NL8102308A

NL8102308A - Inrichting voor het bedrijven van fysische en/of chemische processen in het bijzonder een warmtewisselaar.

Info

Publication number: NL8102308A
Application number: NL8102308A
Authority: NL
Original assignee: Esmil Bv
Priority date: 1981-05-12
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1982-12-01
Also published as: CA1176035A; JPH0156359B2; US4398594A; EP0065333A1; ATE8533T1; DE3260400D1; JPS5833093A; EP0065333B1

Description

* *4 ES 46 • ' ? t i 4 INRICHTING VOOR HET BEDRIJVER VAR FYSISCHE ER/OF CHEMISCHE PROCESSEN,·

IR HET BIJZOHDER EER WARMTEWIS SELAAR

»

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemds «

Dr. Ir. D.ö. Klaren te Hillegom 5 'De uit vinding he eft betrekking op een inrichting voor het bedrijven van fysische en/of chemische processen, in het bijzonder een warmtewisselaar, omvattende een bundel parallelle verticale stijgpijpen die via pijpplaten in open verbinding staan met een onderkast en een bo- ' venkast, een korreImassa die, door een tijdens bedrijf in opwaartse * · ·· 10 richting door de kamers en pijpen stromend vloeibaar medium, in ten-» minste de pijpen gefluïdiseerd kan worden gehouden, alsmede tenminste één valpijp met middelen voor het terugleiden van korrelmassa uit de bovenkast naar de onderkast, welke middelen stroming van het vloeibare medium door de valpijp belemmeren. Een der-15 gelijke inrichting is eerder beschreven in aanvraagsters Rederlandse octrooiaanvrage Hr. 8006161 waarbij de genoemde middelen bestaan uit een sluisinrichting voor de korrels in de valpijp. Bij een beschreven uitvoeringsvorm zijn daartoe in de valpijp twéé met elkaar gekoppelde kleppen aangebracht, welke om en om kunnen geopend en gesloten 20 zijn. Daarbij is het het doel van de bekendgestelde inrichting om een surplus aan korrels batch-gewijs van de bovenkast naar de onderkast' te kunnen terugvoeren zonder dat daarbij ook vloeistof wordt teruggevoerd. De valpijp kan zowel tussen als naast de stijgpijpen zijn opgesteld. Met deze bekendgestelde inrichting kunnen snelheden van het vloei-25 bare medium in de stijgpijpen werden toegelaten waarbij de korrelmassa in verticale richting wordt getransporteerd. Deze hogere snelheden kunnen leiden tot een meer aantrekkelijke configuratie van de bundel stijg- G pijpen, waardoor de gehele inrichting slanker wordt. Een ander voordeel / van deze bekende inrichting bestaat daarin dat de hiermee realiseerba- \.

6102308 3s ΐ '· 2 ES 46 re hogere snelheden in de pijpen een versterkte schurende en daardoor reinigende werking van de korrels op de pijpwand ten gevolge heeft.

Bit leidt tot interessante toepassingsmogelijkheden in systemen waarin met vloeistoffen wordt gewerkt welke een sterke vervuiling van de in- 5 richting ten gevolge zouden kunnen hebben. Dit geldt bijvoorbeeld voor toepassingen in de voedingsmiddelenindustrie, en in het bijzonder bij zulke vloeistoffen waaruit zich eiwitten kunnen afzetten op de pijpwand·

Opgemerkt wordt dat waar in verband met de uitvinding sprake is 10 van een inrichting voor het bedrijven van fysische en/of chemische processen, in het bijzonder een warmtewisselaar, hier ook bedoeld worden zulke inrichtingen waarbij fysische en/of chemische processen aan een procesvloeistof worden uitgevoerd onder toevoer of afvoer van warmte T door de pijpwand. Be bekendgestelde inrichting kan aanzienlijk worden * ‘ * 15 vereenvoudigd door toepassing van de onderhavige uitvinding. Bovendien is gebleken dat het batch-gewijs terugvoeren van de korrels aanleiding kan geven tot een minder regelmatig verloop van het proces. Immers de in de inrichting aanwezige korrelmassa zal daarbij in wisselende mate in de valpijp worden opgeslagen en dus ook in een wisselende hoeveel-20 heid in de onderkast resp. de bovenkast aanwezig zijn.

Hoewel in diverse gevallen de efficiency van het warmtetransport - door de pijpwand naar of van het vloeibare medium nadelig wordt beïn vloed door het feit dat circulatie binnen de inrichting optreedt, welke dan door middel van een sluissysteem moet worden ondervangen, is 25 echter ook gebleken dat. in andere gevallen de efficiency van dit warmtetransport nauwelijks wordt b.einvloed door een geringe circulaitie van het vloeibare jnedium door de valpijp.

Dit hangt onder anderen ©oksatnen met de wijze van warmteoverdracht tussen de buitenwand van de pijpen en een daarlangs stromend tweede 30, warmteoverdragend medium. Op de details van deze verschijnselen hoeft hier niet te worden ingegaan, daar zijrtot de algemene theorie behoren van de warmteoverdracht in warmtewisselaars.

De uitvinding bestaat nu daarin dat bij de bekendgestelde inrich-ting de genoemde middelen voor het terugleiden van de korrelmassa een % 35 enkele klep omvatten welke tegenover de onderrand van de valpijp be- 1 weegbaar is.

81 0 2 3 08 /3 * « 3 ES 46 * · ! . . .

Gebleken is dat in een enigszins geopende stand van deze klep korrels vanuit de valpijp in de onderkast kunnen stromen, doch dat een neerwaartse stroming van het vloeibare medium daarbij niet noodzakelijk behoeft te zijn of slechts in zeer geringe mate behoeft op 5 te treden. Geheel’ afhankelijk van de keuze van de soortelijke massa’s van het vloeibare medium en de korrelmassa, van de bedrijfsvoering met de inrichting, de onderlinge diameter verhouding van de stijgpij-pen en de valpijp, en van de klepopening zal de snelheid van het vloeibare medium in de valpijp zich instellen. Deze snelheid kan variè'ren * 10 van aanzienlijk tot klein in neerwaartse richting zijn, doch oök is het denkbaar dat deze snelheid nul is, of zelfs dat er een geringe stijgsnelheid in de valpijp aanwezig is. De toestand welke zich uitein- · delijk instelt kan door een deskundige op het gebied, van fluid-bed stro . mingen zonder grote moeite door berekening of langs een empyrische weg ^ 15 worden bepaald, of zelfs door het aanpassen van procesomstandigheden en keuze van dimensies worden beïnvloed.

»

Hierbij wordt opgemerkt dat dan als regel de korrelmassa in de valpijp slechts ten dele zal zijn gefluidiseerd, doch de neiging zal hebben op op de klep uit te zakken. Ook de hoogte van de laag uitge-20 zakte korrels op de klep kan weer worden beïnvloed door de procesom-standigheden doch ook door bijvoorbeeld de kiepstand.

Diverse uitvoeringsvormen van de klepoonstructie zijn denkbaar. · Bijvoorbeeld kan de klep vrij zwevend of drijvend zijn uigevoerd, en kan hij zijn vervaardigd uit een materiaal met een soortelijk gewicht hetwelk 25 zodanig ia gekozen dat de klep onder normale bedrijfsomstandigheden blijft zweven of dryven. Daartoe kan hij als eenbalklep zijn uit gevoerd , waarbij bijvoorbeeld een bal in een kooi een geringe verticale beweging naar en van de onderrand van de valpijp kan uitvoeren. Xndien bij het opstarten van de inrichting het vloeibare medium door de stijgpijpen 30 wordt gevoerd, zal de klep tegen de onderrand van de valpijp worden gedruk hetzij door een opdrijvende kracht en/of als gevolg van de sterke vloeistofstroom waardoor deze valpijp van onderen is afgesloten.

Eerst als vervolgens een voldoende hoeveelheid vloiebaar medium en korrelmassa in de bovenkast is getransporteerd en vandaar weer in de KJ 35 valpijp is teruggevloeid, zal zich dan geleidelijk de klep openen onder % het gewicht van het vloeistof/korrelmengsel erboven, en door het deels \ 8102308 7* ir i * • » < 4 ES 46 wegvallen van de opwaartse stuwdruk tegen de klep. Daardoor kunnen dan korrels uit de valpijp in de onderkast stromen.

Zoals opgemerkt, is een groot voordeel van de nieuwe inrichting dat hij constructief zeer eenvoudig is in vergelijking met de bekend 5 gestelde sluisconstructie, doch verder ook dat onder normale bedrijfsomstandigheden een zeer regelmatig transport van korrels uit de valpijp plaatsvindt, waardoor wisselende bedrijfsomstandigheden worden vermeden.

In die gevallen waarin het moeilijk is de constructie en het ma-10 teriaal van de klep zodanig aan de procesorastandigheden aan te passen dat deze als een zwevende öf drijvende klep kan worden uit gevoerd, verdient een klepconstruotie aanbeveling waarbij de klep als een schotelklep is uitgevoerd en via een veerconstructie is verbonden aan het gestel van de inrichting. Deze veerconstructie kan op vele verschillende wijzen * 15 worden uitgevoerd* Bijvoorbeeld kan hier worden gedacht aan een me- I J - ohanische veerconstructie, doch ook aan eenpneumatische of een hydraulische. Ook zijn constructiés denkbaar waarbij de veer-constante van buitenaf kan worden versteld, waardoor de inrichting voor verschillende bedrijfsomstandigheden kan worden gebruikt. Ook is het volgens de 20 uitvinding raogelijk· dat met behulp van verst el organen welke van buiten de inrichting af bedienbaar zijn, de klep direot wordt bewogen dus zonder dat een veerconstructie als tussenorgaan wordt gebruikt.

Deze oplossing geeft dan nog verder de mogelijkheid om volgens de uitvinding de inrichting van een meetorgaan*te voorzien voor het be-25 palen van de stroomsnelheid van het vloeiende medium en/of van de korrel-massa in de valpijp, alsmede van een regelorgaan voor het stellen van de klep in afhankelijkheid van een van het meet orgaan afkomstig signaal.·

Dit meetorgaan kan· diverse uitvoeringen hebben. Bijv. kan het zijn ingericht voor het meten van een drukval over de valpijp, resp. tussen de bovenkamer 30 en de onderkamer. Ook is het mogelijk dat het reageert op bijv. een akous-tisoh signaal afkomstig van de bewegende korrelmassa. In feite kan iedere meting gebruikt worden welke op enigerlei wijze een signaal oplevert /N hetwelk in een functionele relatie staat tot de stroomsnelheid van het # vloeiende medium en/of de korrelmassa in de valpijp.

\ 35 Waar in het voorgaande wordt gesproken over een schotelklep wordt \ daaronder tevens verstaan conische kleppen, vlakke scharnierende kleppen ^ en andere rotatie-symmetrische klepliehamen.

De uitvinding zal vervolgens worden toegelicht aan de hand van /5 een tweetal figuren. 8102308 \ * • . 5 • »

Fig. 1 toont schematisch een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont een variant van deze inrichting.

In fig. 1 is met verwijzingscijfer 1 een mantel van een warmte-5 wisselaar aangegeven met een instroomopening 2 en een uitstroomopening 3‘ voor een warmteoverdragend medium. Dit medium omstroómt een "bundel verticale stijgpijpen 4 en een valpijp 5· Al deze pijpen verlopen door pijpplaten 6 en 7* en monden uit in een "bovenkamer 8 en een benedenkamer 9i Ia het systeem van de benedenkamer, de sti jgpijpen en de 10 bovenkamer bevindt zich een korrelmassa, welke vanaf de bovenkamer kan overlopen naar de valpijp. Onderkamer 9 wordt begrensd door een verdeelplaat 10 welke weer de bovenbegrenzing vormt voor een tweede onderkamer 11. Hierin wordt op te warmen vloeistof via inlaatopening 12, en om schotel 14 naar de verdeelplaat 10 gevoerd en daardoor ver-15 deeld in onderkamer 9· Als gevolg yan de stroming van de vloeistof 1 door onderkamer 9 wordt de korrelmassa gefluïdiseerd en omhooggestuwd door de stijgpijpen 4· Bij het opstarten van de inrichting zal de vloeistof met de korrels ook door de valpijp 5 omhoog willen bewegen.

Door deze stroming wordt een bal 15 meegesleurd en/of opgedreven wélke 20 zxqL· tussen de spijpen 16 van een kooi’verticaal kan bewegen tot tegen de onderrand van valpijp 5·* Bij het omhoog bewegen van bal 15 wordt de valpijp 5 afgesloten, en kan de vloeistof met de korrelmassa slechts door de stijgpijpen 4 omhoog bewegen. De korrels welke zich boven de pijpplaat 6 bevinden zullen na korte tijd via de valpijp 5 naar beneden zakken, 25 en daarbij geleidelijk aan een extra gewicht op bal 15 opbouwen, totdat de bal onder invloed van dit gewicht gaat zakken. In die situatie kunnen de korrels uit de valpijp 5 weer terugvloeien in onderkamer 9- De afmetingen v.d.valpijp ten opzichte van die van de stijgpijpen is zo gekozen dat in een evenwichtstoestand vrijwel geen vloeistof 30 door valpijp 5 omlaag stroomt, doch dat de korrels door de vloeistof in deze pijp naar beneden zakken en langs de bal 15 glijden.

In fig. 2 is een variant op de inrichting volgens fig. 1 afgebeeld. Hierbij is de valpijp verlengd tot onder de verdeelplaat 10, zodat de korrels in de onderkamer 11 terecht kunnen komen. De afmetingen van 35 de gaten in verdeelplaat 10 zijn nu zo groot dat de korrels door de .

V vloeistof mee getransporteerd kunnen worden door deze gaten in onder- JC-* 81 023 08 /fi I ; ► , I ., 6 ES 4 6 kamer 9i en vandaar uit in de stijgpijpen 4· In plaats van een balklep is nu een schotelklep gebruikt, waartoe de verdeelschotel 14 nu tevens de functie heeft van klep. Deze schotel 14 is via veren 15 verbonden met de bodem van de inrichting. Schematisch is met pijlen 16 aangege- 4 5 ven dat de veren 15 versteld kunnen worden, zodat de veerkarakteris-tiek verandert* Opgemerkt wordt hierbij dat de veren welliswaar als mechanische veren zijn getekend, doch dat zij ook als pneumatische of hydraulische veren kunnen worden uitgevoerd.

In de valpijp is ook schematisch een meetorgaan 17 af geheeld, 10 hetgeen een signaal kan afgeven hetwelk representatief is voor de snelheid van de vloeistof en/of van de korrelmassa in de valpijp 5* Dit signaal kan bijv. een drukval meten of ook een akoustische signaal of derg.

Schematisch is onder in de fig. aangegeven.hoe het signaal vanaf j ' meetorgaan 17 kan worden toegevoerd aan een regelorgaan 18, vanwaar- 'i 15 uit een verst elimpuls kan worden toegevoerd naar de verstelorganen 16 voor veren 15» Met een kleine wijziging (niet in de figuur aangegeven) kan het verstelsignaal ook direkt op de schotel^lep 14 worden overgebracht, waardoor een met het meetsignaal proportionele verstelling van de klep kan worden verkregen. Op deze wijze is het mogelijk 20 de stand van klep 14 te regelen in afhankelijkheid van het procesverloop in de inrichting, teneinde een zo goed mogelijk constant proces „ te berèiken*

Opgemerkt wordt dat vele variaties op de beschreven inrichtingen en het 'gebruik ervan denkbaar zijn, welke echter allen binnen de ora-25 vang van de uitvinding blijven.

JC· 8102308 « 1 \

Claims

7 ES 46 k ssstsesseasssssssssssssssss

1. Inrichting voor het bedrijven van fysische en/of chemische proces-» sen in het bijzonder een warmtewisselaar, omvattende een bundel parallelle verticale stijgpijpen die via pijpplaten in open verbinding staan met een onderkast en een bovenkast, een korrelmassa die, door een tijdens bedrijf in opwaartse richting door de kamers en de pijpen stromend vloeibaar medium, in tenminste de pijpen gefluïdi-seerd kan worden gehouden, alsmede tenminste één valpijp met middelen voor het terugleiden van korrelmassa uit de bovenkast naar de onderkast, welke middelen stroming van het vloeibare medium door de valpijp belemmeren, met het kenmerk, dat genoemde middelen een enkele klep omvatten welke tegenover de onderrand van de valpijp beweegbaar is·

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de klep vrij zwevend is uitgevoerd, en dat hij een soortelijk gewicht bezit, waarmee de klep in normale bedrijfstoestand blijft zweven.

3· Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de klep als balklep is uitgevoerd.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de klep als schotelklep is uitgevoerd en via een veerconstructie is verbonden aan het gestel van de inrichting. .

5· Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerkt dat de klep,aan van buiten de inrichting bedienbare,verstelorganen is gekoppeld*·

6. Inrichting volgens conclusie 5> met het kenmerk, dat een meet orgaan aanwezig is voor het bepalen van de stroomsnelheid van het vloeiend medium en/of de korrelmassa in de valpijp, alsmede een regelorgaan voor het verstellen van de klep in afhankelijkheid van een van het meet-orgaan afkomstig signaal. 81 023 08