DE4105404A1 - Heiz- und kuehlkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mit einer Pumpe aufgebautes Heiz- und Kühlsystem, das durch entsprechende Druckregelung in mehre­ re Kreisläufe mit unterschiedlichem Temperaturniveau aufgeteilt wird.

Zur Herstellung diverser Produkte werden in Rührbehältern unterschiedliche physikalisch-chemische Prozesse im Batch-Ver­ fahren durchgeführt. Bei der Durchführung dieser Reaktionen ist eine genaue Temperaturführung notwendig, da die Qualität des Produktes sowie die Reproduzierbarkeit des Ansatzes entschei­ dend davon abhängig sind. Der Temperaturbereich durchläuft dabei Werte von -25 bis +200°C (bei Wärmeträgeranlagen auch noch wesentlich höher).

Für die Beheizung und Kühlung solcher Chargenprozesse werden folgende Verfahren angewandt:

• - Dampfbeheizung und Wasserkühlung
• - Warmwasserkreisläufe mit Einfahren von Dampf oder Wasser entsprechend der Regelung (offene Systeme)
• - Druckwasserkreisläufe mit Einblasen (Düse) von Dampf und direkter Zuführung von Kühlwasser. Die Ausschleusung er­ folgt über eine Niveausteuerung
• - Druckwasserkreislauf mit Einblasen (Düse) von Dampf und in­ direkter Wasserkühlung
• - Druckwasserkreislauf mit zwei primären Kreislaufsystemen (heiß und kalt) sowie einem Sekundärkreislauf

Die offenen Heiz- und Kühlsysteme sind durch zahlreiche Nach­ teile gekennzeichnet:

• - hohe Korrosionen im System
• - beim Auftreten von Leckagen können Schadstoffe aus dem Reaktor (wassergefährdenden Stoffe) un­ kontrolliert über das Kühlwassersystem in das Gewässer gelangen
• - ungünstiges Regelverhalten (Zweiphasensystem)

Bei den Druckflüssigkeitskreisläufen mit direkter Dampf- und Kühlwasserzufuhr sind die erwähnten Nachteile ebenso vorhanden. Erfolgt die Kühlung indirekt über Wärmeaustauscher, so verbes­ sern sich zwar die Korrosionsverhältnisse, es bleibt jedoch die unter Druck vorzunehmende Ausschleusung (Standregelung) des überschüssigen Wassers. Außerdem ist dieses System nur auf Druckwasser begrenzt und damit im Bereich tieferer Temperatu­ ren (Wasser-Glykol-Gemisch) nicht einsetzbar.

Das Druckflüssigkeitskreislaufsystem mit primären und sekundä­ ren Kreisläufen, das mit einem Einstoffmedium (z. B. Wasser/Gly­ kol) arbeitet, vermeidet zwar die Nachteile der erwähnten Verfahren, ist jedoch apparativ, rohrleitungs- und regelungs­ technisch aufwendig. Da es sich hier außerdem um eine zentrale Erzeugung der Primärenergien (heiß/kalt) handelt, ist der Einsatz nur sinnvoll bei mehreren an den Energieschienen ange­ schlossenen Reaktoren. (Thier, B.: Temperiersysteme für Chargenprozesse mit integrierter Käalteanlage. 3R international 29 (1990) 12, S. 644-648.)

Bei dem entwickelten Verfahren werden in dem Kreislaufsystem mit einer Pumpe durch entsprechende Schaltungen und Druckregel­ ungen Haupt- und Nebenkreisläufe gebildet, die unterschiedliche Temperaturen haben und somit für eine zyklische Heiz- und Kühltechnik eingesetzt werden können.

In dem Fließschema Zeichnungs-Nr. T10-01-01 ist das Verfahren und die Schaltung des Heiz- und Kühlkreislaufes näher erläu­ tert.

Mit Hilfe der Pumpe P1 wird der Hauptkreislauf aufgebaut, der über die Druckregelung (PC) und das Ausdehnungsgefäß B1 läuft und zu einem Stickstoff überlagerten Drucksystem (Systemdruck) ausgebaut wird. Entsprechende Regelungen und Druckabsicherungen sowie die Standmessung sind am Behälter B1 eingezeichnet.

Am Druckstutzen der Pumpe P1 werden drei Nebenkreisläufe ange­ schlossen, die zu den Wärmeaustauschern W1, W2 und W3 führen, in denen unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden (Beispiel 180°C; 40°C; -15°C). Die Beheizung oder Kühlung der Wärmeaustauscher W1, W2 und W3 erfolgt durch Energieschienen (HD-Dampf; Kühlwasser; Sole) mit Vor- und Rücklaufleitungen durch entsprechende Temperatursteuerung (TIC). Die drei Wärme­ austauscher W1, W2, W3 befinden sich in einem abgeschlossenen Strang des Nebenkreislaufes, wobei der untere Abschluß durch eine Rückschlagklappe, während der obere Abschluß durch die Regelventile (Stellventile) RV1, RV2 und RV3 erfolgt. Somit wird verhindert, daß die drei unterschiedlichen Temperatur­ systeme sich austauschen. Zur Absicherung des Druckes z. B. bei temperaturbedingten Volumenausdehnungen sind Sicherheitsventile (SV) vorgesehen.

Die Steuerung des Heiz- und Kühlsystems erfolgt über die Tempe­ ratur-Kaskade (TRCSA) des Reaktors R1 und der zyklischen Öff­ nung der Stellventile (RV1, RV2, RV3).

Durch den Druckaufbau der Pumpe P1 liegt der Druck im Haupt­ kreislauf (Druckregelung PC) und in den Nebenkreisläufen ca. 1-3 bar höher als im Drucksystem, das durch die N₂-Druckrege­ lung eingestellt wird.

Durch Schaltung und Druckregelung kann also folgende Betriebs­ fahrweise erreicht werden:

• - der Hauptkreislauf über Pumpe P1 läuft ständig über die Druckregelung (PC) um (generelle Betriebsphase)
• - wird der Reaktor R1 über die Regelung (TRCSA) angefahren, öffnet das Stellventil RV1 und das Heizmedium strömt über den Wärmeaustauscher W1 in den Mantelraum des Reaktors R1 ein (Heizphase)
• - ist die Temperatur im Reaktor R1 erreicht, setzt die Re­ aktion ein und es entwickelt sich Wärme (exotherme Reak­ tion). Das bedeutet, daß das Heiz-Stellventil RV1 schließt und das Kühlventil RV2 öffnet und sich somit ein entspre­ chendes Δt einstellt, um die Wärmemengen abzuführen (Kühlphase)
• - für die Temperaturführung des Prozesses unter Kühlwasser­ niveau (z. B. Kristallisation) steht ein weiterer Neben­ kreislauf mit -15°C zur Verfügung (W3), wobei das Regel­ ventil RV3 im Zyklus der Temperatur-Kaskade öffnet und ent­ sprechende Kaltflüssigkeit einströmt (Tiefkühlphase)

Als Heiz- und Kühlmedium wird dabei im gesamten System nur ein Stoff (z. B. Wasser-Ethylenglykol) benutzt, so daß alle Kreis­ läufe durchfahren werden können (Einstoffsystem).

Das erfindungsgemäße Heiz- und Kühlsystem weist folgende Vor­ teile auf:

• - Geschlossenes, unter Stickstoff stehendes Druck­ flüssigkeitssystem
• - keine Korrosion
• - Auffangsystem für evtl. wassergefährdende Schadstoffe aus dem Reaktor (beim Auftreten von Leckagen)
• - gute Regelmöglichkeiten durch Mehrfachkomponenten mit unterschiedlichen Temperaturwerten (Mischregelung)
• - Kreislaufsystem mit einer Pumpe
• - Aufteilung dieses Systems in Haupt- und Nebenkreisläufe mit unterschiedlichem Temperaturniveau
• - individuelle Temperatursteuerung für eine Kesselanlage im Grenzbereich von ca. -20°C bis +200°C.

Claims (6)

1. Geschlossenes und unter Stickstoff stehendes Druck flüssig­ keits-Umlaufsystem, gekennzeichnet durch:
2. 1. Schaltung des Pumpensystems zu einem Haupt- und mehreren Nebenkreisläufen mit unterschiedlichen Temperaturwerten.
3. 2. Aufbau unterschiedlicher Drucksysteme innerhalb des einen Pumpenkreislaufes.
4. 3. Verwendung von Einstoffsystemen als Wärme-Kälteträger- Medium für alle Temperaturbereiche.
5. 4. Einbinden des Heiz- und Kühlsystems mit den in der Temperatur unterschiedlichen Nebenkreisläufen in den Regelkreis des Reaktors (Temperatur-Kaskade).
6. 5. Einbau von Rückschlagklappen unterhalb der Wärmeaus­ tauscher, um ein Rückströmen der in der Temperatur unterschiedlichen Medienströme zu verhindern.