DE3808026A1 - Vorrichtung zum erwaermen von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, enthaltend einen Wärmetau­ scher, in welchem eine Flüssigkeit in einem fallenden Film erwärmt wird, und speziell auf eine Siebanordnung zum Ver­ hindern, daß Feststoffpartikel, die in der zu erwärmenden Flüssigkeit enthalten sind, Flüssigkeitsverteilerauslässe eines perforierten Flüssigkeitsverteilertroges verstopfen oder die Heizfläche des Wärmetauschers erreichen.

Plattenförmige Wärmetauscher, die mit fallendem Flüssig­ keitsfilm arbeiten, sind industriell in großem Umfang im Einsatz. Solche Wärmetauscher sind beispielsweise in den US-PSen 33 32 469, 33 07 614 und 33 66 158 beschrieben. In solchen Wärmetauschern wird die durch Dampf mit indirektem Wärmeübergang zu erwärmende Flüssigkeit so gerichtet, daß sie als fallender Film über die Außenflächen von aus zwei Platten bestehenden Heizelementen nach unten strömt, wobei diese Heizelemente durch Wärmetausch mit Dampf erwärmt werden, der zwischen den Platten dieser Elemente zirkuliert. Eine gemeinsame Anordnung zum Verteilen der Flüssigkeit derart, daß sie gleichmäßig über die Plattenoberflächen strömt, besteht aus einem perforierten, horizontal angeord­ neten Trog, der über den oberen Enden der plattenförmigen Wärmetauscherelemente angeordnet ist. Löcher in dem Trog sind oberhalb der oberen Ränder der Plattenelemente ange­ ordnet.

Die Löcher eines solchen perforierten Troges können ver­ stopft oder verschlossen werden, wenn die zu erwärmende Flüssigkeit große Feststoffpartikel in Suspension mit sich führt. Wenn beispielsweise ein solcher Wärmetauscher mit fallendem Flüssigkeitsfilm als eine äußere Heizvorrichtung für einen Chargenkocher beim Holzaufschluß verwendet wird, dann können in der Flüssigkeit mitgeführte Holzpartikel die Löcher im Flüssigkeitsverteilertrog des Wärmetauschers ver­ stopfen und dadurch die gleichmäßige Verteilung der Flüssig­ keit auf die Plattenelemente stören.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der vorgenannten Art anzugeben, bei dem die Wahrscheinlichkeit, daß in der Flüssigkeit mitgeführte Feststoffpartikel die Löcher im Flüssigkeitsverteilertrog verstopfen, vermieden oder doch wenigstens vermindert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß uner­ wünschte Partikel, die in der zu erwärmenden Flüssigkeit mitgeführt werden, aus der Flüssigkeit abgeschieden werden, sodaß sie an dem Verteilertrog vorbeilaufen und diesen und damit die Wärmetauscherflächen nicht erreichen können.

Die Erfindung sieht demnach ein schrägstehendes Sieb vor, das Öffnungen aufweist, die kleiner als die Löcher in dem Flüssigkeitsverteilertrog sind. Dieses Sieb ist oberhalb des Troges und unter dem Einlaß in den Wärmetauscher für die zu erwärmende Flüssigkeit angeordnet. Feststoffpartikel, die die Löcher des Flüssigkeitsverteilertroges verstopfen könnten, können nicht durch die Öffnungen des Siebes ge­ langen und daher die Troglöcher nicht erreichen. Weil die Siebfläche unter einem Winkel zur Horizontalen angeordnet ist, werden die ausgesiebten Partikel an der Außenseite des Siebes heruntergewaschen, um die Wärmetauscherflächen der unter dem Trog vorhandenen Wärmetauscherelemente zu umgehen, und sie werden dann aus dem Wärmetauscher abgepumpt.

Obgleich das Sieb in den verschiedensten Arten ausgestaltet und angeordnet sein kann, wie auch die Einrichtungen zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Sieb unterschiedlich ge­ staltet sein können, verwendet eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein im wesentlichen konisches Sieb, dessen Spitze auf einen Punkt unter jenem zentriert ist, an welchem die Flüssigkeit dem Sieb zugeführt wird. Ein Sieb in Form eines geraden, kreisförmigen Konus, dessen Oberfläche unter einem Winkel von etwa 60° verläuft, lenkt Feststoffpartikel wirksam ab. Das Sieb könnte auch die Ge­ stalt einer Pyramide aufweisen, deren Basis dem Umfang des Flüssigkeitsverteilertroges entspricht, es kann aber auch eine andere Gestalt haben, solange nur seine Seiten schräg verlaufen.

Es ist ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das Sieb aus Draht von beispielsweise dreieckigem Querschnitt herzustellen, wobei die Kanten des Drahtes nicht scharf, sondern etwas verrundet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Wärmetauscher mit plattenförmigen Elementen mit fallendem Flüssigkeitsfilm, der mit einem Sieb gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;

Fig. 2 ein Detail des Siebes in Fig. 1 im Schnitt, und

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel des Wärmetauschers mit seinem Sieb im Zusammenwirken mit einem Chargen­ kocher von der Art, wie sie beim Holzaufschluß ver­ wendet wird.

Wie Fig. 1 zeigt, hat ein Wärmetauscher 10 mit plattenför­ migen Wärmetauschelementen für fallenden Flüssigkeitsfilm ein äußeres Gehäuse 11, in welchem eine Gruppe von im wesentlichen parallelen vertikalen Platten von Wärmetau­ scherelementen 12 angeordnet sind. Jedes plattenförmige Wärmetauscherelement 12 besteht aus zwei Platten, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind, mit einem Einlaß für Heizdampf, der mit dem Pfeil 13 bezeichnet ist, und einem Auslaß für Kondensat, der mit dem Pfeil 14 bezeichnet ist.

In den Wärmetauscher 10 führt am oberen Ende des Gehäuses 11 ein Einlaß 15 für die zu erwärmende zugeführte Flüssig­ keit. Am unteren Ende des Gehäuses 11 ist ein Raum 16 aus­ gebildet, in welchem die erwärmte Flüssigkeit aufgefangen wird und von wo aus diese über eine Leitung 17 zu einer Pumpe P austritt.

Ein Flüssigkeitsverteilertrog 18 ist über den oberen Rändern der plattenförmigen Wärmetauscherelemente 12 angeordnet und weist Löcher oder Bohrungen auf, die auf die Ränder der Wärmetauscherelemente ausgerichtet sind. Ein schräg ver­ laufendes Sieb 19 ist unterhalb des Einlasses 15, oberhalb des Flüssigkeitsverteilertroges 18 angeordnet, um Fest­ stoffpartikel aufzufangen, die zusammen mit der zu erwärmen­ den Flüssigkeit in den Wärmetauscher 10 eintreten. Diese Feststoffpartikel sollen aufgefangen werden, bevor sie den Verteilertrog 18 erreichen und dessen Löcher möglicherweise verstopfen. Die von dem Sieb 19 aufgefangenen Partikel rutschen die schrägen Seiten des Siebes nach unten und werden zusammen mit der erwärmten Flüssigkeit aus dem Wärme­ tauscher abgezogen, ohne daß sie die Oberflächen der Wärme­ tauscherelemente 12 berühren.

Der Trog 18 und das Sieb 19 sind in Fig. 2 detaillierter dargestellt. Die Größen der Elemente in Fig. 2 sind zur Ver­ deutlichung der Darstellung und zur besseren Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips nicht maß­ stabsgerecht, sondern maßstabsverzerrt dargestellt. Wie durch die Pfeile in der Zeichnung gezeigt, tritt zu erwär­ mende Flüssigkeit durch den Einlaß 15 ein, der hier einfach als ein Rohr dargestellt ist, obgleich die Flüssigkeitszu­ führeinrichtung auch jede andere Form haben könnte, und tritt durch das Sieb 19 hindurch, um auf die Wärmetauscher­ elemente 12 von dem Flüssigkeitsverteilertrog 18 verteilt zu werden. Der Trog 18 hat einen im wesentlichen flachen, horizontalen Boden 21 und aufrechte Seitenwände 22. Mehrere Löcher 23 im Trogboden 21 sind so angeordnet, daß sie die zu erwärmende Flüssigkeit gleichmäßig über die Breite der Wärmetauscherelemente 12 verteilt. Die relative Größe der Löcher 23 ist zur Verdeutlichung der Darstellung stark ver­ größert dargestellt, wie auch die Größe der Öffnungen 24 im Sieb 19, das als direkt über dem Trog 18 angeordnet darge­ stellt ist. Das Sieb 19 ist groß genug, daß Feststoffpar­ tikel, die von dem Sieb 19 abgelenkt werden, außerhalb der Seitenwände 22 des Troges 18 nach unten fallen. Der Gesamt­ aufbau des Siebes 19 kann konisch oder pyramidenförmig sein, wobei die Seiten unter einem Winkel zur Horizontalen verlaufen, der vorzugsweise etwa 60° beträgt. Er kann aber auch ggf. kleiner sein, in der Zeichnung ist ein Winkel von etwa 45° dargestellt. Ein steilerer Winkel begünstigt das Abgleiten der Feststoffpartikel vom Sieb.

Das Sieb 19 kann, wie dargestellt, aus Drahtwindungen be­ stehen, wobei der Querschnitt des Drahtes die Gestalt eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken hat. Die Öffnungen 24 durch das Sieb sind kleiner als die Löcher 23 des Verteilertrogs 21, sodaß keine Partikel, die groß genug sind, ein Loch 23 zu verstopfen, durch das Sieb 19 gelangen können. Ein Fest­ stoffpartikel von übertrieben dargestellter Größe ist in Fig. 2 links oben dargestellt, wie es von dem Sieb 19 abge­ fangen und nach unten geleitet wird.

Das Sieb 19 verhindert wirksam, daß Feststoffpartikel, die in den Wärmetauscher 10 zusammen mit der zu erwärmenden Flüssigkeit eintreten, die Löcher 23 in dem Flüssigkeits­ verteilertrog 18 verstopfen. Abgefangene Partikel strömen an dem Trog 18 und den plattenförmigen Wärmetauscherelemen­ ten 12 vorbei und werden aus dem Wärmetauscher 10 unten ab­ gezogen. Die Partikel können zusammen mit der erwärmten Flüssigkeit fortgeführt werden, die den Wärmetauscher 10 verläßt, oder sie können, sofern dies gewünscht wird, auch davon getrennt abgezogen werden.

Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Erfindung, bei der der Wärmetauscher 10 als eine äußere Heizvorrichtung für einen Kocher von der Art verwendet wird, wie sie beim Holzauf­ schluß dazu verwendet wird, Holzschnitzel zu kochen. Koch­ flüssigkeit wird aus dem Kocher abgezogen, der hier mit 25 bezeichnet ist, und zwar durch ein Rohr 26, das zum Einlaß 15 des Wärmetauschers 10 führt. Nach dem Erwärmen im Wärme­ tauscher 10 wird die Flüssigkeit wieder in den Kocher 25 oben durch die Leitung 27 und auch unten durch die Leitung 28 eingeleitet. Der Fachmann weiß, daß dies zur Erzielung einer besseren Umwälzung erfolgt. Der Kocher 25 weist, wie dargestellt, die üblichen Siebböden 29 auf, die ein Aus­ treten von großen Feststoffpartikeln aus der Leitung 26 ver­ hindern sollen. Da jedoch noch immer einige Partikel in die Leitung 26 eintreten, ist das Sieb 19 im Wärmetauscher dazu vorgesehen, ein Verstopfen des Flüssigkeitsverteilertroges durch diese Partikel zu verhindern, die dann über die Lei­ tungen 17, 27 und 28 in den Kocher 25 rückgeführt werden. Die Anordnung nach Fig. 3 ist nur beispielhaft für eine An­ wendung des Wärmetauschers der Erfindung.

Claims (8)

1. Wärmetauscher mit fallendem Flüssigkeitsfilm, mit einer Heizfläche für den indirekten Wärmeaustausch zwischen einem Dampf und einer Flüssigkeit, die als ein fallender Film an der Heizfläche abwärts strömt, und mit einem Flüssigkeits­ verteiler mit Öffnungen zur Verteilung der zu erwärmenden Flüssigkeit auf die Heizfläche, gekennzeichnet durch ein schrägstehendes Sieb (19), das zwischen einem Flüssigkeitseinlaß (15) und dem Flüssigkeitsverteiler (18) angeordnet ist, um den Durchgang von Feststoffpartikeln zum Verteiler (18) zu verhindern, die die Öffnungen (23) des Flüssigkeitsverteilers (18) verstopfen könnten.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das schräge Sieb (19) im wesentlichen konische Gestalt hat.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sieb (19) aus einer Drahtwicklung ge­ bildet ist, mit Durchlässen (24) zwischen benachbarten Win­ dungen des Drahtes, die schmaler sind, als die Öffnungen (23) des Flüssigkeitsverteilers (18).

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sieb (19) unter einem Winkel von etwa 60° gegen die Horizontale geneigt ist.

5. Plattenförmiger Wärmetauscher mit fallendem Flüssigkeits­ film, mit mehreren, im wesentlichen parallelen, vertikalen, plattenförmigen Wärmetauscherelementen und einem Flüssig­ keitsverteilertrog mit Löchern, die über den Oberseiten der plattenförmigen Wärmetauscherelemente angeordnet sind, um eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit auf die Wärme­ tauscherelemente zu bewirken, gekennzeichnet durch ein schräges Sieb (19), das eine Verstopfung der Löcher (23) durch Feststoffpartikel verhindert, indem diese aus der dem Verteilertrog (18) zugeführten Flüssigkeit aus­ gesiebt werden.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das schräge Sieb (19) konische Form auf­ weist, mit einer Spitze, die gegen einen Einlaß (15) für die Flüssigkeit gerichtet ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sieb (19) aus einer Drahtwicklung be­ steht, mit Durchlässen (24) zwischen den Drähten der Wick­ lung, die schmaler sind, als die Löcher (23) in dem Flüssig­ keitsverteilertrog (18).

8. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er Einrichtungen (17, P) zum Abziehen der Feststoffpartikel zusammen mit der erwärmten Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher (10) aufweist.