DE20219278U1 - Annular channel for external supply and return of heat exchange medium to vertical tube reactor, has openings equipped with flow controls - Google Patents
Annular channel for external supply and return of heat exchange medium to vertical tube reactor, has openings equipped with flow controlsInfo
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Abstract
Description
Ringkanal für die Zu- bzw. Abführung des Wärmeträgers an einem MantelrohrreaktorRing channel for the supply and removal of the heat transfer medium in a jacket tube reactor
Die Erfindung betrifft einen Ringkanal gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an annular channel according to the preamble of patent claim 1.
Ein Mantelrohrreaktor ist ein Festbettreaktor, der die Möglichkeit bietet, zwischen dem in dem Festbett reagierenden Prozeßgasgemisch noch innerhalb des Festbetts wie auch zwischen dem Festbett selbst und einem separaten Wärmeträger einen Wärmeaustausch herbeizuführen. Dabei kann die Reaktion prinzipiell sowohl eine endotherme wie auch eine exotherme sein. Das Festbett - im wesentlichen ein granulärer Katalysator - befindet sich in den Rohren (Reaktionsrohren) eines allgemein vertikal angeordneten Reaktionsrohrbündels, deren beide Enden abgedichtet in Rohrböden festgelegt sind und die innerhalb eines das Rohrbündel umgebenden Reaktormantels von dem Wärmeträger umspült werden. Das Prozeßgasgemisch wird den Rohren über eine den betreffenden Rohrboden überspannende Reaktorhaube zu- und ebenso über eine den anderen Rohrboden überspannende Reaktorhaube abgeführt. Der Wärmeträger - häufig ein Salzbad - wird mittels einer Umwälzpumpe umgewälzt und von einem Wärmetauscher je nach der Art des Reaktionsprozesses erwärmt bzw. gekühlt. Pumpe wie Wärmetauscher liegen heutzutage gewöhnlich außerhalb des Reaktormantels. Entsprechend tritt der Wärmeträger in der Nähe eines Rohrbodens in den Reaktormantel ein und in der Nähe des anderen Rohrbodens aus ihm aus. Zur Erzielung eines bestimmten, für die Reaktion wünschenswerten Temperaturprofils entlang den Reaktionsrohren können sich Ein- und/oder Austrittsstellen für den Wärmeträger auch noch in dazwischenliegenden Ebenen des Reaktormantels befinden.A shell-and-tube reactor is a fixed bed reactor that offers the possibility of bringing about a heat exchange between the process gas mixture reacting in the fixed bed within the shell-and-tube reactor and between the shell-and-tube reactor itself and a separate heat transfer medium. In principle, the reaction can be either endothermic or exothermic. The shell-and-tube reactor - essentially a granular catalyst - is located in the tubes (reaction tubes) of a generally vertically arranged reaction tube bundle, both ends of which are sealed in tube plates and which are surrounded by the heat transfer medium within a reactor shell surrounding the tube bundle. The process gas mixture is fed to the tubes via a reactor hood spanning the relevant tube plate and is also discharged via a reactor hood spanning the other tube plate. The heat transfer medium - often a salt bath - is circulated by a circulation pump and heated or cooled by a heat exchanger depending on the type of reaction process. Nowadays, the pump and heat exchanger are usually located outside the reactor shell. Accordingly, the heat transfer medium enters the reactor shell near one tube sheet and exits it near the other tube sheet. In order to achieve a certain temperature profile along the reaction tubes that is desirable for the reaction, entry and/or exit points for the heat transfer medium can also be located in intermediate levels of the reactor shell.
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Um für sämtliche Rohre des Reaktors - ein moderner Mantelrohrreaktor kann bis zu 3 0000 Rohre oder mehr enthalten - im Interesse eines einheitlichen Reaktionsablaufs und damit einer hohen Ausbeute und guten Selektivität des Reaktionsprodukts ein möglichst gleiches Temperaturprofil zu erhalten, kommt es darauf an, Temperaturunterschiede im Wärmeträger innerhalb des Reaktormantels klein zu halten und vor allem möglichst gleiche Anströmverhältnisse für alle Rohre zu schaffen. Zu diesem Zweck hat man für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers zum bzw. aus dem Reaktormantel diesen umgebende Ringkanäle geschaffen, die mit dem Mantelinneren über einen Kranz von Fenstern in Verbindung stehen. Unterstützend sind im Mantelinneren gewöhnlich mancherlei Strömungsbeeinflussende Einbauten, wie Verteiler- und/oder Umlenkbleche, vorgesehen. Spezielle Ausgestaltungen solcher Einbauten und weitere Maßnahmen im gleichen Sinn bilden den Gegenstand der parallelen Gebrauchsmusteranmeldung 202 19 277.6 "Mantelrohrreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen" der gleichen Anmelderin.In order to obtain as uniform a temperature profile as possible for all the tubes in the reactor - a modern jacketed tube reactor can contain up to 30,000 tubes or more - in the interests of a uniform reaction process and thus a high yield and good selectivity of the reaction product, it is important to keep temperature differences in the heat transfer medium within the reactor jacket small and, above all, to create as uniform flow conditions as possible for all the tubes. For this purpose, ring channels have been created for the supply and removal of the heat transfer medium to and from the reactor jacket, which are connected to the inside of the jacket via a ring of windows. Various flow-influencing fittings, such as distributor and/or deflection plates, are usually provided inside the jacket to support this. Special designs of such fittings and other measures in the same sense form the subject of the parallel utility model application 202 19 277.6 "Jacket-and-tube reactor for catalytic gas phase reactions" by the same applicant.
Temperaturunterschiede im Wärmeträger können prinzipiell durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit desselben innerhalb des Reaktors kleingehalten werden, doch setzt dem die dafür erforderliche Pumpenleistung Grenzen.In principle, temperature differences in the heat transfer medium can be kept small by maintaining a high flow velocity within the reactor, but the pumping capacity required for this sets limits.
Ringkanäle an Mantelrohrreaktoren sind beispielsweise aus DE-A-I 601 162 bekannt. Bekannt ist ebenfalls (vergl. etwa EP 1 08 0 78 0 und EP 1 080 781), Größe, Abstände und/oder Anordnung der Fenster an Ringkanälen entsprechend dem im Ringkanal auftretenden Druckprofil zu variieren. DE-A-34 09 159 lehrt darüber hinaus, jeden Ringkanal mit mehreren über den Reaktorumfang verteilten Pumpen zu verbinden. Gemäß DE-A-43 26 643 können die Ringkanäle einen sich von der jeweiligen Pumpenanschlußstelle hinweg verringernden Querschnitt aufweisen, um so die Strömungsverhältnisse im Ringkanal im Hinblick auf die durch die Fenster abgeführten bzw. hinzutretenden TeilmengenRing channels on jacketed tube reactors are known, for example, from DE-A-I 601 162. It is also known (cf., for example, EP 1 08 0 78 0 and EP 1 080 781) to vary the size, spacing and/or arrangement of the windows on ring channels according to the pressure profile occurring in the ring channel. DE-A-34 09 159 also teaches connecting each ring channel to several pumps distributed over the circumference of the reactor. According to DE-A-43 26 643, the ring channels can have a cross-section that decreases from the respective pump connection point in order to thus adjust the flow conditions in the ring channel with regard to the partial quantities discharged or added through the windows.
zu vergleichmäßigen. Des weiteren kann ein wärmeträgereintrittsseitiger Ringkanal gemäß DE 100 24 342 Al durch eine horizontale Trennwand in zwei übereinanderliegende, jeweils für sich, mit dem Reaktorinneren kommunizierende Bereiche aufgeteilt sein, die über steuerbare Öffnungen miteinander in Verbindung stehen. Indessen sind die betreffenden Maßnahmen, sei es in puncto Herstellbarkeit, sei es in puncto Effizienz, noch ergänzungsfähig.Furthermore, a ring channel on the heat transfer medium inlet side can be divided by a horizontal partition wall into two areas one above the other, each of which communicates with the interior of the reactor and is connected to one another via controllable openings. However, the measures in question can still be supplemented, both in terms of manufacturability and efficiency.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Rentabilität von Ringkanälen an Mantelrohrreaktoren weiter zu verbessern.Based on this, the invention is based on the task of further improving the profitability of ring channels in shell-tube reactors.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß in erster Linie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben daran anknüpfend vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten und Weiterbildungen an.This object is achieved according to the invention primarily with the features of patent claim 1. The subclaims specify advantageous design options and further developments based thereon.
Durch die betreffenden Strömungsbeeinflussenden Mittel erhält der Ringkanal eine zusätzliche Funktion. Sofern sie in Gestalt von Leitflächen vorliegen, wird - in der Sprache des Turbinenbauers - eine Art Leitrad geschaffen, durch das die Wärmeträgerströmung über den gesamten Reaktorumfang hinweg vektormäßig, d.h. hinsichtlich Richtung und Größe, optimal einstellbar ist. Auf diese Weise lassen sich geringere Drosselverluste erzielen. Dazu noch läßt sich besser und genauer eine gewünschte Verteilung des Wärmeträgers über den Reaktorumfang erreichen.The flow-influencing means in question give the ring channel an additional function. If they are in the form of guide surfaces, a type of guide wheel is created - in the language of turbine builders - through which the heat transfer medium flow can be optimally adjusted in vector terms, i.e. in terms of direction and size, across the entire reactor circumference. In this way, lower throttling losses can be achieved. In addition, the desired distribution of the heat transfer medium across the reactor circumference can be achieved better and more precisely.
Sofern die Strömungsbeeinflussenden Mittel am wärmetragereintrittsseitigen Ringkanal in Gestalt eines Gitters auftreten, kann bereits für die äußersten Rohrreihen des Reaktionsrohrbündels eine turbulente Strömung aber auch wiederum ein über den Umfang in gewünschter Weise regelmäßig verteilter Eintritt des Wärmeträgers erreicht werden. So oder So können durch gezielte Verteilung des Wäremträgers über den Umfang des Reakti-If the flow-influencing means appear in the form of a grid on the ring channel on the heat transfer medium inlet side, a turbulent flow can be achieved for the outermost rows of tubes in the reaction tube bundle, but also an inlet of the heat transfer medium that is distributed regularly over the circumference in the desired manner. In either case, by specifically distributing the heat transfer medium over the circumference of the reaction tube bundle,
onsrohrbündels unterschiedliche Strömungswiderstände kompensiert werden, wie sie durch in verschiedenen radialen Achsrichtungen unterschiedliche Rohrdeckungen (Rohre miteinander fluchtend bzw. mehr oder weniger gegeneinander versetzt) hervorgerufen werden. Näheres hierzu ist der vorgenannten parallelen Gebrauchsmusteranmeldung 202 19 277.6 "Mantelrohrreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen" zu entnehmen.Different flow resistances can be compensated for by the different tube bundles, such as those caused by different tube coverages in different radial axial directions (tubes aligned with one another or more or less offset from one another). More details on this can be found in the aforementioned parallel utility model application 202 19 277.6 "Jacket tube reactor for catalytic gas phase reactions".
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Von diesen zeigt:Advantageous embodiments and developments of the invention are described in more detail below with reference to the figures. These show:
Fig. 1 einen etwas schematischen Längsschnitt durch einen Mantelrohrreaktor mit Ringkanälen,Fig. 1 shows a somewhat schematic longitudinal section through a jacketed tube reactor with ring channels,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Mantel eines Mantelrohrreaktors in Höhe des wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanals samt Umwälzpumpe und Wärmetauscher,Fig. 2 a cross-section through the shell of a shell-tube reactor at the level of the heat transfer medium inlet side ring channel including circulation pump and heat exchanger,
Fig. 3 und Fig. 4 jeweils einen Querschnitt ähnlich Fig. 2, jedoch mit Leitflächen in Gestalt von Schaufeln an bzw. zwischen den Mantelfenstern eines Ringkanals,Fig. 3 and Fig. 4 each show a cross-section similar to Fig. 2, but with guide surfaces in the form of blades on or between the casing windows of an annular channel,
Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 verschiedene Schaufelformen an den Mantelfenstern eines Ringkanals,Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7 different blade shapes on the casing windows of a ring channel,
Fig. 8 einen Querschnitt durch einen wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanal mit eingebautem Mischer,Fig. 8 a cross-section through a heat transfer medium inlet side ring channel with built-in mixer,
Fig. 9 einen Querschnitt durch einen wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanal mit Mischer, wobei der Ringkanal durch eine im wesentlichen horizontale Wand in zwei übereinander herlaufende Abschnitte unterteilt ist,Fig. 9 shows a cross-section through a ring channel with a mixer on the heat transfer medium inlet side, the ring channel being divided into two sections running one above the other by a substantially horizontal wall,
Fig. 10 einen Querschnitt durch einen ähnlich unterteilten Ringkanal mit Mischer, wobei der Mischer jedoch reaktorinnenseitig angeordnet ist,Fig. 10 a cross-section through a similarly divided ring channel with mixer, but the mixer is arranged inside the reactor,
Fig. 11, Fig. 12 und Fig. 13 jeweils ein Schema eines Mantelrohrreaktors mit zwei daran angeschlossenen Umwälzpumpen,Fig. 11, Fig. 12 and Fig. 13 each show a diagram of a jacketed tube reactor with two circulation pumps connected to it,
Fig. 14 einen Querschnitt ähnlich demjenigen von Fig. 2, wobei der Ringkanal jedoch durch eine exzentrische kreiszylindrische Wand von der Wärmeträgereintrittsstelle weg verjüngt ist,Fig. 14 is a cross-section similar to that of Fig. 2, but with the annular channel tapered away from the heat transfer medium inlet point by an eccentric circular cylindrical wall,
Fig. 15 einen Querschnitt ähnlich demjenigen von Fig. 14, wobei jedoch der Ringkanal selbst exzentrisch in bezug auf den Reaktormantel angeordnet ist,Fig. 15 is a cross-section similar to that of Fig. 14, but with the annular channel itself arranged eccentrically with respect to the reactor shell,
Fig. 16 ein Detail eines Querschnitts ähnlich demjenigen von Fig. 15 im Eintrittsbereich des Wärmeträgers,Fig. 16 a detail of a cross-section similar to that of Fig. 15 in the inlet area of the heat transfer medium,
Fig. 17 ein Detail eines Querschnitts ähnlich Fig. 16, jedoch mit anders gestaltetem Wärmeträgereintrittsbereich,Fig. 17 a detail of a cross-section similar to Fig. 16, but with a differently designed heat transfer fluid inlet area,
Fig. 18 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 mit einem unsymmetrisch abgeteilten Ringkanal,Fig. 18 a cross-section similar to Fig. 2 with an asymmetrically divided ring channel,
Fig. 19 ein Detail eines Längsschnitts eines doppelwandigen Reaktormantels mit zwischen dessen beiden Wänden angeordnetem Ringkanal,Fig. 19 a detail of a longitudinal section of a double-walled reactor shell with an annular channel arranged between its two walls,
Fig. 20 ein Detail eines Längsschnitts eines Reaktormantels mit innenliegendem Ringkanal,Fig. 20 a detail of a longitudinal section of a reactor shell with internal ring channel,
Fig. 21 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 des oberen Abschnitts eines Mantelrohrreaktors mit einer einen innenliegenden Ringkanal über einen Verteilungskanal von außen her speisenden ringförmigen Rohrleitung,Fig. 21 is a view similar to Fig. 1 of the upper section of a jacketed tube reactor with an annular pipe feeding an internal ring channel from the outside via a distribution channel,
Fig. 22a) und b) einen Querschnitt bzw. ein Detail eines Längsschnitts eines Ringkanals mit einem eine Dehnfuge bildenden durchgehenden Fenster,Fig. 22a) and b) a cross-section and a detail of a longitudinal section of an annular channel with a continuous window forming an expansion joint,
Fig. 23a) und b) einen Querschnitt bzw. ein Detail eines Längsschnitts eines Ringkanals mit einer durch individuelle Fenster hindurchlaufenden Dehnfuge,Fig. 23a) and b) a cross-section and a detail of a longitudinal section of a ring channel with an expansion joint running through individual windows,
Fig. 24a) und b) einen Querschnitt bzw. ein Detail eines Längsschnitts eines Ringkanals mit unterhalb der Fenster verlaufender Dehnfuge,Fig. 24a) and b) a cross-section and a detail of a longitudinal section of a ring channel with an expansion joint running below the windows,
Fig. 25 einen Querschnitt eines Ringkanals mit Dehnfuge, der durch ein hindurchreichendes Trennblech in zwei übereinanderliegende, quasi-selbständige Ringkanäle unterteilt ist, undFig. 25 a cross-section of a ring channel with expansion joint, which is divided by a partition plate into two superimposed, quasi-independent ring channels, and
Fig. 2 6 einen abgebrochenen Reaktorlängsschnitt der die Abstützung eines Mantelrohrreaktors vermittels Ringkanäle durchsetzender Streben erkennen läßt.Fig. 2 6 shows a broken-off reactor longitudinal section showing the support of a jacketed tube reactor by means of struts penetrating ring channels.
Fig. 1 zeigt einen Mantelrohrreaktor 2 mit einem von einem zylindrischen Reaktormantel 4 umgebenen aufrechtstehenden, ringförmigen Reaktionsrohrbündel 6, dessen Rohre (Reaktionsrohre) 8 an beiden Enden abdichtend in Rohrböden 10 und 12 gehalten sind. Über beide Rohrböden erstrecken sich Reaktorhauben 14 bzw. 16 zur Vermittlung des Ein- und Austritts des in den Rohren 8 reagierenden Prozeßgases.Fig. 1 shows a jacketed tube reactor 2 with an upright, ring-shaped reaction tube bundle 6 surrounded by a cylindrical reactor jacket 4, the tubes (reaction tubes) 8 of which are held in a sealing manner at both ends in tube plates 10 and 12. Reactor hoods 14 and 16 extend over both tube plates to facilitate the inlet and outlet of the process gas reacting in the tubes 8.
Ein jedes der Rohre 8 ist zum wesentlichen Teil mit einem (nicht gezeigten) körnigen Katalysator gefüllt und wird von einem (gleichfalls nicht gezeigten) Wärmeträger - zumeist einer Salzschmelze, zuweilen aber auch Wasser oder einem anderen flüssigen Wärmeträger - umspült, der durch eine außerhalb des Reaktormantels 4 angeordnete Umwälzpumpe (nicht gezeigt) durchEach of the tubes 8 is essentially filled with a granular catalyst (not shown) and is surrounded by a heat transfer medium (also not shown) - usually a molten salt, but sometimes also water or another liquid heat transfer medium - which is circulated by a circulation pump (not shown) arranged outside the reactor jacket 4 through
den Reaktormantel 4 hindurch umgewälzt wird und dabei im Haupt- oder Nebenschluß zu der Umwälzpumpe einen Wärmetauscher (Heizung oder Kühler) durchläuft.is circulated through the reactor jacket 4 and passes through a heat exchanger (heater or cooler) in the main or bypass connection to the circulation pump.
Die Zuführung und Abführung des Wärmeträgers zu dem Reaktormantel 4 bzw. von diesem erfolgt über Ringkanäle 18 und 2 0 in der Nähe der Rohrböden 10 und 12. Um dem Wärmeträger in bezug auf das Rohrbündel 6 einen im wesentlichen quergerichteten, d.h. radialen Strömungsverlauf zu geben, der in den meisten Fällen schon aus Gründen des besseren Wärmeaustauschs zwischen Wärmeträger und Rohren 8 vorzuziehen ist, befinden sich innerhalb des Reaktormantels 4 in Ebenen zwischen den Ringkanälen 18 und 20 miteinander abwechselnde ring- und scheibenförmige Umlenkbleche 22 bzw. 24, durch die die Rohre 8 zumindest größtenteils hindurchtreten. Die Umlenkbleche 22 und 24 können, wie gezeigt, Teilstromöffnungen 26 aufweisen, durch die Teilströme des Wärmeträgers hindurchtreten, um so an allen Rohren 8 möglichst gleiche Anströmverhältnisse zu schaffen.The heat transfer medium is fed to and removed from the reactor shell 4 via ring channels 18 and 20 near the tube sheets 10 and 12. In order to give the heat transfer medium a substantially transverse, i.e. radial, flow path with respect to the tube bundle 6, which is preferable in most cases for reasons of better heat exchange between the heat transfer medium and the tubes 8, there are alternating ring and disk-shaped deflection plates 22 and 24 within the reactor shell 4 in planes between the ring channels 18 and 20, through which the tubes 8 at least mostly pass. The deflection plates 22 and 24 can, as shown, have partial flow openings 26 through which partial flows of the heat transfer medium pass, in order to create as equal as possible flow conditions on all tubes 8.
Im ganzen gesehen tritt der Wärmeträger in dem gezeigten Beispiel von unten nach oben, d.h. gegensinnig zu dem Reaktionsgas, durch den Reaktor 2 hindurch, doch ist auch eine gleichsinnige Strömung denkbar und zuweilen angebracht, ebenso wie das Reaktionsgas von oben nach unten oder von unten nach oben durch den Reaktor hindurchtreten kann.Overall, in the example shown, the heat transfer medium flows through the reactor 2 from bottom to top, i.e. in the opposite direction to the reaction gas, but a flow in the same direction is also conceivable and sometimes appropriate, just as the reaction gas can flow through the reactor from top to bottom or from bottom to top.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch den Reaktormantel 4 innerhalb eines warmetragereintrittsseitigen Ringkanals 30 ähnlich dem Ringkanal 20 aus Fig. 1. Die Innenwand 32 des Ringkanals 3 0 wird von dem Reaktormantel 4 gebildet, der für den Hindurchtritt des Wärmeträgers einen Kranz von Fenstern 34 aufweist. Im gezeigten Beispiel ist der Ringkanal 30 am Wärmeträgereintritt durch ein vertikales Trennblech 3 6 unterteilt, und beide so gebildeten Abschnitte 38 und 40 stehen über eine verzweigte Leitung 42 mit einer außerhalb des Reak-Fig. 2 shows a horizontal cross section through the reactor shell 4 within a ring channel 30 on the heat transfer medium inlet side, similar to the ring channel 20 from Fig. 1. The inner wall 32 of the ring channel 30 is formed by the reactor shell 4, which has a ring of windows 34 for the passage of the heat transfer medium. In the example shown, the ring channel 30 is divided at the heat transfer medium inlet by a vertical separating plate 36, and both sections 38 and 40 thus formed are connected via a branched line 42 to a line outside the reactor.
tors liegenden Umwälzpumpe 44 für den Wärmeträger in Verbindung, während die gegenüberliegende Seite des Ringkanals 30 über eine gemeinsame Leitung 46 mit einem ebenso außerhalb des Reaktors liegenden Wärmetauscher 48, z.B. Kühler, für den Wärmeträger verbunden ist. Auch dort kann ein Trennblech ähnlich dem Trennblech 36 vorteilhaft sein, um die Strömung zu stabilisieren .The ring channel 30 is connected to a circulation pump 44 for the heat transfer medium located outside the reactor, while the opposite side of the ring channel 30 is connected via a common line 46 to a heat exchanger 48, e.g. cooler, for the heat transfer medium, also located outside the reactor. There too, a separating plate similar to the separating plate 36 can be advantageous in order to stabilize the flow.
Wie in EP 1 080 780 Al ausgeführt, können die Fenster innerhalb ein und desselben Ringkanals in mancherlei Hinsicht variieren, um den für jede Stelle optimalen Strömungsverhältnissen beim Durchtritt durch den Reaktormantel Rechnung zu tragen. So können die Fenster etwa in einer oder mehreren Reihen auftreten, wobei deren Größe, Kontur und/oder Abstand von Reihe zu Reihe wie auch über den Reaktorumfang variieren kann.As explained in EP 1 080 780 A1, the windows within one and the same annular channel can vary in many ways in order to take account of the optimal flow conditions at each point when passing through the reactor shell. For example, the windows can appear in one or more rows, whereby their size, contour and/or spacing can vary from row to row as well as over the circumference of the reactor.
Wie ersichtlich, tritt der Wärmeträger aus dem Ringkanal 30, wo er gezwungen ist, in bezug auf den Reaktormantel 4 einen im wesentlichen tangentialen Verlauf zu nehmen, durch die Fenster 34 hindurch notwendigerweise mit starker radialer Komponente in den Reaktormantel ein. Gleiches gilt auch dann, wenn der Wärmetauscher, wie in manchen Fällen angewandt, im Nebenschluß zu der Umwälzpumpe 44 angeordnet ist und infolgedessen auf der der Pumpe gegenüberliegenden Seite des Ringkanals ein Austritt des Wärmeträgers fehlt. Da der Wärmeträger im Rohrbündel 6 des Reaktors 2 einen im wesentlichen radialen Verlauf nehmen soll, wäre es zweckmäßig, der Wärmeträgerströmung bereits beim Austritt aus den Fenstern 34 einen in bezug auf die Reaktormittelachse radial gerichteten Verlauf zu vermitteln. Beim wärmeträgeraustrittsseitigen Ringkanal, wie dem Ringkanal 18 nach Fig. 1, bestehen ähnliche Verhältnisse unter umgekehrter Strömungsrichtung. So oder so stellen die Fenster 34 Drosselstellen für den Wärmeträger dar. Auf jeden Fall wird damit ein Energieverlust hinsichtlich der Strömung des Wärmeträgers her-As can be seen, the heat transfer medium from the ring channel 30, where it is forced to take a substantially tangential course with respect to the reactor shell 4, enters the reactor shell through the windows 34 with a necessarily strong radial component. The same applies if the heat exchanger, as used in some cases, is arranged in parallel to the circulation pump 44 and as a result there is no outlet for the heat transfer medium on the side of the ring channel opposite the pump. Since the heat transfer medium in the tube bundle 6 of the reactor 2 is to take a substantially radial course, it would be expedient to give the heat transfer medium flow a radially directed course with respect to the reactor center axis as soon as it exits the windows 34. In the ring channel on the heat transfer medium outlet side, such as the ring channel 18 according to Fig. 1, similar conditions exist with the flow direction reversed. Either way, the windows 34 represent throttling points for the heat transfer medium. In any case, this creates an energy loss with regard to the flow of the heat transfer medium.
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vorgerufen, der durch die Leistung der Umwälzpumpe 44 wettzumachen ist.which has to be compensated by the performance of the circulation pump 44.
Erfindungsgemäß werden nun nach den Figuren 3 und 4 an den Fenstern 34 Strömungsleitmittel in Form von Leitflächen bildenden Schaufeln 50, 52 und 54 auf der Innen- und/oder Außenseite des Reaktormantels 4 vorgesehen, welche die Umlenkung der Strömung unterstützen und verlustärmer gestalten. Außenseitig, innerhalb des jeweiligen Ringkanals nehmen die betreffenden Schaufeln 50 bzw. 54 eine in Flußrichtung des Wärmeträgers geneigte Lage ein, während die innenseitigen Schaufeln 52 nach Fig. 3 im wesentlichen radial gerichtet sind.According to the invention, flow guide means in the form of blades 50, 52 and 54 forming guide surfaces are now provided on the windows 34 according to Figures 3 and 4 on the inside and/or outside of the reactor shell 4, which support the deflection of the flow and make it less loss-intensive. On the outside, within the respective ring channel, the respective blades 50 and 54 assume a position inclined in the flow direction of the heat transfer medium, while the inside blades 52 according to Figure 3 are directed essentially radially.
Die Figuren 5-7 lassen, stark vergrößert, verschiedene praktische Ausführungen vorbeschriebener Schaufeln für den wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanal 3 0 erkennen. Während die Schaufeln 56 nach Fig. 5 eine Idealform besitzen, die zusammen mit den Seitenwänden 58 und 60 der Fenster 34 sich kontinuierlich erweiternde düsenartig gestaltete Kanäle 62 bilden, stellt Fig. 6 mit aus Blech gefertigten, abgewinkelten Schaufeln 64 eine Näherungslösung dar. Fig. 7 schließlich zeigt zusätzlich zu den Schaufeln 64 aus Fig. 6 eine Mehrzahl durch das jeweilige Fenster 34 hindurchverlaufender Schaufeln 66, die neben einer mehr oder weniger kontinuierlichen Umlenkung eine Aufspreizung des in den Reaktormantel 4 eintretenden Wärmeträgerstromes bewirken. Die Schaufeln 64 können ebenso wie die Schaufeln 66 Teil eines Blechs 68 sein, das auf den Reaktormantel 4 aufgeschweißt wird und sich im Falle einer Perforierung sogar über die Fenster 34 hinwegerstrecken kann. Von derartigen "Gittern" wird an späterer Stelle von eingehender die Rede sein.Figures 5-7 show, greatly enlarged, various practical designs of the blades described above for the ring channel 30 on the heat transfer medium inlet side. While the blades 56 according to Fig. 5 have an ideal shape which, together with the side walls 58 and 60 of the windows 34, form continuously expanding nozzle-like channels 62, Fig. 6 represents an approximate solution with angled blades 64 made of sheet metal. Finally, Fig. 7 shows, in addition to the blades 64 from Fig. 6, a plurality of blades 66 running through the respective window 34, which, in addition to a more or less continuous deflection, cause a spreading of the heat transfer medium flow entering the reactor shell 4. The blades 64, like the blades 66, can be part of a sheet 68 which is welded onto the reactor shell 4 and, in the case of perforations, can even extend beyond the windows 34. Such "grids" will be discussed in more detail later.
Fig. 8 zeigt eine Schaufel wie z.B. 64 oder 66 im Inneren eines wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanals 70, die zum einen an der unteren Kanalwand 72 ansteht, zum anderen, ggf. zusam-Fig. 8 shows a blade such as 64 or 66 inside a heat transfer medium inlet-side ring channel 70, which on the one hand rests against the lower channel wall 72, on the other hand, possibly together
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men mit weiteren Schaufeln, oberseitig durch ein Deckblech 74 abgedeckt ist, um so einen geschlossenen Strömungskanal zu bilden.men with further blades, is covered on the upper side by a cover plate 74 in order to form a closed flow channel.
Vorzugsweise beträgt die Fensterhöhe das 0,05 bis 1,0-fache der verfügbaren Höhe, wie zum Beispiel der Ringkanalhöhe oder des Abstands zwischen Rohrboden und benachbartem Umlenkblech, und die Fensterbreite das 0,1- bis 0,9-fache der Fensterteilung, wobei die Fensterteilung < 600 mm betragen wird.Preferably, the window height is 0.05 to 1.0 times the available height, such as the annular channel height or the distance between the tube sheet and the adjacent baffle, and the window width is 0.1 to 0.9 times the window pitch, whereby the window pitch will be < 600 mm.
Generell werden bereits bei der Bemessung eines Ringkanals Fensterquerschnitt und -geometrie der erfindungsgemäßen strömungsbeeinflussenden Mittel, wie z.B. Schaufeln oder Gitter, festgelegt. Allgemein versucht man, den Fensterquerschnitt möglichst groß zu machen. Dabei jedoch können alle oder auch nur einige der soeben angeführten Parameter über den Reaktorumfang variiert werden.Generally, the window cross-section and geometry of the flow-influencing means according to the invention, such as blades or grids, are already determined when dimensioning an annular channel. In general, the attempt is made to make the window cross-section as large as possible. However, all or just some of the parameters just mentioned can be varied over the reactor circumference.
Fig. 9 zeigt einen Mischer 78 innerhalb eines Ringkanals 80, der durch eine wendelförmig geneigte Trennwand 82 etwa nach Fig. 13 in zwei einander überlappende Abschnitte 84 und 86 unterteilt ist. Selbstverständlich kann eine Anordnung ähnlich der in Fig. 9 gezeigten auch bei Verwendung einer etwa auf halber Wandhöhe liegenden horizontalen Trennwand 82 gemäß Figuren 11 und 12 Verwendung finden. Der Mischer 7 8 wird durch oberseitige und unterseitige Öffnungen 88 hindurch aus den beiden Abschnitten 84 und 86 gespeist und weist im Bereich der Fenster 34 des Ringkanals eine perforierte Wand 90 auf, die als Misch-, Stromungsverteilungs- und/oder Turbulenzgitter dienen und gewünschtenfalls mehrschichtig sein kann. Während ein Stromungsverteilungsgitter eine gewünschte Strömungsverteilung oder auch -ausrichtung in axialer wie vor allem auch tangentialer Richtung des Reaktors herbeizuführen vermag, dient ein Turbulenzgitter vornehmlich dazu, dem Wärmeträger bereits bei seinem Eintritt in den Reaktor eine turbulenteFig. 9 shows a mixer 78 within an annular channel 80, which is divided into two overlapping sections 84 and 86 by a spirally inclined partition wall 82, approximately as shown in Fig. 13. Of course, an arrangement similar to that shown in Fig. 9 can also be used when using a horizontal partition wall 82 located approximately halfway up the wall, as shown in Figs. 11 and 12. The mixer 78 is fed from the two sections 84 and 86 through openings 88 on the top and bottom, and has a perforated wall 90 in the area of the windows 34 of the annular channel, which serves as a mixing, flow distribution and/or turbulence grid and can be multi-layered if desired. While a flow distribution grid can bring about a desired flow distribution or orientation in the axial and, above all, tangential direction of the reactor, a turbulence grid primarily serves to give the heat transfer medium a turbulent flow as soon as it enters the reactor.
Strömung zu vermitteln. Genaueres hierzu findet sich in der bereits erwähnten parallelen Gebrauchsmusteranmeldung 202 19 277.6 "Mantelrohrreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen", worauf diesbezüglich verwiesen wird. Im einfachsten Fall kann die perforierte Wand 90 aus einem standardisierten Lochblech bestehen.More details on this can be found in the already mentioned parallel utility model application 202 19 277.6 "Jacket tube reactor for catalytic gas phase reactions", to which reference is made in this regard. In the simplest case, the perforated wall 90 can consist of a standardized perforated sheet.
Generell gilt, daß sich mit einer perforierten Wand oder Platte, wie zum Beispiel einem Lochblech, der Fensterquerschnitt in häufig wünschenswerter Weise vergrößern und damit die Zuströmung zum Inneren des Reaktormantels vergleichmäßigen läßt. Zudem wird damit stets die Ausbildung einer turbulenten Strömung begünstigt, d.h. beschleunigt, wie sie für die Rohranströmung zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs ausnahmslos Anwendung finden soll. Unter Umständen kann die Perforation auch anstelle individueller Fenster im Reaktormantel 4 vorgesehen sein. Durch entsprechende Wahl der Lochgröße, des Lochabstands und ggf. auch der Lochrichtung hat man es in der Hand, gewünschtenfalls unterschiedliche Anströmverhältnisse vor allem entlang dem Reaktorumfang zu schaffen, wie solches in der bereits erwähnten parallelen Gebrauchsmusteranmeldung 202 19 277.6 "Mantelrohrreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen" näher dargelegt ist. Ansonsten können gleiche Lochgrößen, Lochabstände und dergl. wie auch gleiche Fenstergrößen, Fensterabstände und dergl. dann Verwendung finden, wenn durch Variation des Ringkanalquerschnitts dafür Sorge getragen ist, daß in allen Querschnitten des Ringkanals gleiche Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Anderenfalls können Druckunterschiede (statische wie dynamische) entlang dem Ringkanal außer durch die Wahl der Fenstergeometrie auch durch die Wahl der Gitterparameter, soweit Gitter wie etwa perforierte Wände vorhanden sind, beziehungsweise durch Wahl der Schaufelgeometrie, wie zum Beispiel Dimension, Abstand, Neigung, Krümmung oder Profil, ausgeglichen werden.In general, a perforated wall or plate, such as a perforated sheet, can be used to increase the window cross-section in a manner that is often desirable, thus making the inflow to the interior of the reactor shell more uniform. In addition, this always promotes, i.e. accelerates, the formation of a turbulent flow, which should be used without exception for the pipe flow to achieve good heat transfer. Under certain circumstances, the perforation can also be provided in place of individual windows in the reactor shell 4. By selecting the hole size, the hole spacing and, if necessary, the hole direction, it is possible to create different inflow conditions, especially along the circumference of the reactor, if desired, as is explained in more detail in the parallel utility model application 202 19 277.6 "Jacket tube reactor for catalytic gas phase reactions" mentioned above. Otherwise, the same hole sizes, hole spacing, etc., as well as the same window sizes, window spacing, etc. can be used if the variation of the ring channel cross-section ensures that the same flow speeds prevail in all cross-sections of the ring channel. Otherwise, pressure differences (static and dynamic) along the ring channel can be compensated not only by the choice of window geometry but also by the choice of grid parameters, if grids such as perforated walls are present, or by the choice of blade geometry, such as dimensions, spacing, inclination, curvature or profile.
Nach Fig. 10 ist bei einer Ausführung mit einander übergreifenden Ringkanalabschnitten 84 und 86 ein Mischer 92 nach Art eines Ringkanals, die jeweiligen Fenster 34 übergreifend, innenseitig am Reaktormantel 4 angebracht. Auch hier wieder kann der Austritt des Mischers von einem Gitter ähnlich der perforierten Wand 90 gebildet werden. Ebenso können jedoch auch Schaufeln ähnlich etwa den Schaufeln 64 und/oder 66 aus Fig. vorgesehen sein.According to Fig. 10, in an embodiment with overlapping ring channel sections 84 and 86, a mixer 92 in the form of a ring channel is attached to the inside of the reactor shell 4, overlapping the respective windows 34. Here again, the outlet of the mixer can be formed by a grid similar to the perforated wall 90. However, blades similar to the blades 64 and/or 66 from Fig. can also be provided.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Mantelrohrreaktors 2 mit einander übergreifenden Ringkanalabschnitten 84 und 86 am wärmeträgereintrittsseitigen wie auch am wärmeträgerausstrittsseitigen Ringkanal 20 bzw. 18. Hier sind die beiden Ringkanäle an diametral einander gegenüberliegenden Stellen an zwei Umwälzpumpen 44, dazwischenliegend jedoch an einen gemeinsamen Wärmetauscher 48 angeschlossen, der über ein zweckmäßigerweise stufenlos verstellbares Dreiwegeventil 98 in die beiden einander übergreifenden Abschnitte 84 und 86 des wärmeträgeraustrittsseitigen Ringkanals 18 einspeist. Das Ventil 98 kann die Gestalt einer Klappe besitzen. Die beiden Ringkanalabschnitte 84 und 86 können, wie gezeigt, vermittels einer exakt horizontalen Trennwand 82 und zweier vertikaler Trennwände 94 und 96 abgeteilt, durchgehend gleiche Querschnitte aufweisen.Fig. 11 shows an example of a jacketed tube reactor 2 with overlapping ring channel sections 84 and 86 on the heat transfer medium inlet side and on the heat transfer medium outlet side ring channel 20 and 18, respectively. Here, the two ring channels are connected to two circulation pumps 44 at diametrically opposite points, but in between to a common heat exchanger 48, which feeds into the two overlapping sections 84 and 86 of the heat transfer medium outlet side ring channel 18 via a conveniently continuously adjustable three-way valve 98. The valve 98 can have the shape of a flap. The two ring channel sections 84 and 86 can, as shown, be separated by means of an exactly horizontal partition 82 and two vertical partitions 94 and 96 and have consistently identical cross-sections.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel, ansonsten wie dasjenige von Fig. 11, worin nur der wärmeträgereintrittsseitige Ringkanal durch horizontale und vertikale Trennwände 82, 94 und 9 6 abgeteilt ist, der andere aber gemäß Fig. 2 im Einspeisungsbereich eine einfache vertikale Trennwand 3 6 aufweist. Nach Fig. 13 kann der wärmeträgereintrittsseitige Ringkanal bei ansonsten gleicher Ausführung wie nach Fig. 12 zwei allein durch eine wendelförmig geneigte Trennwand 82 - wie sie in DE-A-43 26 643, allerdings für beide Ringkanäle, beschrieben ist - voneinander abgeteilte, ggf. über den halben'Reaktorumfang übereinander herlaufende Ringkanalabschnitte 84 und 86 aufweisen. Bemer-Fig. 12 shows an example, otherwise like that of Fig. 11, in which only the ring channel on the heat transfer medium inlet side is divided by horizontal and vertical partitions 82, 94 and 96, but the other one according to Fig. 2 has a simple vertical partition 36 in the feed area. According to Fig. 13, the ring channel on the heat transfer medium inlet side can have two ring channel sections 84 and 86 separated from each other by a spirally inclined partition 82 - as described in DE-A-43 26 643, but for both ring channels - and possibly running one above the other over half the reactor circumference. Note-
kenswerterweise bringt eine solche Ausführung in strömungstechnischer Hinsicht nur beim wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanal Vorteile. Im übrigen kann das Ventil 98 in diesem Beispiel gewöhnlich ohne Nachteil ersatzlos entfallen, da sich die beiden über die Ringkanalabschnitte 84 und 86 in den Reaktionsbehälter eingespeisten Wärmeträgerströme hinreichend mischen. It is noteworthy that such a design only offers advantages in terms of flow technology in the ring channel on the heat transfer medium inlet side. In addition, the valve 98 in this example can usually be omitted without any disadvantage, since the two heat transfer medium flows fed into the reaction vessel via the ring channel sections 84 and 86 mix sufficiently.
Andernfalls können die beiden Ringkanalabschnitte 84 und 86 und/oder 38 und 40 Temperaturfühler (nicht gezeigt) aufweisen, die über das Dreiwegeventil 98 die Menge des dort in die Ringkanalabschnitte eingespeisten Wärmeträgers nach der damit ermittelten Temperaturdifferenz automatisch steuern.Otherwise, the two ring channel sections 84 and 86 and/or 38 and 40 can have temperature sensors (not shown) which automatically control the amount of heat transfer medium fed into the ring channel sections via the three-way valve 98 according to the temperature difference determined thereby.
Selbst unter Verwendung einer einzigen Umwälzpumpe 44 kann es zweckmäßig sein, den Querschnitt des Ringkanals, und zwar möglichst bereits von seiner Einspeisungsstelle weg, zu verringern, um innerhalb des Ringkanals eine möglichst gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten. In diesem Fall erübrigt es sich u.U. sogar, die Fenster 34 nach Größe, Abstand und dergl. über den Reaktorumfang zu variieren. Rationelle Lösungen für eine solche Querschnittsänderung zeigen die Figuren 14 und 15. Nach Fig. 14 ist innerhalb eines an sich herkömmlichen Ringkanals 102 gleichbleibenden rechteckigen Querschnitts exzentrisch eine im wesentlichen kreiszylindrische, aufrechtstehende Trennwand 104 angebracht. Auch auf diese Weise ließen sich im übrigen bei Verwendung zweier diametral einander gegenüberliegender Umwälzpumpen zwei einander überlappende Ringkanalabschnitte ähnlich den Abschnitten 84 und 86 aus Fig. 13 schaffen. Nach Fig. 15 ist ein kreiszylindrischer Ringkanal 108 rechteckigen Querschnitts selbst exzentrisch zum Reaktormantel 4 angeordnet. Zusätzlich ist die Wärmeträgerzuführung zu dem Ringkanal 108 nach Fig. 15 durch Abrundung strömungsgünstig gestaltet.Even when using a single circulation pump 44, it may be expedient to reduce the cross-section of the ring channel, if possible already away from its feed point, in order to obtain as constant a flow velocity as possible within the ring channel. In this case, it may even be unnecessary to vary the size, distance, etc. of the windows 34 over the circumference of the reactor. Rational solutions for such a change in cross-section are shown in Figures 14 and 15. According to Figure 14, an essentially circular-cylindrical, upright partition wall 104 is mounted eccentrically within a conventional ring channel 102 of constant rectangular cross-section. In this way, too, two overlapping ring channel sections similar to sections 84 and 86 from Figure 13 could be created when using two diametrically opposed circulation pumps. According to Fig. 15, a circular cylindrical ring channel 108 with a rectangular cross-section is arranged eccentrically to the reactor shell 4. In addition, the heat transfer medium supply to the ring channel 108 according to Fig. 15 is designed to be flow-optimized by rounding.
Ähnliche Wärmeträgerzuführungen zeigen die Figuren 16 und 17. Nach Fig. 16 ist am Wärmeträgereintritt 110 an den Ringkanal eine Zunge 114 mit Durchtrittsöffnungen 116 für den Hindurchtritt eines Teilstroms des zugeführten Wärmeträgers angeordnet, der so auch im Bereich der Zunge 114 durch die Fenster 34 hindurch zum Inneren des Reaktormantels 4 Zutritt findet. Hinzu kommen beiderseits der Zunge 114 geeignet gekrümmte Leitbleche 118 sowie, zuströmseitig vor der Zunge 114, ein Mischgitter 120. Anstatt die Zunge 114 mit Durchtrittsöffnungen wie z.B. 116 auszustatten, könnte sie auch, wie in Fig. 16 gestrichelt angedeutet, entsprechend schmal ausgebildet werden, um zwischen den ersten beiden Ringkanalfenstern 34 gesehen von der Mittelachse 122 des Wärmeträgereintritts 110 Platz zu finden. Similar heat transfer medium feeds are shown in Figures 16 and 17. According to Fig. 16, a tongue 114 with passage openings 116 for the passage of a partial flow of the supplied heat transfer medium is arranged at the heat transfer medium inlet 110 on the ring channel, which thus also finds access to the interior of the reactor shell 4 through the windows 34 in the area of the tongue 114. In addition, there are suitably curved guide plates 118 on both sides of the tongue 114 and, on the inflow side in front of the tongue 114, a mixing grid 120. Instead of equipping the tongue 114 with passage openings such as 116, it could also be made correspondingly narrow, as indicated by dashed lines in Fig. 16, in order to find space between the first two ring channel windows 34 as seen from the central axis 122 of the heat transfer medium inlet 110.
Nach Fig. 17 tritt an die Stelle einer Zunge ein zuströmseitig offener, sich zum Reaktormantel 4 hin trompetenartig erweiternder Kanal 124 für die Aufnahme eines Teilstroms des zugeführten Wärmeträgers.According to Fig. 17, instead of a tongue, there is a channel 124 which is open on the inflow side and widens like a trumpet towards the reactor shell 4 for receiving a partial flow of the supplied heat transfer medium.
Fig. 18 zeigt, wie in einem ansonsten üblichen Ringkanal 130, durch ein vertikales Trennblech 132 ähnlich dem Trennblech 3 6 aus Fig. 2 zwei ungleich lange Ringkanalabschnitte 134 und 136 gebildet sein können, um dem in diesem Beispiel aus dem Ringkanalabschnitt 134 zu dem Wärmetauscher 48 hin abgeführten Teilstrom Rechnung zu tragen.Fig. 18 shows how, in an otherwise conventional ring channel 130, two ring channel sections 134 and 136 of unequal length can be formed by a vertical separating plate 132 similar to the separating plate 36 from Fig. 2 in order to take into account the partial flow discharged from the ring channel section 134 to the heat exchanger 48 in this example.
Generell können Wärmetauscher wie Erhitzer, Kühler oder Überhitzer an beliebigen Umfangsstellen in bezug auf den Wärmeträgerein- bzw. austritt des Ringkanals an diesen angeschlossen werden. Dabei kann es sich stets empfehlen, dort Leitbleche wie die Leitbleche 18 und/oder Zungen wie die Zunge 114 aus Fig. 16 oder einen trompetenartigen Kanal wie den Kanal 124 aus Fig. 17 einzusetzen, zumindest soweit es sich um die Wärmeträgerrückführung aus dem Wärmetauscher handelt.In general, heat exchangers such as heaters, coolers or superheaters can be connected to the annular channel at any circumferential point in relation to the heat transfer medium inlet or outlet. It is always advisable to use guide plates such as guide plates 18 and/or tongues such as tongue 114 from Fig. 16 or a trumpet-like channel such as channel 124 from Fig. 17, at least as far as the heat transfer medium return from the heat exchanger is concerned.
Es versteht sich, daß ein jeder Ringkanal an tiefstgelegener Stelle Entleerungsmittel für den darin befindlichen Wärmeträger aufweist, wie z.B. Bohrungen oder Spalte im Reaktionsmantel zusätzlich zu den Fenstern 34.It is understood that each ring channel has means for emptying the heat transfer medium contained therein at its lowest point, such as holes or gaps in the reaction jacket in addition to the windows 34.
Fig. 19 zeigt, wie ein ansonsten üblicher Ringkanal, der freilich mit allen möglichen Merkmalen ausgestattet sein kann, wie vorausgehend beschrieben, in einem doppelwandigen Reaktormantel 138 verwirklicht sein kann. Hier befindet sich außerhalb des üblichen Reaktormantels 4 koaxial damit eine dünnere Wand 140. Dazwischen ist ein Ringkanal 142 durch ringförmige obere und untere Begrenzungsbleche 144 und 146 abgeteilt, der in der üblichen Weise über Fenster 34 in dem Mantel 4 mit dem Reaktorinneren in Verbindung steht. Der Raum 148 zwischen Mantel 4 und Wand 140 ober- bzw. unterhalb der Begrenzungsbleche 144 und 146 kann zur Aufnahme der üblichen Wärmeisolation aber auch für eventuelle Bypaßkanäle genutzt werden, wie solche in der bereits mehrfach erwähnten parallelen Gebrauchsmusteranmeldung 202 19 277.6 "Mantelrohrreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen" dargestellt sind. Soweit solche Bypaßkanäle unmittelbar an den Ringkanal 142 anschließen sollen, kann eines der Begrenzungsbleche, wie am Beispiel des Begrenzungsblechs 146 gezeigt, unterbrochen sein.Fig. 19 shows how an otherwise conventional ring channel, which can of course be equipped with all possible features, as described above, can be implemented in a double-walled reactor shell 138. Here, outside the usual reactor shell 4, a thinner wall 140 is located coaxially with it. Between them, an annular channel 142 is divided by annular upper and lower limiting plates 144 and 146, which is connected to the reactor interior in the usual way via windows 34 in the shell 4. The space 148 between the shell 4 and wall 140 above or below the limiting plates 144 and 146 can be used to accommodate the usual thermal insulation but also for possible bypass channels, as shown in the parallel utility model application 202 19 277.6 "Jacket tube reactor for catalytic gas phase reactions" already mentioned several times. If such bypass channels are to be connected directly to the ring channel 142, one of the limiting plates can be interrupted, as shown in the example of the limiting plate 146.
Fig. 20 zeigt, wie ein Ringkanal 150 im Inneren des Reaktormantels 4 zwischen diesem und dem Rohrbündel 6 angeordnet sein kann. In diesem Fall kann der Ringkanal besonders leicht ausgebildet sein, da er keinem wesentlichen Druckunterschied ausgesetzt sein wird. Entsprechend kann etwa die radial innenseitige Wand 152 des Ringkanals 150 gewünschtenfalls ähnlich der Wand 90 aus Fig. 9, z.B. in Gestalt eines Lochblechs, ganzheitlich perforiert und damit als Gitter ausgebildet sein.Fig. 20 shows how an annular channel 150 can be arranged inside the reactor shell 4 between the latter and the tube bundle 6. In this case, the annular channel can be designed to be particularly light, since it will not be exposed to any significant pressure difference. Accordingly, the radially inner wall 152 of the annular channel 150 can, if desired, be completely perforated similarly to the wall 90 in Fig. 9, e.g. in the form of a perforated plate, and thus designed as a grid.
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Besonders geeignet ist ein innenliegender Ringkanal, wie etwa der Ringkanal 150, wo der Wärmeträger unter hohem Druck steht, wie häufig etwa im Fall von Wasser als Wärmeträger, das zur Erreichung einer höheren Siedetemperatur unter Überdruck gesetzt wird.An internal ring channel, such as ring channel 150, is particularly suitable where the heat transfer medium is under high pressure, as is often the case in the case of water as a heat transfer medium, which is pressurized to achieve a higher boiling temperature.
Figur 21 zeigt, wie ein solcher innenliegender Ringkanal 150 zur optimalen Verteilung des Wärmeträgers über eine ringförmig um den Reaktormantel herumlaufende Rohrleitung 152 und von dieser ausgehende, über den Reaktorumfang verteilte Verbindungsrohrstutzen 154 gespeist sein kann, wobei noch dazu dem Ringkanal ein gleichfalls innerhalb des Reaktormantels 4 liegender ringförmiger Verteilungskanal 156 vorgeschaltet sein kann. In diesem Fall stehen die beiden Kanäle 150 und 156 über ringsherum verteilte Drosselöffnungen 158 in Verbindung, wie Drosselöffnungen 159 auch in den Verbindungsrohrstutzen 154 vorgesehen sein können. Wegen des hohen Wärmeträgerüberdrucks außerhalb des Reaktormantels 4 besitzen die ringförmige Rohrleitung 152 und anschließenden Verbindungsrohrstutzen 154 zweckmäßigerweise, wie gezeigt, kreisrunde Querschnitte. Im übrigen können ihre Querschnitte ebenso wie diejenigen der Drosselöffnungen wie z.B. 158 nach Strömungsverteilungsgesichtspunkten variieren. Ansonsten können die Drosselöffnungen 158 auch in ihrem gegenseitigen Abstand variieren.Figure 21 shows how such an internal ring channel 150 can be fed for optimum distribution of the heat transfer medium via a pipe 152 running in a ring around the reactor shell and from this connecting pipe sockets 154 distributed over the reactor circumference, whereby an annular distribution channel 156, also located within the reactor shell 4, can also be connected upstream of the ring channel. In this case, the two channels 150 and 156 are connected via throttle openings 158 distributed all around, just as throttle openings 159 can also be provided in the connecting pipe sockets 154. Due to the high heat transfer medium overpressure outside the reactor shell 4, the annular pipe 152 and the connecting connecting pipe sockets 154 expediently have circular cross-sections, as shown. Moreover, their cross-sections, as well as those of the throttle openings such as 158, can vary according to flow distribution considerations. Otherwise, the throttle openings 158 can also vary in their mutual distance.
Eine ähnliche Anordnung kann selbstverständlich auch in Verbindung mit einem warmetrageraustrittsseitigen Ringkanal Verwendung finden. Bei niedrigerem Wärmeträgerdruck kann an die Stelle einer ringförmigen außenseitigen Rohrleitung mit Verbindungsrohrstutzen auch ein im wesentlichen herkömmlicher außenseitiger Ringkanal treten, der mit einem innenseitigen Ringkanal wie z.B. 150 direkt oder indirekt über einen Verteilungskanal wie z.B. 156 kommuniziert.A similar arrangement can of course also be used in conjunction with a ring channel on the heat transfer medium outlet side. At lower heat transfer medium pressures, an essentially conventional ring channel on the outside can be used instead of a ring-shaped outside pipe with connecting pipe sockets, which communicates with an inside ring channel such as 150 directly or indirectly via a distribution channel such as 156.
Die Figuren 22 - 25 zeigen eine zusätzliche Ausnutzung eines Ringkanals, nämlich um auf rationelle Weise einen Dehnungskompensator zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen von Rohrbündel 6 und Reaktormantel 4 zu verwirklichen. In den hier gezeigten Fällen ist ein solcher Dehnungskompensator als ringsherumlaufende Unterbrechung des Reaktormantels 4 - nachfolgend Dehnfuge genannt - innerhalb eines Ringkanals 160 ausgebildet, dessen vergleichsweise dünne Wände 162, 164 und 166 die betreffende Dehnung überwiegend in Form von Biegung aufnehmen .Figures 22 - 25 show an additional use of an annular channel, namely to efficiently implement an expansion compensator to compensate for different thermal expansions of the tube bundle 6 and the reactor shell 4. In the cases shown here, such an expansion compensator is designed as a circumferential interruption of the reactor shell 4 - hereinafter referred to as an expansion joint - within an annular channel 160, the comparatively thin walls 162, 164 and 166 of which absorb the expansion in question predominantly in the form of bending.
Nach Fig. 22 bildet eine solche Dehnfuge, 168, selbst ein einziges, über den Reaktorumfang durchgehendes Fenster 34, das in seiner Höhe variieren kann. Nach Fig. 2 3 kann die Dehnfuge durch ein nur einseitig angeschweißtes Deckblech 170 abgedeckt sein. Im übrigen - mit Ausnahme von Fig. 22 - wird sie zweckmäßigerweise an einer Stelle vorgesehen, wo sie den gewünschten Strömungsverlauf möglichst wenig beeinträchtigt. So etwa kann die Dehnfuge 168 unmittelbar anschließend an einen Rohrboden oder ein den Reaktor in übereinanderliegende Zonen unterteilendes Trennblech angeordnet sein.According to Fig. 22, such an expansion joint 168 itself forms a single window 34 that runs through the reactor periphery and can vary in height. According to Fig. 23, the expansion joint can be covered by a cover plate 170 that is welded on only on one side. Otherwise - with the exception of Fig. 22 - it is expediently provided at a location where it has as little impact as possible on the desired flow pattern. For example, the expansion joint 168 can be arranged immediately adjacent to a tube sheet or a separating plate that divides the reactor into superimposed zones.
Soweit die Dehnfuge 168 gemäß Fig. 23 durch die Ringkanalfenster 34 hindurchläuft oder gemäß Fig. 22 selbst ein solches bildet, dürfen Strömungsleitmittel wie etwa Schaufeln oder Gitter oder auch Zungen wie die Zunge 114 selbstverständlich nur einseitig - ober- oder unterhalb der Dehnfuge - an den Reaktormantel 4 angeschweißt sein.Insofar as the expansion joint 168 according to Fig. 23 runs through the annular channel windows 34 or forms one itself according to Fig. 22, flow guide means such as blades or grids or even tongues such as the tongue 114 may of course only be welded to the reactor shell 4 on one side - above or below the expansion joint.
Fig. 25 zeigt eine außerhalb der betreffenden Fenster 34 liegende Dehnfuge 168 in einem aus zwei ringsherum übereinanderliegenden Abschnitten 172 und 174 bestehenden Ringkanal 176, die im Grunde selbständige Ringkanäle bilden. In diesem Fall tritt mit Spiel durch die Dehnfuge 168 hindurch der Rand eines Trennblechs 178 nach außen, wo er in der Außenwand 180 desFig. 25 shows an expansion joint 168 located outside the relevant windows 34 in an annular channel 176 consisting of two sections 172 and 174 lying one above the other, which basically form independent annular channels. In this case, the edge of a separating plate 178 protrudes through the expansion joint 168 with play to the outside, where it is inserted into the outer wall 180 of the
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Ringkanals 176 verankert ist. Auf diese Weise ist das Trennblech 178 sowohl in axialer als auch radialer Richtung weitgehend spannungsfrei gelagert, da sich die verhältnismäßig dünne Ringkanalwand hinreichend verformen kann. Hinzu kommt, daß es in dem nämlichen Randbereich, wie gezeigt, eine verminderte Wandstärke besitzen kann.ring channel 176. In this way, the separating plate 178 is supported largely stress-free in both the axial and radial directions, since the relatively thin ring channel wall can deform sufficiently. In addition, it can have a reduced wall thickness in the same edge area, as shown.
Wie in Fig. 25 des weiteren zu sehen, kann das Trennblech bis in den Ringkanal 17 6 hinein ein- oder auch beidseitig eine Wärmeisolationsschicht 182 tragen, die sich zum Teil auch noch über die Außenwand 180 erstrecken kann. Prinzipiell kann an die Stelle des Trennblechs 178 auch ein Rohrboden wie z.B. oder 12 treten.As can also be seen in Fig. 25, the separating plate can carry a thermal insulation layer 182 on one or both sides up to the annular channel 176, which can also extend partially over the outer wall 180. In principle, a tube sheet such as e.g. or 12 can also take the place of the separating plate 178.
Wie aus Fig. 25 sodann noch ersichtlich, kann der Ringkanal 176 - und Entsprechendes gilt für jeden hier in Rede stehenden Ringkanal - an dafür geeigneten Stellen Gasentnahmeorgane aufweisen, um sich in dem Wärmeträger ansammelndes oder davon mitgeführtes Gas abführen zu können und so die jeweils gewünschte Strömungsführung des Wärmeträgers zu gewährleisten. Die betreffenden Gasentnahmeorgane 184 können gewünschtenfalls, ggf. auch zusammen mit solchen innerhalb des Reaktormantels und, soweit erforderlich, über Drosselorgane (nicht gezeigt), mit einer gemeinsamen Gasabführungsleitung 186 verbunden sein. Andererseits können Gasentnahmeorgane wie das in Fig. 25 gestrichelt gezeigte Gasentnahmeorgan 184 auch über Durchtrittsbohrungen 188 mit dem Mantelinneren in Verbindung stehen oder von solchen gebildet werden.As can be seen from Fig. 25, the ring channel 176 - and the same applies to each ring channel in question here - can have gas extraction elements at suitable locations in order to be able to remove gas accumulating in the heat transfer medium or carried along by it and thus ensure the desired flow of the heat transfer medium. The gas extraction elements 184 in question can, if desired, also be connected to a common gas discharge line 186, possibly together with those within the reactor shell and, if necessary, via throttle elements (not shown). On the other hand, gas extraction elements such as the gas extraction element 184 shown in dashed lines in Fig. 25 can also be connected to the interior of the shell via through holes 188 or can be formed by such.
Es versteht sich, daß zumindest viele der vorausgehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele einzeln beschriebenen Maßnahmen auch gemeinsam verwirklicht sein können, um so einen in jeder Hinsicht optimalen Ringkanal zu schaffen. Ein solcher kann an den verschiedensten Mantelrohrreaktoren wie zum Teil auch -kühlem mit Vorteil Verwendung finden, darunter auchIt is understood that at least many of the measures described above individually using various embodiments can also be implemented together in order to create an annular channel that is optimal in every respect. Such a channel can be used to advantage in a wide variety of jacketed tube reactors and sometimes also coolers, including
Mantelrohrreaktoren mit mehr als zwei Ringkanälen und Mehrzonenreaktoren, und unabhängig von der Art des Reaktionsprozesses, der Durchströmungsrichtung und der Art des Wärmeträgers.Shell-and-tube reactors with more than two ring channels and multi-zone reactors, and independent of the type of reaction process, the flow direction and the type of heat transfer medium.
Fig. 26 zeigt, wie ein Mantelrohrreaktor 2, in diesem Beispiel ein Zweizonenreaktor mit jeweils unmittelbar aneinanderschließenden Ringkanälen 18 und 2 0 für beide Zonen, radial außerhalb des Reaktormantels 4 abgestützt sein kann. In diesem Fall erfolgt die Krafteinleitung in den Reaktormantel 4 über die Ringkanäle 18 und 2 0 der oberen Zone durchsetzende Streben 190, die sich ihrerseits über senkrechtstehende Zwischenglieder 192 außerhalb der Ringkanäle 18 und 2 0 der unteren Zone auf Auflagersäulen 194 abstützen. Eine solche Abstützung des Reaktors hat den Vorteil, daß die untere Reaktorhaube, etwa zum Katalysatorwechsel, ungehindert abgenommen werden kann. Die Streben 190 haben etwa die Gestalt von Blechen, die bei größerer Breite der Krümmung des Ringkanals folgen und im übrigen ein strömungsgünstiges Profil besitzen können. Sie werden bei der Berechnung des Ringkanalquerschnitts etc. berücksichtigt. Prinzipiell können derartige Streben mit Vorteil auch bei Einzonenreaktoren und solchen mit nicht unmittelbar aneinandergrenzenden Ringkanälen Verwendung finden, wobei die Streben 190 auch teilweise außerhalb eines Ringkanals verlaufen können.Fig. 26 shows how a jacketed tube reactor 2, in this example a two-zone reactor with immediately adjacent ring channels 18 and 20 for both zones, can be supported radially outside the reactor shell 4. In this case, the force is introduced into the reactor shell 4 via struts 190 which pass through the ring channels 18 and 20 of the upper zone and which in turn are supported on support columns 194 outside the ring channels 18 and 20 of the lower zone via vertical intermediate members 192. Such a support of the reactor has the advantage that the lower reactor hood can be removed without hindrance, for example to change the catalyst. The struts 190 have the shape of metal sheets which, if they are wider, follow the curvature of the ring channel and can also have a flow-optimized profile. They are taken into account when calculating the ring channel cross-section, etc. In principle, such struts can also be used advantageously in single-zone reactors and those with ring channels that are not directly adjacent to one another, whereby the struts 190 can also run partially outside of a ring channel.
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