kühlung mit wasser oder mit luft?

Kiihlung mit Wasser oder mit Luft?

DIPL.-ING. H. KASSAT'

GEA-Luftkiihlergesellschaft Happel GmbH & Co.. Bochum

Luft wird als Kuhlmedium in den letzten funfzehn Jahren in vielen Betrieben der chemischen, petrochemischen und Mineralol-lndustrie zunehmend verwendet. Durch lang- jahrige Betriebserfahrungen rnit luftgekuhlten Warmeaustauschern konnte nachgewie- sen werden, daB die beiden Kuhlsysteme Wasser und Luft technisch gleichwertig sind. Sofern nicht verfahrenstechnische Gesichtspunkte oder ortliche Gegebenheiten eines der beiden Kuhlverfahren zwangslaufig erfordern, wird man die zweckmal3igere Kuhl- methode durch Wirtschaftlichkeifsvergleiche feststellen. Darauf aufbauend, konnen die Anwendungsbereiche fur eine Kuhlung mit Wasser bzw. mit Luft abgegrenzt und die Planungsarbeiten mit geringerem Zeitaufwand ausgefuhrt werden.

Vergleich beider Kuhlverfahren

Nach den physikalischen Eigenschaften ist Wasser ein besseres Kuhlmedium als Luft'). Bezogen auf glatte Rohre, verhalten sich die erreichbaren Warmeuber- gangszahlen von Luft und Wasser wie 1 : 50. Das wird bei der Kiihlung mit Luft durch Berippen der Austau- scherrohre wieder ausgeglichen. Allerdings setzt die Berippung die Warmeubergangszahl weiter herab und

Nahe der Verbraucberstellen zur Verfugung steht und nur no& der AnschluR vom Wasserversorgungsnetz zum Warmeaustauscher herzustellen ist, mu8 bei der Kuhlung mit Luft das Kuhlmedium selbst beschafft werden. Jeder Luftkuhler besteht aus dem eigentlicfien Warmeaustauscher und dem Kuhlluftforderer. Deshalb sind Wasserkuhier in der Anschaffung wesentlich billiger; demnach ist das luftgekuhlte System dem was-

Tabelle 1. Wichtigste Berechnungsformeln fur luft- bzw. wassergekuhlte Warmeaustauscher, vgl. auch Ahb. 1.

Q kcallh stundlich abzufiihrende Warmemenge

Warmeubergangszahl (Produkt) "P

(Kiihlmittel) "w, QL W'armeiibergangszahl

kcal/m* h grd

kcal/m* h grd

1 kcallmz h grd kw = T- ~~ 1 . -+-+- aw ap 1.

Warmedurchgangs- zahl 1 I "

kL = kcal/m2 h grd 1 F a l s

"L F i "P - + - (- +J

Abb. 1. Aufbau von wassergekuhlten und luftgekuhlten Warmeaustauschern. Wichtigste RechengrdRen (vgl. auch Tab. 1): At, = tpl-tpz [grd] produktseitige Abkuhlung, A fIT = tW2- tW1 [grd] kuhl- wasserseitige Aufwarmung des Kiihlwassers. d tL = tL2-tL1 [grd] kuhlluftseitige Aufwarmung der Kuhlluft, A pw =

pW1 -pwe [mWS] kdhlwasserseitiger Druckverlust des Kuhl- wassers, dPL = PIA1 -PI.e [mmWS] Druckverlust der Kuhlluft.

vergro5ert zudem den Anstromwiderstand gegenuber dem Kiihlluftstrom. Technisch gunstige, wirtschaftlich herstellbare Rippenrohre haben i. a. ein Verhaltnis von berippter auOerer Flache zu innerer Glattrohrflache von 10 bis 25 : 1. Den prinzipiellen Aufbau und die wichtigsten Eerechnungsformeln fur luft- und wassergekuhlte Warmeaustauscher zeigen Abb. 1 und Tab. 1.

Wahrend bei wassergekuhlten Warmeaustauschern vorausgesetzt werden kann, da5 Kuhlwasser in der

*) Nach einem Vortrag, gehalten auf dem 11. Chisa-KongreO, am 12. September 1965 in Marienbad.

mittl. log. Tempera- turunterschied (Gleichstrom, Gegen- A 'm = ____ In ( A t,JA tkl)

mittl. Temperatur- untcrschied (Kreuz- A 'ITI frn)Gegenstr. strom4))

Warmeaustauschflache

A tkl

strom) grd

FF = Q/(kw. At,) F I , = Q/(kL * A trn)

m? (glatt)

mz (berippt)

stiindl. Kublmittel- 'JT = "("W 'pW) k d h durchsatz GL = Q / ( A t~ CPL) kg/h

N, = ~ G W h V kW Kraftbedarf fur 375 n WasserpumpeniKuhl-

k W luftforderer G L A P L

NL - 102 y L 9

Es bedeuten: Index W Wasser (glaltes Rohr), Index L Luft (beripptes Rohr), Fa = herippte auOere Rohrflache, Fi = in- nere glatte Rohrflache, cL, spez. Warme, 9 Wirkungsgrad, yL spez. Gewicht der Luft.

Chemie-1ng.-Techn. 38. Jahrg. 1966 I Ileit 9 987

sergekiilten im Kapitaldienst, bis auf wenige Ausnah- men, unterlegen.

Wenn dennoch die Zahl der luftgekuhlten Warmeaus- tauscher, besonders in Betrieben der chemischen Indu- strie, stetig wachst, so mussen andere Grunde bestim- mend sein. Dabei entscheidet oft die Frage, inwieweit geeignetes Wasser den Verbrauchern heute noch zur Verfiigung steht oder in naher Zukunft zur Verfiigung gestellt werden kann.

Daneben konnen auch verfahrenstechnische Grunde zugunsten einer Kiihlung mit Luft sprechen. Beispiels- weise kann bei hoheren Produkttemperaturen eine unzulassig hohe Aufwarmung des Kuhlwassers Stein- ansatze, Salzbildung oder gar Dampfblasenbildung hervorrufen und damit Gefahren vor allem fur konti- nuierlich arbeitende Anlagen mit sich bringen. Ahn- liche Probleme treten auf, wenn man Anderungen im Produktdurchsatz durch Regelung des Kuhlwassers aus- gleichen will. Dagegen 1SRt sich Luft ni&t nur unbe- grenzt erwarmen, sondern auch wahrend des Kuhlvor- ganges zu Regelungszwecken drosseln oder bei bestimmten Aufgaben, wie es die Kuhlung von leicht erstarrenden Produkten erfordert, durch Mischen von warmer Abluft und kalter Frischluft auf eine beliebige Temperatur bringen.

Bei der Kuhlung von Medien, die in Verbindung rnit Wasser eine chemische Reaktion hervorrufen, kann aus Sicherheitsgrunden Luft bevorzugt werden. Kuhlpro- zesse fur Produkte, die bereits bei Temperaturen er- starren, die oberhalb der Kiihlmitteltemperatur liegen, beherrscht man mit besonderen Verfahren, wie z. B. Siedekondensation, Sekundarkuhlkreislaufen, Misch- luftkuhlung usw. Die Auflage, einen bestimmten Ge- rauschpegel in Wohngebieten nicht zu iiberschreiten, ist heute kein Hindernisgrund mehr fur eine mogliche Verwendung luftgekuhlter Warmeaustauscher.

Die Grenzen fur eine Kiihlung rnit Luft sind iiberall dort gezogen, wo zu kleine Temperaturunterschiede zwischen Umgebungsluft und Produkt eine wirksame Kuhlung von vornherein verhindern. Ebenso wird man vermeiden, mit Wasser zu kiihlen, wenn bei hoheren Temperaturen gekiihlt werden mu&

Kuhlwasserprobleme

Beim Bau neuer Anlagen wird heute bereits beruck- sichtigt, daR der Wasserbedarf des Werkes nach der Fertigstellung zunehmen wird. Die Wasserentnahme aus B r u n n e n bleibt oftmals allein der Trinkwasser- versorgung vorbehalten. LaRt sich daruber hinaus no& das verdunstete Kreislaufwasser der Kiihlturme aus eigenen Brunnen ersetzen, so ist dieses eine wesent- liche Erleichterung fur die Kiihlwasserversorgung.

F 1 u 8 w a s s e r dient in der chemischen GroDindu- strie vor allem zu Kiihlzwecken. Chemische Werke in der Nachbarschaft groRerer Flusse haben somit nicht nur die Vorteile billiger Transportmoglichkeiten, sondern gleichzeitig ein - so konnte man glauben - unerschopfliches Wasserreservoir zur notwendigen Warmeabfuhr bei den Kuhlprozessen. Die Kosten fur eine Kuhlung mit FluDwasser sind vergleichsweise niedrig. Das Wasser wird aus einem Einlaufbedcen an- gesaugt, in einer Filteranlage von Schmutzteilchen be- freit und schlieDlich in die Versorgungsnetze gepumpt.

Nach der Aufwarmung in den Warmeaustauschern flieDt das Wasser wieder in den FluR zuriick. Die Be- triebskosten fur FluDkuhlwasser bestimmen sich somit aus den Amortisationskosten fur Einlaufbecken, Filter- anlage, Wasserversorgungsnetz und Wasserpumpen sowie aus den Wartungs- und Instandsetzungskosten fur die gesamte Wasserversorgungsanlage.

Das Kuhlen mit FluRwasser bringt auch Nachteile mit sich, vor allem durch die standige Verschmutzung der Warmeaustauscher, sei es durch das Absetzen von Fest- stoffteilchen, durch Algenbildung oder durch Stein- ansatze an den Warmeaustauscherrohren. Um Lei- stungsminderungen oder gar Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, muD man die Warmeaustauscher in regelmaaigen Zeitabstanden reinigen. In einzelnen Fallen installiert man die doppelte Anzahl der fur den Betrieb notwendigen Warmeaustauscher, um durch Um- schalten auf Reserveeinheiten mit Sicherheit einen kon- tinuierlichen Betrieb aufrechtzuerhalten.

Zukunftig wird vie1 starker beachtet werden mussen, daR die Aufnahme industrieller Warme die Temperatur von Fliissen und Seen erhoht und dadurch ihren Sauer- stoff-Gehalt verringert. Bei kleineren Gewassern wird durch diese Erscheinung schon heute die Lebensfahig- keit vieler Wassertiere und -pflanzen eingeengt. Ge- setze zur Reinhaltung von Fliissen und Seen und zur Vermeidung hoherer Wassertemperaturen werden mit der Zeit den Verbrauch von FluRwasser fur industrielle Zwecke einschranken?.

Heute schon darf fur Kuhlzwecke entnommenes FluR- wasser in der Bundesrepublik nur bis auf 30°C er- warmt dem Flu8 zuruckgegeben werden3). Da kleinere Flusse, deren Wasser stark zu Kuhlzwecken be- nutzt wird, im Sommer oft Temperaturen von 22 bis 25OC erreichen, ist fur Betriebe, die auf dieses Wasser angewiesen sind, die Gefahr einer Produktionsein- schrankung gegeben. Wenn eine unbeschrankte Was- serentnahme und damit Weiterbetrieb mit vollstandi- ger Leistung noch moglich sind, mussen do& relativ groRe Wassermengen bei entsprechend hoherem Ener- gie-Aufwand durch die Anlage gepumpt werden.

In Kustennahe steht der Industrie fur Kuhlprozesse oftmals nur B r a c k w a s s e r zur Verfugung, ein Ge- misch von Seewasser und SiiDwasser, das haufig durcb 0 1 verschmutzt ist. Abgesehen von der Gefahr ver- starkter Ablagerungen auf der Kuhlwasserseite der Warmeaustauscher erfordert die Kiihlung mit Brack- wasser den Schutz der Kuhler, Rohrleitungen und Pum- pen vor Korrosion. Brack- und seewasserbestandige Kupfer-Legierungen erhohen die Investitionskosten weiter.

Zukunftig werden daher alle Betriebe, die auf Wasser- kuhlung angewiesen sind, zunehmend K u h 1 t u r m e verwenden. Hierbei wird die vom Kiihlwasser aufge- nommene Warme durch Verdunstung wahrend der di- 1-ekten Beruhrung von Wasser und Luft abgegeben. Kuhlwasser, das wahrend des Umlaufs durch Verdun- sten, Verspritzen, Undichtheiten und Abflutung ver- lorengeht, mu8 laufend ersetzt werden. Sind diese Wasserverluste, gemessen in der umlaufenden Was- sermenge auch relativ gering, so bestimmen sie doch wesentlich die Gesamtkosten des Kiihlturmwassers, ZU-

ma1 das zugesetzte Wasser meist einer kostspieligen Aufbereitung unterzogen werden muD.

988 Chemie-Ing.-Techn. 38. Jahrg. 1966 / Heft 9

Kosten des Kiihlturmwassers

Als Beispiel zeigt Tab. 2, wie sich die Kosten von Kuhl- turmwasser fur eine Betriebsanlage zusammensetzen konnen. Hierbei wurden mehrjahrige Erfahrungen in einer chemischen Fabrik Westdeutschlands ausgewer- tet. Die Wasseraufbereitungsanlage fur das Zusatz- wasser ist in den Investitionskosten nicht enthalten. Die Kosten fur das Ersatzwasser bestimmen sich aus den Wasserbeschaffungskosten und den Wasseraufbe- reitungskosten. Bei letzteren sind die fur eine laufende Aufbereitung notwendigen Chemikalien und sonstigen Aufwendungen zu verrechnen, auDerdem die Amorti- sation der Aufbereitungsanlage selbst. Die Kosten fur das Zusatzwasser konnen in den einzelnen Betrieben durch die unterschiedliche Qualitat des zur Verfugung stehenden Wassers stark voneinander abweichen.

Besonders gunstig ist es, wenn das Zusatzwasser aus Brunnen entnommen werden kann. Bei einer ,einfachen Enthartung wird man dabei mit Kosten von 0,lO bis 0,2 DM/m3 rechnen konnen. Wesentlich kostspieliger is1 die Aufbereitung von Flu& oder Kanalwasser. Be- sondere Anforderungen an das Kiihlturmwasser mussen dann gestellt werden, wenn das Produkt in War- meaustauschern aus Edelstahl gekuhlt werden muO. Um den Chlorionen-Anteil zu vermindern und damit Korrosionsgefahren zu vermeiden, wird oftmals voll- entsalztes Zusatzwasser verwendet. Die Kosten hier-

Tabelle 2. Zusammensetzung der Kosten von Kiihlturmwasser fur die Betriebsanlage einer westdeutschen hemkchen Fabrik.

B e d i n g u n g e n :

Wasserdurchsatz: 1000 m3/h

Abkuhlung des Kuhlwassers:

Feuchtlufttemperatur: 1 8 T

von 34 auf 22 OC

Leistungsbedarf: fur lZo kW fur Ventilator 90 k W

Zusatzwassermenge:

Zusatzwasserpreis:

2,5O/o des Umlaufwassers

0,40 DMlrn3

Betriehsstunden im Jahr: 8000

Abschreibungszeit : 10 Jahre

Zinssatz: ?,5"/0

I n v e s t i t i o n s k o s t e n :

Erd- und Betonarbeiten einsdhl. Rudtlaufbedcen : DM 250 000,-

Einhauten, Ventilator, Motor, Getriebe: DM 140 000,-

2 Kuhlwasserpurnpen mit Antriebs- motoren: DM 35000,-

Rohrleitungen, Armaturen, Me5- einrich tungen : DM 40000,-

Transformator, Kabel. elektr. Schaltanlagen: DM 50000,-

Gesamtkosten: DM 5 15 000,-

J a h r i i c h e B e t r i e b s k o s t e n :

Kapitaldienst: DM ?6000,-

Stromkosten fur Ventilator und Pumpen: DM ?9OW,- Zusatzwasserkosten: DM 80000,-

Wartungskosten: DM 5000,-

Gesamtkosten: DM 240 000,-

Kuhlturmwasserkosten: rd. 0,03 DMlm3

fur liegen zwischen 0,30 und 0,60 DM/m3. Fur den besonders ungunstigen Fall einer Wasserentnahme aus stadtischen Versorgungsnetzen betragen die Wasser- kosten 0,50 bis 0,80 DM/m3, maximal sogar 1,- DM/m3. Abgesehen von den sehr stark schwankenden Preisen fur Zusatzwasser ist es schwierig, eine generelle Basis fur die Abschreibungszeiten zu finden. Wahrend z. B. fur Kiihlturmeinbauten unter normalen Betriebsbedin- gungen eine technische Abschreibungszeit von 15 Jah- ren noch angemessen erscheint, mu6 man ihre Lebens- dauer in der aggressiven Atmosphare eines Chemie- betriebes wesentlich kurzer ansetzen. Fur Ventilatoren, Pumpen, Rohrleitungen und Armaturen wird eine rd. siebenjahrige Abschreibungszeit den Betriebsverhalt- nissen ungefahr gerecht. Die steuerlich zulassige Ab- schreibungszeit fur Kuhlturme betragt normalerweise zehn Jahre. Bei der Kurzlebigkeit vieler chemischer Produkte und Produktionsverfahren kann heute fur den Chemieb,etrieb oder fur die Raffinerie eine Ab- schreibungszeit von funf Jahren oder kurzer zugrunde gelegt und auch steuerlich anerkannt werden.

Die Rentabilitatsberechnung fur eine Produktionsan- lage im Chemiebetrieb wird daher auch fur den Kiihl- turm ahnliche Abschreibungszeiten zugrunde legen, zu- ma1 bei einer Stillegung von Produktionsbetrieben eine mogliche Neuverteilung frei gewordener Wasserkapa- zitaten meist nur durch groBere Umbauten moglich ist. Die Kosten von Kiihlturmwasser gemaR Abb. 2 konnen nur Richtwerte sein. Der EinfluB von Kuhlturm- leistung, Amortisationszeit und Zusatzwasserkosten auf die Gesamtkosten ist deutlich zu ersehen. Bei Kuhl- turmeinheiten mit einem Durchsatz von etwa 1000 ms/h, wie man sie in der chemischen Industrie haufiger an- trifft, sind Wasserkosten von rd. 0,03 DM/m3 zu erwar- ten. Bei groaeren Kuhlturmeinheiten von rd. 2000 bis 2500 m3/h Leistung konnen dann die Wasserkosten im Mittel bis auf rd. 0,025 DM/m3 gesenkt werden.

OM m3405 -

404

403

402

qar

- n s

0 42 4L 46 48 I,O 1,2 I,C $5 m3/h 2,0-103 Gw

Abb. 2. Kosten von Kiihlturmwasser als Funktion des Was- serdurchsatzes GW. Feuchtlufttemperatur: 18 'C, Riidckiih- lung um 12 grd auf eine Kaltwassertemperatur von 22OC; Zusatzwassermenge: 2,5O/o des Umlaufwassers, Strompreis: 0,05 DMikWh, Zinssatz: 7,5'!0 jahrlich. Amortisationszeiten: A 5 Jahre, B 10 Jahre; Zusatzwasserkosten: Q 0,2 DMlm3, b 0,4 DM/m3.

Bei der Ermittlung dieser Wasserkosten wurde von einer Ausfuhrung der Kuhlturmeinheiten in Beton- skelett-Bauweise ausgegangen, wobei die Baukosten verschiedener Betriebe der chemischen und der Mine- ralolindustrie eingesetzt wurden. Eine Temperatur am Feuchtthermometer von 18 "C entsprechend einer Luft- temperatur von 25OC bei einer relativen Feuchte von 50°/o wird nur den Verhaltnissen in Nord- und West- deutschland gerecht. Dagegen wird man in Suddeutsch- land mit hoheren Auslegungstemperaturen und damit auch hoheren Kuhlturmwasserkosten zu rechnen haben.

Chernie-1ng.-Techn. 38. Jahrg. 1966 / Heft 9 989

Eine Abkuhlung von 10 bis 12 grd bei einer Tempera- tur des kalten Wassers von etwa 22°C kann als ein ublicher Mittelwert angesehen werden. Da im allgemeinen die Kuhlwasserkosten in den einzelnen Betrie- ben auf Grund jahrelanger Aufzeichnungen bekannt sind, wird bei den folgenden Wirtschaftlichkeitsberech- nungen von festliegenden Wasserkosten ausgegangen.

Anschaffungskosten und Energieverbrauch von wasser- bzw. luftgekuhlten Wlrmeaustauschern

Der Energie-Aufwand fur das w a s s e r g e k u h 1 t e S y s t e m bestimmt sich aus der benotigten Kiihlwas- sermenge und der Druckhohe, mit der das Kiihlwasser an den Abnahmestellen zur Uberwindung der Warme- austauscherverluste zur Verfiigung stehen muD. Da auch die Pumpen,ergien in die Kuhlwasserkosten ein- gehen, sind fur eine vorgegebene Warmeleistung durch die zulassige Wassererwarmung der Verbrauch und damit auch der Energie-Aufwand bestimmt.

Prozeabedingungen und Wasserqualitat schreiben le- diglich vor, daD eine maximale Kuhlwassertemperatur, blei der mit verstarktem Steinansatz an den Austau- scherrohren zu rechnen ist, nicht iiberschritten werden darf. Die tatsachliche Wassererwarmung in den einzelnen Betrieben ist jedoch wesentlich niedriger. Die zulassige Temperatur fur zuruckfliefiendes FluDwasser IaDt oftmals nur Erwarmungen von 5 bis 10 grd zu. Auch bei Verwendung von Kuhlturmwasser ist nur in wenigen Fallen ein vollstandiges Ausnutzen der maximal moglichen Temperaturdifferenz durch genaue Ab- stimmung der Wasserverbraucher mit den Ruckkuhl- werken zu erreichen. Die Konstruktion von wassergekuhlten Warmeaustauschern begrenzt auaerdem viel- fach die Aufwarmung des Kuhlwassers, weil ein zu hoher Kuhlwasserdurchsatz moglich ist. So wird man bestenfalls mit einer mittleren Kuhlwassererwarmung von 10 grd rechnen konnen.

Uber die Anschaffungskosten von wassergekuhlten Warmeaustauschern stehen den Projekt-Ingenieuren im allgemeinen brauchbare Unterlagen zur Verfiigung. Die Kosten in Abb. 3 sind gemittelte Werte, die nur zur Orientierung dienen sollen. Die Anlagekosten be- riicksichtigen bereits den Montageaufwand und die Nebenkosten, die sich vor allem durch die Leitungs- anschlusse zwischen Wasserversorgungsnetz und Kuh- ler ergeben. Um einen besseren Vergleich zwischen den Anlagekosten von Wasserkuhlern und Luftkuhlern

48.106 kral hgrd qs

Y*

23 u*

,! s 42

__

Anlagekosten m Abb. 3. Anlagekosten fur wassergekuhlte Warmeaustauscher. Die Kosten schlieI3en den Aufwand fur Montage und Wasser- anschluD mit ein. (Voraussetzungen: ap = 1000 kcal/mZh grd, aW = 3000 kcallmz h grd, Verschmutzungsfaktor auf der Was- serseite f\, = 0,0002 m' h grd/kcal, Material des Austauschers: Stahl; max. Drudc: 10 at, max. Austauschflacbe: 400 m').

zu ermoglichen, wurde die Warmeleistung in der Ko- stendarstellung auf die wirksame logarithmische Tem- peraturdifferenz bezogen.

Oft ist damit zu rechnen, daa das Kiihlwasser Korro- sion verursacht. Beispielsweise kann Kiihlturmwasser durch die AuDenluft mit Chemikalien angereichert werden oder Sauerstoff-Korrosion verursachen. In diesen Fallen sind zu den normalen Anschaffungskosten zu- satzliche Aufwendungen hinzuzurechnen, die sich z. B. durch die Wahl einer Kupfer-Legierung oder durch das Aufbringen eines Kunststoffiiberzuges ergeben konnen. Die den Anschaffungskosten zugrunde gelegte produktseitige Warmeiibergangszahl erfaBt die bei einer Kondensation von vielen organischen Produkten erreichbaren Werte. Bei der Kuhlung von Fliissigkei- ten entspricht sie Zahigkeitswerten von rd. 0,6 cSt bzw. 0,5 CP im mittl. Geschwindigkeitsbereich. Der angenom- mene Verschmutzungsfaktor f, = 0,0002 m2 h grdikcal wird bei Kuhlturmwasser eingesetzt.

1 eistunasbedarf fcl 35 60 85 110 kW 135

43-10' kcal h grd

2 F

F!

-

42

.. +-

eJ 0)

40.105 45 2,U.lU5 OM 2,570' 0

Anlaoekosten la1 45

25 50 75 100 m2 125 rn Grundflache (b)

Abb. 4. Anlagekosten, Stand vom 1. 1. 1966 ((I), Grundflache (b) und Leistungsbedarf (c) von Luftkuhlern fur horizontale Bauweise. Die Kosten schlieI3en den Aufwand fur Montage und elektrischen AnschluD mit ein. (Voraussetzungen: ap = 1000 kcal/m* hgrd, Material der Rohre und Rohrboden: Stahl: produktseitiger Druck zwischen 0,l und 10 at, maximale produktseitige Temperatur: 250 OC.

Aus Abb. 4 lassen sich die etwaigen Anlagekosten, Kraftbedarf und Grundflachenbedarf 1 u f t g e k u h 1 - t e r W a r m e a u s t a u s c h e r ahlesen, letzterer fur eine horizontale Anordnung der Rippenrohre. Wie bei den wassergekiihlten Warmeaustauschern sind auch die Kosten der Luftkuhler fur eine Ausfiihrung mit Roh- ren aus Stahl ermittelt worden. Mit dem Temperatur- diagramm in Abb. 5 lassen sich aus Abb. 4 die fur einen Kostenvergleich benotigten Werte uberschlagig ermitteln. Auch hier schlieBen die Kosten bereits den Aufwand ein, der durch die Montage und durch den elektrischen AnschluD bedingt ist. Wahrend die Be- rechnung des logarithmischen Temperaturabstandes bei wassergekuhlten Warmeaustauschern auf Grund der produktseitigen Temperaturverhaltnisse und der vorgegebenen zulassigen Wassererwarmung moglich ist, ist eine ahnliche Berechnungsmethode bei der Kiihlung mit Luft nicht gegeben. Der Warmeaustausch hei luftgekuhlten Systemen unterliegt den Gesetzen des Kreuz- stromes, der sich im Falle der Kondensation bei kon- stanter Temperatur zum Einstrom vereinfacht. 1st eine Kuhlung oder Kondensation mi t einer groReren Tem-

990 Chcmie-1ng.-Techn. 38. Jahrg. 1966 I Heft 9

peraturabsenkung auf der Produktseite verbunden, so kann durch eine Kreuz-Gegenstrom-Schaltung oftmals eine Verbesserung des logarithmischen Temperatur- abstandes erreicht werden. Diese Schaltung wird VOI

allem dann angestrebt, wenn die Temperaturen von Produktaustrittsseite und Lufteintrittsseite nahe bei- einanderliegen.

60 50 LO 30 20

A tm m Abb. 5. Logarithmischer Mittelwert des Temperaturunter- schiedes fur die Auslegung von Luftkiihlern. Diese Darstellung gilt fur einseitig gemisrfiten Kreuzstrom unter Zugrundelegung von ap = 1000 kcal/mz h grd und kon- stanter Luftgesrfiwindigkeiten bei Beginn des Warmeaustau- srfies. Die iibrigen GroDen gehen aus dem eingetragenen Temperaturschema hervor.

Uber die Luftaufwarmung wahrend des Warmeaustau- sches, die zur Bestimmung des logarithmischen Tempe- raturabstandes notwendig ist, kann nichts allgemein Gultiges ausgesagt werden. Bei optimaler Auslegung sind bei kleineren Temperaturabstanden zwischen Kuhlluft und Produkt groRe Luftmengen fur eine wirksame Kuhlung zweckma5ig. GroDere Luftmengen erfordern einen hoheren Kraftbedarf fur den Antrieb der Lufter, ermoglichen jedoch damit kleinere Warmeaus- tauschflachen und geringere Anschaffungskosten. Sind die Produkttemperaturen genugend hoch, so daD die Luftaufwarmung keinen allzu bedeutenden EinfluD auf die wirksame logarithmische Temperaturdifferenz hat, so lassen sich die Kuhlluftmenge und damit der Lei- stungsbedarf, der der wirtschaftlichen Arbeitsweise des luftgekuhlten Systems entgegenkommt, reduzieren.

Das Diagramm in Abb. 5 zur Ermittlung des logarithmischen Temperaturabstandes fur luftgekuhlte Warme- austauscher bei einseitig gemischtem Kreuzstrom4) ist fur den Bereich mittlerer produktseitiger Warmeuber- gangszahlen hinreichend genau und berudcsichtigt bereits eine optimale Auslegung.

Aus Abb. 4 geht weiter der maximale Leistungsbedarf der Ventilatoren hervor, der fur die zu installierende Leistung maBgebend ist. Der Leistungsbedarf im Jah- resmitteP1, der die Betriebskosten bestimmt, ist jedoch wesentlich niedriger. Es wurde bereits erwahnt, daR das Kuhlmedium Luft nicht zuletzt deshalb zu Rege- lungszwecken vorteilhaft ist, weil es beliebig hodl er- warmt werden kann. Mit sinkender AuRenlufttempe- ratur laDt sich die Kiihlluftmenge drosseln und An- triebsenergie einsparen. Diese Umwandlung von mog-

licher Kuhlleistung in Encrgie-Ersparnis ergibt eine sehr erwunschte Verringerung der Betriebskosten, s. Abb. 6. Je geringer der Temperaturabstand zwischen der eintretenden Kuhlluft und dem zu kuhlenden Pro- dukt ist, um so groRer sind die Moglichkeiten zur Ein- sparung von Antriebsenergie. Die bei kleinen wirksa- men Temperaturabstanden notwendigen groDen Luft- mengen gelten daher nur bei der Auslegungstempera-

AtmL 47 i q 20 27 33 La ~7 grd 60

loo( I I 1 I , 1 I 1,

46 80

70

60

50 Nm

b

40

10 20 30 LO 50 60 70 grd 90 ($3-tl

Abb. 6. Prozentualer Leistungsbedarf N , in O/o der maxima- len Nennleistung im Jahresmittel als Funktion des Tempera- turabstandes tp--tL. Beispiel eines Kondensators mit d t p=O. Die Darstellung gilt fur Luftauslegungstemperaturen von 25 OC bis 30 ' C , wobei die in Deutschland gemessene Jahreshaufig- keit von Lufttemperaturen? zugrunde gelegt wurde. Instal- lierte Mindestleistung: 20 kW. a automatische Flugelverstellung bei Verwendung von zwei Verstelluftern, konstante Motordrehzahl; b gesteuerte Optimalsrfialtung von zwei Liiftern mit pol- umschaltbaren Antriebsmotoren; c stufenweises Absrfialten von Liiftern bei Verwendung von 2. 4, 6 und 10 Axial-Ventilatoren (vgl. Ziffern an den Kur- ven); die Optimalwerte fur Verwendung mehrerer Liifter lassen sich bei Kondensationsprozessen im allgemeinen nicht erreichen.

tur und konnen schon bei einer geringfugig niedrigeren Lufttemperatur stark reduziert werden. Die Schwan- kungsbreite bei der moglichen Leistungsersparnis er- klart sich aus den verschiedenen Regelungsmoglichkei- ten. So bringen beispielsweise Lufter mit im Lauf ver- stellbaren Flugeln, die in Abhangigkeit von der Tem- peratur gesteuert werden, durch laufende Anpassung der Kuhlluftmenge an die Kuhlkapazitat die groRte Leistungsersparnis. Dagegen ermoglichen polumschalt- bare Motoren nur eine stufenweise Anpassung und damit eine weniger wirtschaftliche Betriebsweise. Luf- terantriebsmotoren rnit nur einer Drehzahl bieten die geringsten Regelungsmoglichkeiten. Selbst wenn in einem luftgekuhlten System mehrere Lufter eingebaut sind, laRt sich durch einfaches Abschalten nur eine sehr unbefriedigende Energie-Erspamis erzie!en,

Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen

Die Betriebskosten fur eine Kuhlung mit Wasser oder rnit Luft lassen sich bei gegebenen Anschaffungskosten und bekannten Wasserpreisen sowie Stromkosten schnell ermitteln. In Tab. 3 wird ein derartiger Betriebs- kostenvergleich fur einen Kondensator aufgestellt, der

Cliemie-Ing.-Techn. 38. Jahrg. 1966 1 H e f t 9 991

einer Destillations-Kolonne nachgeschaltet ist. Bei einer Kondensationstemperatur von 70 "C ist eine Warme- menge von 5 X lo6 kcal/h abzufuhren. Im Falle einer Kuhlung mit Wasser sol1 die Eintrittstemperatur 22 "C betragen und eine Aufwarmung von A t , = 10 grd zu- lassig sein. Bei der Kuhlung mit Luft wird eine Tempe- ratur der angesaugten Umgebungsluft von 25 "C ange- nommen. Bei 8000 jahrlichen Betriebsstunden, Kiihl- wasserkosten von 0,03 DM/m3 und Stromkosten in Hohe von 0,05 DM/kWh ergibt sich fur eine Abschreibungs- zeit von 5 Jahren eine Betriebskostenersparnis von rd. DM 80 000,- pro Jahr zugunsten der Kuhlung rnit Luft.

Tabelle 3. Orientierender Betriebskostenvergleih fur Kuh- lung mit Wasser oder Luft bei einem Kondensator. Betriebs- bedingungen: Warmelei,stung Q = 5 * 10s kcallh bei einer Kondensationstemperatur von tp = 70 'C; Warmeuhergangs- zahl auf der Produktseite ap = 1000 kcal/mehgrd; Ausle- gungstemperatur fur die Luft tL = 2 5 T , zulassige Aufwar- mung des Kuhlwassers A t , = 10 grd. Betriebsstunden jahr- l i d 8000 h ; Kuhlwasserkosten 0,03 DMlm3; Stromkosten 0,05 DM/kWh; Amortisation 5 Jahre, Zinssatz ?.S0/o; Material der Warmeaustausther: Stahl.

Wasser- Investitionskosten kuhlung Luftkuhlung

Warmeaustausther DM 19 000,- DM 109 500,-

Stutzkonstruktion DM 2900,- DM 6500,-

Motoren - DM 10000,-

Montagearbeiten DM 3009,- DM 10000,-

elektr. bzw. wassers. Anschl. DM 2 600,- DM 2 500,-

Gesamtkosten: DM 27 500,- DM 138 500,-

Jahrlime Betriebskosten

Kapitaldienst DM 6800,- DM 3420OZ-

Wartung DM 2800,- DM 1400,-

Energie- bzw. Wasserkosten DM 120 000,- DM 14 400,-

Gesamtkosten: DM 129 600,- DM 50 000,-

Beriicksichtigt man, da5 die Investitionskosten der Warmeaustauscher fur eine Kuhlung mit Luft rd. funf- ma1 so gro5 sind wie fur die eines wassergekuhlten Systems, so ist die hohe Betriebskostenersparnis besonders erstaunli&. Der Vergleich zeigt weiter, daD es bei der Kuhlung mit Luft der Kapitaldienst, bei der Kuhlung rnit Wasser hingegen die Kosten fur die Be- reitstellung des Kuhlwassers sind, welche die Rechnung entscheidend beeinflussen. Bei dem gewahlten Beispiel wird eine Temperatursenkung auf der Produktseite den Kapitaldienst fur das mit Luft gekuhlte System in weit starkerem MaDe ansteigen lassen als dieses fur die wassergekuhlten Warmeaustauscher zutrifft. Ergeben sich bei einer bestimmten Produkttemperatur schlie5- lich die gleichen Betriebskosten fur eine Kuhlung rnit Luft wie mit Wasser, so ist damit zugleich die Wirt- schaftlichkeitsgrenze fur die Benutzung beider Kuhl- systeme festgelegt.

Die jahrlichen Betriebskosten B, [DM] eines wassergekuhlten Systems lassen sich wie folgt darstellen:

B w = f , A w + f , A w f W (la).

Dabei bedeuten A, den Anlagenwert des wassergekuhlten Systems, fl den Faktor fur Kapitaldienst, fz den Faktor fur Wartungsdienst (rd. lP/a vom Anlagen- wert) und W die jahrlichen Kuhlwasserkosten. Bei

einer angenommenen Erwarmung des Kuhlwassers um 10 grd und Wasserkosten in Hohe von 0,03 DM/mS betragen die jahrlichen Kuhlwasserkosten W [DM] :

w = __ . 8000 .0,03 = 0,024 Q 10.103

Damit ergibt sich bei einer funfjahrigen Amortisations- zeit, einem Zinssatz von 7,5Oio und einem anteiligen Wartungsdienst von 10°/o der Anlagekosten:

(1c). BIT = 0,25 A, + 0,l A, + 0,024 Q

Analog erhalt man fur die jahrlichen Betriebskosten des luftgekuhlten Systems:

BL = f1 AL 4- f, A, f S, (24 .

Der mit dem Anlagenwert zu multiplizierende Faktor fur den Wartungsdienst f, kann rnit 0,Ol entsprechend l0/o der Anlagekosten angesetzt werden. Mit SL [DM] sind die jahrlichen Stromkosten fur den Antrieb der Ventilatoren bezeichnet.

Bei Stromkosten von 0,05 DM/kWh erhalt man: S, = 8000 ' 0,05. N,, == 400 N, (2b) I

wenn N, der Leistungsbedarf im Jahresmittel ist. Da- mit wird schlieBlich

B, = 0,25 A, + 0,OI A, 4- 400 N, (2c).

Die Erfullung der Bedingung B, = BL (3)

ist bei der Grenztemperatur gegeben, bei der beide wirtschaftlich gleicbwertig sind.

In Abb. 7 sind die Betriebskosten und der Energie-Auf- wand fur das in Tab. 3 angefuhrte Beispiel bei verschiedenen Kondensationstemperaturen aufgezeichnet. Der Schnittpunkt der Betriebskostenkurven BW und BL wird bei i- 3 8 5 "C gefunden.

Abb. 7. Bestimmung der

!5.1O5 wirtschaftlichen Temperatur- grenze, Daten wie in Tab. 3.

2 1.705 Em jahrl. 2 Betriebskosten & a 91 gekuhlten, 2 45.10' 9 gekuhlten

OM d

j des wasser- c

BI, des mit Luft

Systems ; W jahrl. Kuhl- wasserkosten, sL jghrl. Strom- kosten.

30 LO 50 60 70 60 90°C1' 1 ~ Kondensationstemperatur f p

Abb. 8 zeigt, da5 diese Grenztemperatur uber einen weiten Bereich der abzufuhrenden Warmemenge konstant verlauft. Erst bei Warmeleistungen Q < 600000 kcal/h machen sich fur eine Kuhlung mit Luft die starker anwachsenden Investitionskosten und ein anstei- gender Leistungsbedarf der Ventilatoren durch eine Erhohung der wirtschaftlichen Grenztemperatur be- merkbar.

I I I I I

Cmm Abb. 8. EinfluD der abzufuhrenden Warmemenge auf die wirtschaftliche Temperaturgrenze. Daten wie in Tab. 3.

U

992 Chemie-lng.-Techn. 38. Jahrg. 1966 i Heft 9

Bei der Bestimmung der Grenztemperatur wurden bis- her feste Abschreibungszeiten, Kuhlwasserkosten und Stromkosten zugrunde gelegt. Eine Anderung dieser Faktoren verschiebt zwangslaufig auch die Grenztem- peratur. Da der Kapitaldienst den entscheidenden An- teil an den Betriebskosten des luftgekuhlten Systems ausmacht, wird dessen Wirtschaftlichkeit bei langeren Amortisationszeiten giinstiger. Wesentlich weniger stark ist der EinfluD der Stromkosten bei luftgekuhlten Systemen. Man wird daher bei den weiteren Unter- suchungen keine allzu groDen Fehler machen, wenn man diesen Kostenfaktor nicht variiert, zumal die Stromkosten in den einzelnen Betrieben nicht allzu unterschiedlich sind. Dagegen sind die Kiihlwasser- kosten bei Betriebskostenvergleichen beider Systeme entscheidend.

Wirtsrhaftliche Anwendungsbereirhe der Luft- und Wasserkiihiung

Der Grenztemperaturverlauf als wirtschaftliche Trenn- linie zwischen luftgekiihlten und wassergekiihlten Warmeaustauschern wird in Abb. 9 aufgezeichnet. Hier wurden die Grenztemperaturen fur den Fall des kon- ctanten produktseitigen Temperaturverlaufs durch die Differenz tL) zwischen Produkttemperaturen und Luftauslegungstemperaturen bei verschiedenen Kiihl- wasserpreisen und Amortisationszeiten dargestellt. Dieser Fall tritt besonders haufig bei Rektifikationen auf. Die partielle Kondensation von Mehrstoffgemi-

.. T 15 s

i e 5

I I I I

4015 402 4025 403 OMIm3 4OL Kuhlwasserkosten !lmm

Abb. 9. Grenztemperaturen fur wirtschaftlirhe Kiihlprozezse. Die Darstellung herucksichtigt die in den Abb. 3 bis 6 aufgezeichneten Werte. Stromkosten: 0,05 DMlkWh; Zinssatz 7 , 9 1 0 ; Amortisationszeiten: a 5 Jahre; b 7'le Jahre; c 10 Jahre.

schen sowie die Kuhlung von Fliissigkeiten und Ga- sen ist allerdings stets mit einer Temperaturabsenkung verbunden. Hierfiir laDt sich ein gleichwertiger Kon- densationsprozeR mit konstantem Temperaturverlauf angeben, den man in Abb. 9 durch die zugehorige mittlere logarithmische Temperaturdifferenz d t , ~ beriicksichtigt. Fur erste Planungsaufgaben ist rnit Hilfe der aufgezeichneten Grenztemperaturen eine sofortige Aussage iiber die wirtschaftlichste Kuhlmethode bei einem vorgegebenen ProzeD moglich.

Der fur die Kiihlung mit Luft ungiinstige Fall einer vorgegebenen Abschreibungszeit von 5 Jahren bei Kuhlwasserkosten von 0,02 DMlm3 IaDt ihre Anwen- dung bis zu einer Temperaturdifferenz von rd. 22'C zwischen Kiihllufttemperatur und Produkttemperatur

zweckmaiaig erscheinen. Bei einer in Westdeutschland meist iiblichen Luftauslegungstemperatur von 25 O C

konnten somit Xiihlprozesse bei produktseitigen Tem- peraturen von 47 "C mit Luft wirtschaftlich beherrscht werden. Sollte aus betriebstechnischen und finanziellen Erwagungen heraus eine zehnjahrige Amortisations- zeit dem gesamten Produktionssystem angemessen erscheinen, so kijnnen bei Kiihlwasserpreisen von 0,03 DM/mS Temperaturdifferenzen von 9 bis 10 grd wirtschaftlich sein. Das entspricht z. B. einer Produkttem- peratur tp = 34°C bei tL = 25°C.

MUD das Produkt so tief gekiihlt werden, daD es rnit Luft allein nicht mehr wirtschaftlich ist, so kann eine kombinierte Kiihlung mit Luft und Wasser zweckmanig sein. Die Frage, bei welcher Produkttemperatur die Luftkuhlung durch eine Kiihlung mit Wasser abgelost werden soll, laDt sich in erster Naherung mit Hilfe der Grenztemperaturdiagramme beantworten. Die hier ge- fundene Temperatur kann ungefahr den Ubergang zwischen beiden Kiihlprozessen darstellen. Je nach Kiihl- prozeR und Temperaturverlauf wird man diese Werte no& bis rd. 2 grd unterschreiten konnen.

Die anteiligen Betriebskosten Bw und B, fur kombinierte Luft-Wasser-Kiihlung wurden in Abb. 10 uber dem tp-Q-Diagramm fur die Abkuhlung einer Fliissig- keit den Ubergangstemperaturen zugeordnet, bei der die Kiihlung mit Luft durch eine Kuhlung mit Wasser

Abkiihlung einer organischen Fliissigkeit von 10O'C auf 34OC, abzufiihrende Warmemenge 0=6 .5 - lo6 kcal/h, ap = loo0 kcal/mz h grd; Kiihlwasser- kosten: 0,OZ DM/m3; Amortisations- zeit: 5 Jahre: Zinssatz 7,5'io; Luftauslegungs- temperatur tL =

25 'C; I I , 1 , I , 1 , 1 Kiihlwasser-

5 0 ca 50 60 70 en oc 90 te*peratur rsriivlim Kondensationstemperatur tp tW1 = 22OC; il t),, = 10 grd.

Abb. 10. Kombinierte Kiihlung mit Wasser und Luft. Beispiel fur die Ermittlung der wirtsciiaftlirhen Ubergangstemperatur von Kiihlung mit Luft zur Kiihlung mit Wasser.

abgelost werden kann. Bei der wirtschaftlichsten Uber- gangstemperatur mu6 dieBetriebskostenkurve (Bw+ BL) ein Minimum aufweisen. Diese Temperatur liegt im gewahlten Beispiel hei 44"C, wahrend das Grenztem- peraturdiagramm in Abb. 9 fur die gleichen Kosten- faktoren 46 "C ausweist.

Giiitigkeitsbereich

Bei der Ermittlung der wirtschaftlichen Temperatur- grenze zwischen wassergekiihlten und luftgekiihlten Warmeaustauschern in Anlagen der chemischen und petrochemischen Industrien wurden Warmeaustauscher aus Stahl und eine produktseitige Warmeubergangs- zahl ap = 1000 kcal/m*hgrd zugrunde gelegt.

Chemie-1ng.-Techn. 38. Jahrg. 1966 1 Heft 9 993

Bei den Darstellungen in Abb. 4 und 5 wurden Luft- geschwindigkeit und die Zahl der Rohrreihen in Luft- richtung konstant gehalten, wobei eine statische Pres- sung der Kuhlluft von 15 nim W S als brauchbarer Wert fur eine optimale Lufterauslegung Berucksichti- gung fand. Der weitere Gultigkeitsbereich der Grenz- temperaturkurven in Abb. 9 wurde durch Variieren der produktseitigen W a r m e u b e r g a n g s z a h 1 e n untersucht. Bei einer Warmeubergangszahl ap = 500 kcal/m2hgrd ergibt sich in Abb. 5 eine Verbesserung des d t,,-Wertes fur einseitig gemischten Kreuzstrom urn rd. 10°/o. Die Anlagekosten in Abb. 4 steigen unter Berucksichtigung dieser d t,-Verbesserung im Mittel um rd. 15%. Desgleichen ergibt sich ein um rd. i5Oio hoherer Leistungsbedarf fur die Ventilatoren. Bei einem up = 2200 kcal/mzhgrd verschlechtert sich zwar der mittlere logarithmische Temperaturabstand um rd. 10°/o; Anlagekosten und Leistungsbedarf fur die Ven- tilatoren liegen jedoch um rd. 15°/o niedriger. Die An- derungen in den Grenztemperaturen betragen damit bei einer funfjahrigen Amortisationszeit und Kuhlwas- serkosten von 0,03 DM/m3 fur ein ap = 500 kcal/m2 h grd nur + 1,5 grd, fur ein ap = 2200 kcal/mz h grd nur - 1,5 grd im Mittel, bezogen auf (tp- tL). Bei gleicher Amor- tisationszeit und Kuhlwasserkosten von 0,02 DM/m3 ergeben sich Temperaturanderungen von k 2 grd. Sind langere Abschreibungszeiten gegeben, so wird man Temperaturabweichungen vernachlassigen konnen.

Werden luftgekuhlte Warmeaustauscher aus E d e 1 - s t a h 1 hergestellt, so hangen die Kosten in weit starkerem MaBe als bei der Herstellung aus Stahl von den betrieblichen Gegebenheiten ab. Bei einer Warmeuber- gangszahl up = 1000 kcal/me h grd werden sich die An- lagekosten in Abb. 4 bei gleichem Leistungsbedarf fur die Ventilatoren ungefahr verdoppeln, wahrend die Kosten eines wassergekuhlten Warmeaustauschers ge- gegenuber einer Ausfuhrung aus Stahl das Drei- bis Vierfache betragen. Luftkuhler aus Edelstahl werden daher zwedcmaDigerweise fur hohere Luftgeschwindig-

KURZMITTEILUNGEN

keiten ausgelegt, um durch Verbesserung der luftseiti- gen Warmeubergangszahl und der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz Anlagekosten einzusparen. Diese Einsparung ist meistens so gro5, da5 auch der damit verbundene hohere Leistungsbedarf fur die Ven- tilaforen in Kauf genommen werden kann. Bis zu produktseitigen Drucken von etwa 10 at werden die An- lagekosten diejenigen der in Abb. 4 fur Stahl aufgezeichneten um rd. 60°/o ubersteigen bei einer gleichzei- tigen Erhohung des Leistungsbedarfs fur die Ventilato- ren um rd. 55O/o. Betragen die Kuhlwasserkosten 0,03 DM/mS, so liegen die entsprechenden Grenztemperatu- ren in Abb. 9 bei Amortisationszeiten von 5, T1/2 und 10 Jahren urn 3 grd bzw. 1,5 und 0,5 grd hoher.

Die Ubertragung der Untersuchungsergebnisse auf andere Kuhlprozesse ist nicht ohne weiteres moglich. Will man z.B. bei der Kondensation von Turbinen- abdampf in Kraftwerksanlagen oder bei der Ruckkuh- lung von Wasser in geschlossenen Systemen Luft als Kuhlmittel verwenden, so ergeben sich aus der Auf- gabenstellung andere Uberlegungen, die man bei wirtschaftlichen Vergleichen berudcsichtigen muD. Bessere Warmeubertragungsverhaltnisse auf der Seite des zu kuhlenden Mediums werden allerdings in den meisten Fallen eine weitere Annaherung zwischen Produkttem- peratur und Lufttemperatur zulassen.

Eingegangen am 22. September 1965 [B 21191

Literatur

11 F. Schulenberg, De Ingenieur 32, Nr. 49, 971104 119571. 2, Wasserhaushaltsgesetz vom 27. 7. 1957, insbesondere 8 27,

Abs. 1. 3) Gutachten .Normalanforderungen fur Abwasscrreinigungs-

verfahren, Stand 1964", Bundesanstalt fur Gewasserschutz. 4, VDI-Warmeatlas, Blatt Ca 4, Diisseldorf 1963. 5 ) H. Kassat, Erdol Kohle-Erdgas- Petrochem. 16, 388194

[1963].

Mischorgan zum Vergleichmiilligen laminarer Stromung in engen Rohren

DR.-ING. H. SCHXFER

Farbwerke Hoedhst AG, Werk Bobingen, Bobingen

Beim Transport von flussigen Produkten ergibt sich bei Reynolds-Zahlen unter 3000 ein laminares Stromungs- profil; dabei erreicht die Stromungsgeschwindigkeit in der Mitte des Rohres etwa den doppelten Durch- Kunststoffverarbeitung sehr unerwunscht ist. schnittswert, wahrend sie in einer Randzone allmah- lich bis auf 0 abfallt. Dies fuhrt zu langen Verweilzei-

ten eines groDen Teiles des Flussigkeitsstromes in der Leitung. In der Randzone konnen dann Zersetzungen des erwarmten Produktes auftreten, was z. B. bei der

~~i turbulenter Stromung treten wegen des flacheren Strijmungsprofi~es langere Verweilzeiten nur in be-

Abb. 1 bis 3. Mischorgan zum VergleichmaDigen laminarer Stromungen in engen Rohren (yon etwa 15 mm l.W.)

Abb. 1. Seitenansicht

994

Abb. 2. Schragansicht Abb. 3. Stirn- bzw. Riickansicht

Chemie-lng.-Techn. 38. Jahrg. 1966 i H e f t 9

kühlung mit wasser oder mit luft?

Documents