwei Vorräumen 38 bzw. 39 und U-förmig gebogenen Rohren 40 bzw. 41 für die kalten bzw. heißen Fluide, sowie Trennblechen 42 in den Vorräumen 38,39 zur Trennung· der ein- und ausfließenden Ströme der wärmetauschenden Fluide.

Durch Stutzen 43 bzw. 44 gelangen die kalten bzw. die heißen Fluide über die Jeweiligen Vorräume 38 bzw. 39 in

909823/0155

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

- 13 -

die Rohre 40 bzw. 4l und verlassen den Wärmetauscher an den Stutzen 45 bzw. 46. Für das wärmeübertragende Fluid ist ein Einfüllstutzen 47 vorgesehen. Die FlUssigkeitsoberfläche 49 dieses Fluids soll Über den unteren Rohren 4l liegen, die oberen Rohre 40 aber nicht erreichen. Im Mantelraum 36 ist ferner ein EntlUftungsstutzen 48 vorgesehen.

909823/0155

Claims

Patentansprüche

I.)Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem Fluid auf ein zweites Fluid mit Hilfe eines wärmeübertragenden Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid mit einem in flüssiger Phase vorliegenden Teil des wärmeübertragenden Fluids unter teilweiser Verdampfung des wärmeübertragenden Fluids und der verdampfte Teil des wärmeübertragendeη Fluids mit dem zweiten Fluid in Wärmetausch gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Art der Fluide sowie deren Temperaturen, Drücke und Aggregatzustände so gewählt werden, daß das wärmeübertragende Fluid beim Wärmetausch mit dem zweiten Fluid zumindest teilweise kondensiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wärraeUbertragendes Fluid halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

,909823/0155

ORIGINAL INSPECTED

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
4. Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Mantelraum (3, 3', 21, 36),in dem im wesentlichen gerade Rohre (4, 4', 5, 5', 26, 27, 40,4l) angeordnet sind, und durch mindestens einen Rohrboden (2, 2', 18, 37), der den Mantelraum (3, 3'» 21, 36) gegen mindestens einen Vorraum (1, 19, 20, 38, 39) zur Verteilung von Pluiden auf die Rohre (4, 4¹, 5, 5', 26, 27, 40, 4l) abtrennt, wobei die Rohre zu zwei übereinanderliegenden Rohrgruppen für zwei verschiedene Fluide zusammengefaßt sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der geradlinigen Teile der Rohre (4,4',5, 5', 26,27) horizontal angeordnet sind und Jeder Vorraum (1,19,20) aus zwei Teilräumen (7,7', 8,8', 24,25) besteht, die den beiden Rohrgruppen zugeordnet sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine U-förmige Ausbildung der Rohre (4,4', 5,5', 40,4l).
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen einzigen Vorraum (1) mit einer dichten Trennwand (6).

9 0 9 β ? 3 / 0 1 5

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
8. Wärmetauscher nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Teilräume (7** 8^f), die als gesonderte, voneinander getrennte Räume ausgebildet sind.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine geradlinige Ausbildung der Rohre (26,27).
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberliegende Vorräume (19*20) mit je einer dichten Trennwand (22), wobei die Vorräume (19,20) über die Rohrgruppen miteinander verbunden sind.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch vier Teilräume, die als gesonderte, voneinander getrennte Räume ausgebildet sind, wobei je zwei gegenüberliegende Teilräume über je eine Rohrgruppe miteinander verbunden sind.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine U-förmige Auebildung der Rohre (4o,4l), eine vertikale Anordnung der geradlinigen Teile der Rohre (4o,4l), zwei Rohrböden (57) und zwei einander gegenüberliegende Teilräume (38,39)» die als gesonderte, voneinander getrennte Räuae auegebildet sind.

909823/0155

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
13. Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Mantelraum, in dem gewickelte Rohre mit einer vertikalen Anordnung der Wickelachse angeordnet sind, zwei Rohrböden und zwei einander gegenüberliegende Teilräume, die als gesonderte, voneinander getrennte Räume ausgebildet sind, wobei die Rohre zu zwei übereinanderliegenden Rohrgruppen für zwei verschiedene Fluide zusammengefaßt sind.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 13> dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der_ Rohre (4,4', 5,5', 26, 27, 4o, 4l) auf der Siedeseite gesintert und auf der Kondensationsseite mit Rippen versehen ist.

909823/0155