Auslegung von Wärmeübertragern und Kolonnen

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Auslegung von
Wärmeübertragern und
Stoffaustauschkolonnen
Lunch & Learn, Marl, 13.11.2013
Ralf Ziegler
Agenda
• Übersicht über Bauformen von Wärmeübertragern
• Auslegungsprogramme bei Siemens EC
• Mitgliedschaft in Fachgremien
•
•
•
•
Übersicht über Kolonneneinbauten
Einsatzbereich: Vergleich Füllkörper, Packungen und Böden
Auslegungsprogramme bei Siemens EC
Mitgliedschaft in Fachgremien
• Zusammenfassung
Auslegung von Wärmeübertragern und Stoffaustauschkolonnen
Lunch & Learn, Marl, 13-NOV-2013
Seite 2/28
Industry Sector, I IA AS PA EC PD
© Siemens AG 2013 - Änderungen vorbehalten
Übersicht über Bauformen von Wärmeübertragern
Rohrbündel-WÜT
Bsp. Kondensator:
Vorteile:
•verschweißte Konstruktion mit
kurzer Dichtungslänge
•einsetzbar vom Druckbereich bis zum
Feinvakuum
•abgesicherte Korrelationen zur Auslegung
Nachteile:
•im Vergleich zu anderen Bauarten hohe
Investitionskosten
•Baugröße/Platzbedarf
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Sicherheits-WÜT
Vorteile:
•
hohe Sicherheit durch
•
doppeltes Rohrbündel
•
Leckage wird detektiert
Nachteil:
•
aufwändig
•
schlechterer
Wärmedurchgang
•
Apparat wird 30-40%
größer
Quelle: GEA Renzmann & Grünewald GmbH
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Rohrbündel-WÜT
Naturumlaufverdampfer:
Gängiger Bautyp zur Beheizung von Destillationskolonnen
Vorteile:
•
keine bewegten Teile
•
geeignet bis zu mittleren Verschmutzungen
•
Druckbetrieb möglich
Nachteile:
•
Limitierung hinsichtlich Viskosität
•
Limitierung hinsichtlich Vakuumbetrieb
•
lange Verweilzeit
•
kleiner Lastbereich
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Rohrbündel-WÜT
Brüden
Zwangsumlaufverdampfer:
Vorteile:
•
geeignet bis mittlere Viskosität
•
großer Lastbereich
•
hohe Strömungsgeschwindigkeit
•
geringe Verschmutzungsneigung
•
Druckbetrieb möglich
Heizdampf
Zulauf
Drossel
Kondensat
Nachteile:
•
Pumpe erforderlich
•
lange Verweilzeit
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Rohrbündel-WÜT
Kettle-Verdampfer:
Vorteile:
•
großer Lastbereich
•
bis zu moderatem Vakuum einsetzbar
•
zusätzliche Trennstufe
•
großer Lastbereich
Nachteile:
Kondensat
•
lange Verweilzeit
•
empfindlich gegen Verschmutzung
•
erhöhter Platzbedarf
•
nicht geeignet für Gemische mit großem Siedebereich
Produkt
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Rohrbündel-WÜT
Fallfilmverdampfer:
Vorteile:
Heizdampf
•
bis ins Feinvakuum einsetzbar
•
kurze Verweilzeit auf der Heizfläche
•
geeignet für schäumende Medien
•
geeignet bis zu mittleren Viskositäten
•
großer Lastbereich
•
sehr kleine Temperaturdifferenzen möglich
Kondensat
Umpump
Nachteile:
•
Pumpe ist erforderlich
•
im Vergleich zu anderen Bauarten hohe
Investitionskosten
Produkt
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Dünnschichtverdampfer:
M
Brüden
Zulauf
Vorteile:
• bis ins Feinvakuum einsetzbar
Heizdampf
• kurze Verweilzeit auf der Heizfläche
• hohe Abdampfrate
• geeignet für hohe Viskositäten
Nachteile:
Kondensat
• bewegte Teile
• Versuche zur Auslegung erforderlich
Konzentrat
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Platten-WÜT
Vorteile:
kompakt
hohe k-Werte
preiswert
Nachteile:
Dichtungslänge
(bei gedichteten
Apparaten)
Druckverlust
limitiert bei Druck
und Temperatur
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Thermoblechapparate
Kondensator:
Vorteile:
•verschweißte Konstruktion
•platzsparende Lösung
•keine Brüdenleitung erforderlich
Nachteile:
•Korrelationen zur Auslegung Firmen Know-how
•erfahrungsgemäß weichen die Auslegungen der
Lieferanten voneinander ab
•Wartung im Schadenfall aufwändig
Quelle: DEG Engineering
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Block-WÜT
Vorteile:
bei korrosiven Medien günstige Alternative
zu Rohrbündel-WÜT
geringe Ersatzteilkosten
lange Lebensdauer
kurze Dichtungslängen
Nachteil:
wegen Werkstoff Graphit
Limitierung auf 180 (200) °C
Quelle: GAB Neumann GmbH
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Auslegungsprogramme
Teil 1
Kommerzielle
Datenbanken
(DDB, Detherm,
etc.)
Literatur,
Patente,
...
Eigene
Stoffdatenbank
Messungen
Teil 2
EC PD
Datenbank
Stoffdaten,
Apparatedaten
Werknormen
Programme zur
Apparateauslegung
Aspen Engineering Suite
und Eigenentwicklungen
Datenblatt
Comos Feed/Comos
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Auslegungsprogramme - Ergebnisse
Rohrbündel-WÜT
Aspen Exchanger Design and Rating (EDR)
 Rohrbündel-WÜT für die gängigen Anwendungsfälle: u.a.
Naturumlaufverdampfer, Fallfilmverdampfer, Kondensatoren,
Luftkühler
WT4 + TKON4
 Rohrbündel-WÜT für die Anwendungsfälle: Verdampfer,
Kondensatoren, Heizer, Kühler, Teilkondensatoren
Platten-WÜT
Aspen Exchanger Design and Rating (EDR)
 gedichtete Platten-WÜT -> (nur für erste Abschätzung)
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Block-WÜT
BLOCKWT4
 Verdampfer, Kondensatoren, Heizer, Kühler, Teilkondensatoren
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German HTFS User Group
(Aspen Exchanger Design and Rating)
Regelmäßiger Erfahrungsaustausch innerhalb der Mitglieder
(derzeit BASF, Evonik, Wacker Chemie, Bayer Technology Services, Lanxess,
Falk & Thomas Engineering)
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Kolonneneinbauten
Füllkörper:
regellose Schüttung
Strukturierte Packungen:
Packungselemente
Quelle: Sulzer ChemtechGmbH
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Kolonneneinbauten
Flüssigkeitsverteiler
Flüssigkeitssammler
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Kolonneneinbauten
Tragrost für
Strukturpackung
Profiltragrost für
Füllkörper
Niederhalterost
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Kolonneneinbauten
Siebboden
Quelle: Koch-Glitsch, LP
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Kolonneneinbauten
Ventilboden
Quelle: Koch-Glitsch, LP
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Berechnung von Kolonneneinbauten
KOBO4
Eigenentwicklung
KOPA4
Eigenentwicklung
TrayHeart
der Fa.
Welchem
Hydraulische Auslegung und Nachrechnung von Bodenkolonnen
(Siebböden, Glockenböden, Tunnelböden, Ventilböden), im Programm sind
Normreihen für die verschiedenen Böden hinterlegt
Hydraulische Auslegung und Nachrechnung von Füllkörper- und
Packungskolonnen mit Auslegung von Flüssigkeitsverteilern (im Programm
sind derzeit ca. 40 verschiedene Füllkörpertypen mit den entsprechenden
Größen und Materialien sowie ca. 60 verschiedene Strukturpackungen
hinterlegt)
Auslegung von Boden-, Packungs- und Füllkörperkolonnen;
Verteilerberechnung; Erstellung von Bodenaufrissen
Montz-Pak
Auslegung von Packungskolonnen mit Montz Packungen
Firmensoftware
der Fa. Montz
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Berechnung von Kolonneneinbauten
Sulcol
Firmensoftware
Fa. Sulzer
Chemtech
DRP
Fractionation
Research, Inc.
WINSORP
Firmensoftware
von RaschigJäger
KG-Tower
Firmensoftware
von KochGlitsch
Auslegung von Packungs- und Füllkörperkolonnen mit Sulzer Produkten
(Modelle und Quellcode sind im KOPA4 vollständig hinterlegt). Des
weiteren dient das Programm zur Auslegung von Sulzerböden.
Standardböden (Ventil, Glocken, Tunnel...) sowie Packungen und
Füllkörper
Auslegung von Kolonnen mit Packungen, Füllkörper und Böden von
Raschig-Jäger
Auslegung von Packungs-, Füllkörper- und Bodenkolonnen mit KochGlitsch Produkten.
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Auslegung von Kolonneneinbauten - Ergebnisse
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Fractionation Research, Inc. ist ein
Forschungskonsortium (non-profit)
Siemens EC ist Mitglied bei FRI
Versuchskolonnen mit 1,2 und 2,4 m
Durchmesser
Direkter Zugang zu den Messdaten
(Validierung von Inhouse Tools, unabhängig
von Herstellerauswertung)
Regelmäßiger Erfahrungsaustausch innerhalb
der “deutschen Mitglieder” (derzeit Alstom,
BASF, Evonik, Linde, Lurgi, Shell, Siemens,
Uhde)
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Zusammenfassung
• Es existieren diverse Bauarten für WÜT und Kolonneneinbauten
• Alle Bauarten weisen spezifische Vor- und Nachteile auf
• Die richtige Auswahl muss der verfahrenstechnische Aufgabe angepasst
werden
• Was kann Siemens EC Ihnen liefern?
maßgeschneiderte Lösungen für die spezifische Aufgabenstellung
• herstellerunabhängige Beratung, Auslegung und Prüfung
• Debottlenecking
• Troubleshooting
Jahrzehntelanges Knowhow auf den Gebieten der WÜT und Kolonneneinbauten
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Vielen Dankvon
Auslegung
Wärmeübertragern
und Kolonnen
Name: Ralf Ziegler
Abteilung: I IA AS PA EC PD
Telefon: 069-797-84793
Mail: [email protected]
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Auslegung von Wärmeübertragern und Kolonnen

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