Система трубопроводов для теплообменников

Система трубопроводов для теплообменников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к применению теплообменников при транспортировке нестабильных жидкостей.

Трубопроводы для транспорта вязких сред, как, например, плавящиеся при высокой температуре синтетические вещества («hot melts») известны, например, из US 2009/0321975. В нем раскрыта установка, в которой вязкий полимер подается к экструдеру. Полимерные расплавы при этом охлаждаются с помощью теплообменника.

Реактор для непрерывного осуществления реакции полимеризации в имеющих высокую вязкость средах описывается в ЕР 096201 A1. Было обнаружено, что затраты энергии при перемешивании и теплоотводе при высокой вязкости настолько велики, что могут сказываться на химических реакциях во время полимеризации. Отсюда стремление к средствам для отвода реакционного тепла реакции и лимитированному времени перемешивания для однородности. Для этого реактор омывается охлаждающим средством и внутри предусматриваются неподвижные смесительные элементы.

Неподвижные смесительные элементы широко распространены, к чему делается ссылка, например, к раскрытию US 7,841,765 или к WO 2009/000642.

Разумеется, в отводе тепла реакции могут нуждаться не только реакции полимеризации. Также процессы растворения, промежуточное хранение термически разлагаемых полимеров и полимерных растворов нуждаются в активно проводимом температурном менеджменте, чтобы с одной стороны иметь желаемые продукты соответствующего качества, с другой стороны в соответствие с температурой могли надежно осуществляться изложенные выше этапы способа. В последнее время предпринимаются очень большие усилия в том отношении, чтобы в промышленном масштабе могли производиться биоразлагаемые продукты, как например, волокна целлюлозы при получении из прядильного расплава. Прядильные расплавы или расплавы для экструзии могут приготовляться как из природных полимеров (например, целлюлозы и дериватов целлюлозы), так и из биоразлагаемых синтетических материалов, которые получаются с помощью широкого химического изменения биогенных исходных материалов. С другой стороны под обозначением биополимеры живых организмов могут пониматься синтезированные полимеры, которые существуют в форме полисахаридов, протеинов, нуклеиновых кислот. Такие прядильные расплавы могут состоять из смеси биополимера, как например, целлюлозы, растворителя, повышающего растворяющую способность компонента, а также необходимых для процесса добавок (стабилизаторов, кислот, щелочей) и изменяющих свойство продукта добавок. Соответствующее представление такой системы прядильного раствора, состоящего из целлюлозы-аминооксида-воды может заимствоваться из публикации «Structure Formation of Regenerated Cellulose from NMMO-Solution» (Prog. Polym. Sci. (2001) 1473-1524).

Такие полимерные растворы, как правило, имеют выраженное, чувствительное к температуре и вязкости поведение, которому на всех этапах процесса, начиная с приготовления раствора, то есть растворения полимера, при необходимых для производства этапах, как транспортировка, распределение, фильтрование, теплообмен, введение добавок и формирование должно уделяться большое внимание. Публикация «Rheology of Concentrated N-Methylmorpholine-N-Oxide Cellulose Solutions» (Polymer Science, Ser. A Vol 39, No. 9 1997, pp 1033-1040) детально останавливается, в частности, на реологии таких полимерных масс.

US 2009/304890 A1 описывает систему трубопроводов из нескольких теплообменников, которые окружены кожухом для тепловой среды для регулирования температуры. Трубопроводы внутри оборудованы ламелями, чтобы повысить турбулентность. Также могут предусматриваться отражательные перегородки.

US 2009/165994 A1 касается теплообменника с внутренними направляющими тепловую среду структурами, которые предусмотрены как для транспорта тепла, так и для перемешивания.

В US 4,110,521 A1 описывается система трубопроводов для полимеризации акриламидов, которая включает теплообменник и внутренние неподвижные смесители.

US 5,046,548 A показывает теплообменник с расположенной внутри двойной спиралью, которая направляет несущую тепло среду. При необходимости также может предусматриваться располагающийся внутри прямолинейный обратный трубопровод.

WO 2009/122143 A2 касается «Puls-Fluss-Reaktor» (PFR) со встроенными элементами, которые способствуют осциллирующему движению прокачиваемого насосом жидкого материала. В этом документе описываются также средства для нагревания материала, как, например, кожух с горячей водой.

WO 2005/119154 A1 описывает систему для нагревания пульп с высокой плотностью, которые склонны к ламинарному течению с низкой внутренней теплопередачей. Система имеет большое количество отдельных теплообменных блоков, причем каждый теплообменник имеет несколько параллельных внутренних труб.

Публикации патентов US 2009/117218 A1, DE 10 2009/043788 A1, DE 10241276 A1, FR 1,383,810 A и ЕР 1350560 A1 описывают другие теплообменники.

В указанных выше публикациях представляется, что следует учитывать влияние температуры и вязкости на процесс переработки. Соответствующие исследования установили, что переработке с образованием сформированных продуктов, как штапельные волокна, элементарные волокна, фольга, формованные блоки и нетканые материалы, должно уделяться самое большое внимание. Для изготовления качественных, полноценных формованных продуктов должны предъявляться самые высокие требования к качеству полимерного раствора, так как полимерный раствор в процессе формирования подвержен наибольшим нагрузкам.

Наряду с требующимися критериями качества полимерных расплавов, как равномерность в части температуры и вязкости, должно уделяться внимание так же тому, чтобы с одной стороны полимерные растворы перемещались термически однородными и не происходило никакого термически индуцированного разложения полимера (целлюлозы), а также растворителя (аминоксида) в NMMO-процессе при изготовлении формованных продуктов. Известно, что в выше указанных полимерных растворах целлюлозы при известных предпосылках могут происходить автокаталитические реакции разложения, которые могут наступать спонтанно. При подобных реакциях также нужно, чтобы тепло, возникающее при реакции могло отводиться по возможности под контролем.

Полимерные растворы из целлюлозы, аминоксида, воды также имеют свойство, что они могут окрашиваться под воздействием тепла. Это окрашивание может принимать такие размеры, что полимерный раствор может окрашиваться от медовой окраски в начале изготовления, и становиться темно коричневым при транспорте и в итоге черным. Это окрашивание вызывается термической нагрузкой полимера и растворителя. Сильно окрашенный полимерный раствор ведет к тому, что конечный продукт, изготовленный на участках переработки точно также принимает темно коричневую окраску и отсюда не пригоден для коммерческой реализации.

Один транспорт высоковязкого раствора целлюлозы по трубопроводам ведет к тому, что из-за напорного сопротивления трубопровода (от 1 до 5 бар/м) индуцируется теплота трения и передается полимерной массе.

Опять же изготовленные в промышленных масштабах полимерные растворы часто имеют загрязнения, при изготовлении полимерных растворов эти загрязнения, например, набухшие тела, перед переработкой полимерного раствора удаляются с помощью фильтрования. При фильтрации через фильтрующую среду возникает потеря давления, которая индуцирует дополнительную теплоту трения в полимерной массе. Чтобы с приготовленным полимерным раствором попасть на отдельные участки переработки, обычно полимерный раствор распределяется с помощью угольников, тройников, Y-образные элементов, многократного распределителей, вследствие чего это ведет к дальнейшему внесению тепла.

Перемещение или транспортировка имеющих высокую вязкость полимерных растворов с помощью насосов, как, к примеру, шестеренных насосов, экструдеров, червячных насосов, центробежных насосов, канализационных насосов индуцирует дополнительно теплоту трения, которая вносится в чувствительный к вязкости и теплу раствор целлюлозы.

Не только ранее указанные составные части установки могут вносить тепло трения (теряемая мощность аппаратов), но и встроенные смесители, как, к примеру, статические смесители, трубные смесители, и т.д. точно также ведут к образованию рабочего тепла.

Система для транспорта полимерных растворов, начиная с приготовления раствора, через насосы, фильтры, распределительные элементы к приборам, предназначенным для конечной обработки, требует максимально комплексной инвестиционной системы, при которой появляется возможность выведения всех указанных выше источников рабочего тепла на месте возникновения из полимерного раствора, и при которой достигается равномерность в части температуры и вязкости при переработке полимерного раствора при сохранении максимального уровня безопасности.

Цель этого изобретения заключается в предоставлении транспортной системы для переработки высоковязких жидкостей, в частности, полимерных растворов, как растворы целлюлозы, которая имеет необходимую тепловую безопасность, при которой находятся под контролем реакции разложения с экзотермическим и/или эндотермическим тепловым оттенком, а также окрашивание, и с помощью которой может регулироваться однородность в части температуры и вязкости.

Согласно изобретению в распоряжение предоставляется система трубопроводов для теплообменников, которая пригодна для транспорта вязких жидкостей и имеет большое количество отдельных теплообменников в виде элементов трубопроводов, причем, по меньшей мере, 30% длины системы трубопроводов для теплообменников оборудовано теплообменниками. Система позволяет предопределенное контролируемое распределение температуры и/или давления вдоль системы трубопроводов, а также в поперечном сечении трубопроводов, например, с помощью перераспределения жидкости. На равных промежутках системы трубопроводов предусматриваются теплообменники в виде элементов трубопроводов, причем равные промежутки выбираются таким образом, чтобы поддержать предопределенное распределение температуры и/или давления вдоль системы трубопроводов. В теплообменниках предусматриваются средства, поддерживающие определенную температуру, чтобы поддерживать в трубопроводе для теплообменника, транспортирующем вязкую жидкость, предопределенную температуру, а также в качестве опции смесительные элементы, чтобы иметь возможность поддерживать в зависимости от поперечного сечения трубопровода заданное распределение температуры и/или давления в поперечном сечении трубопроводов и таким образом также однородность вязкости.

Трубопроводы для транспорта вязких жидкостей известны. В WO 94/28213 предлагается труба для транспорта вязких масс, а именно, раствор целлюлоза- NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid), в которой в центре трубы или у стенки детали трубопровода согласно там приведенной формуле охлаждается жидкость. Для этого через окружающий трубу охлаждающий кожух направляется охлаждающая среда. Охлаждающая среда отводит тепло возможно происходящих экзотермических реакций от рабочей жидкости и охлаждает наружную область потока жидкости. Вследствие этого возникают сильно отличающиеся разницы температуры между жидкостью в наружной области и в середине трубы, которые негативно сказываются на физических и химических свойствах жидкости.

DE 10024540 описывает элемент трубопровода для жидкости с находящимся внутри охлаждающим элементом в форме концентрической трубы. Также и здесь по причине ламинарного течения вязких жидкостей могут в поперечном сечении образовываться температурные градиенты. Согласно изобретению было найдено, что в зависимости от внутреннего диаметра смесительный элемент, например статический смеситель, может быть необходимым, чтобы - в зависимости от допустимой разницы температуры - поддерживать распределение температуры в поперечном сечении и таким образом постоянство вязкости полимерной массы в трубопроводе.

Дополнительно к устранению температурных градиентов в поперечном сечении теплообменника целью должно быть также достижения постоянной температуры в продольном течении трубопровода для теплообменника. Отсюда в основном вдоль всего-трубопровода для теплообменника предусматриваются предложенные в соответствие с изобретением средства, поддерживающие определенную температуру. «В основном» должно пониматься, что не точно на каждом участке течения должно иметься средство, поддерживающее определенную температуру, возможно шунтирование коротких транспортных участков без средства, поддерживающего определенную температуру, при этом не следует опасаться существенных ограничений качества жидкости и надежности системы. Для местного применения средства, поддерживающего определенную температуру, может привлекаться анализ изменения вязкости и изменения температуры. В частности, колени или другие технические промежуточные элементы, как фильтры, устройства для снижения избыточного давления, насосы, соединительные детали, распределительные устройства для потока, объединительные устройства для потока, элементы для отбора, особенно измерительные приборы, как например, встроенные вискозиметры, расходомеры или напорные резервуары могут быть свободны от предложенных в соответствие с изобретением средств, поддерживающих определенную температуру. Преимущественно соединительные детали применяются со статическими смесителями. Поскольку в этих элементах должно предотвращаться нагревание, внутри или снаружи могут предусматриваться специальные охлаждающие элементы.

Согласно изобретению была определена критическая доля теплообменников (со средствами, поддерживающими определенную температуру) в системе трубопроводов для жидкости с, по меньшей мере, 30% длины, преимущественно, по меньшей мере, 35%, в частности, предпочтительно, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере, 55%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 65%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 75%, по меньшей мере, 80%, или даже, по меньшей мере, 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере, 95% длины системы трубопроводов для теплообменников оборудовано теплообменниками или средствами, поддерживающими определенную температуру. Участком с теплообменником называется такой продольный участок системы трубопроводов, в котором предусмотрено средство, поддерживающее определенную температуру, как, например, трубопроводы для теплоносителя. Таким образом большая часть системы трубопроводов это теплообменник, поэтому этот аспект настоящего изобретения называется системой трубопроводов для теплообменников. Преимущественно на участках, по меньшей мере, каждые 8 м, каждые 7 м, каждые 6 м, каждые 5 м, каждые 4 м или каждые 3 м системе трубопроводов для теплообменников предусматривается теплообменник. На этих участках 8 м, 7 м, 6 м, 5 м, 4 м или 3 м, по меньшей мере, 30% длины, преимущественно, по меньшей мере, 35%, в частности, предпочтительно, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере, 45%, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 55%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 65%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 75%, по меньшей мере, 80% или даже, по меньшей мере, 85%, по меньшей мере, 90%, по меньшей мере, 95% длины участка может быть оборудовано теплообменниками или средствами, поддерживающими определенную температуру.

Предложенная в соответствие с изобретением система во время всего транспорта жидкости от приготовления (например, растворения полимера под давлением и/или под вакуумом, и нагревания прядильного раствора до температуры транспорта, создания разряжения в произвольной последовательности) до конечной переработки (в случае прядильной массы формообразования) должна усреднять температуру и распределение давления.

В смысле надежного ведения процесса является предпочтительным управление удельной мощностью отвода тепла (киловатт на м длины, киловатт на м² внутренней поверхности) частей установки. В качестве показателя с точки зрения техники безопасности наряду с названными выше показателями дальше служит объемная плотность теплового потока жидкости в киловаттах на м³ объема жидкости соответствующей части установки.

Отсюда важно, что при переработке термически чувствительных жидкостей и полимеров соответствующие компоненты установки скомпонованы таким образом, что содержащаяся в них термически чувствительная жидкость соответственно полимер с помощью активно проводимого управления теплом может перемещаться при надежном уровне температуры, а также при надежном распределении температуры по перечному сечению соответствующих частей установки и длине всей системы. Полимерные расплавы и полимерные растворы, как правило, имеют при высоких значениях вязкости структурно-вязкие свойства, поэтому наряду с активно проводимым управление теплом следует уделять внимание высокой однородности полимерного потока, чтобы на всех местах установки соответственно части установки иметь одинаковые температурные профили и профили вязкости. Как изложено выше, при переработке полимерных смесей, состоящих из целлюлозы, воды и аминоксида, начиная с приготовления раствора, до формообразования фрикционное тепло подводится во многих компонентах установки, что ведет к неконтролируемым и нерегулируемым температурным профилям и профилям вязкости и в экстремальном случае к экзотермическим реакциям. Поэтому в жидкости поддерживается определенная температура и осуществляется перераспределение.

Термически нестабильная жидкость, состоящая из целлюлозы/NMMO/воды, разлагается автокаталитически при недостаточной стабилизации уже, начиная с температуры от 120 до 130° С. Под стабилизацией жидкости понимается, что к жидкости уже в ходе приготовления полимерной массы добавляются химические реактивы, которые с одной стороны защищают полимер и с другой стороны растворитель от теплового разложения. Дальнейшее введение стабилизирующих реагентов может осуществляться также в ходе транспортировки полимерной массы по трубопроводу для теплообменника, специально в областях системы теплообменников, в которых также находятся смесительные элементы. Наряду с добавкой стабилизирующих реактивов в систему теплообменников могут добавляться другие изменяющие свойства продукта вещества, которые в статусе добавки могут вести к возможной тепловой окраске. Отсюда предложенная в соответствие с изобретением система теплообменников может очень хорошо компенсировать экзотермически или эндотермически происходящие процессы в общей системе теплообменников. Представляется, что с системой теплообменников наряду с добавкой жидких веществ можно вводить также газообразные вещества. Благодаря предложенной в соответствие с изобретением системе трубопроводов для теплообменников не образуются зоны с перегревом или переохлаждением, которые могут иметь последствия в качестве первичных зон для экзотермической реакции, распространяющейся на всю систему.

В предпочтительных формах осуществления средство, поддерживающее определенную температуру теплообменника, представлено трубопроводом для теплоносителя или кожухом для теплоносителя. Отдельные теплообменники можно охлаждать или нагревать с помощью находящихся внутри средств, поддерживающих определенную температуру, или с помощью наружных средств, поддерживающих определенную температуру. Кожух для средства, с помощью которого поддерживается определенная температура, окружает участок, по меньшей мере, частично, чтобы нагреть или охладить жидкость у стенки трубопровода. Какая возможность поддержания определенной температуры является оптимальной для соответствующей системы может легко рассчитываться специалистом с учетом соотношения поверхности средства, поддерживающего определенную температуру, и возможного дополнительного тепла, возникающего при трении из-за находящегося внутри смесителя и/или средства, поддерживающего определенную температуру. Для жидкости из целлюлозы/NMMO/воды согласно изобретению выявлено, что оптимально применение охлаждаемых снаружи теплообменников до внутреннего диаметра 35 мм, 40 мм, 60 мм или 90 мм, начиная с внутреннего диаметра 135 мм оптимально применение охлаждаемых внутри теплообменников и между 90 мм и 135 мм могут применяться теплообменники с внутренним или наружным охлаждением. В особых формах осуществления система трубопроводов для теплообменников содержит теплообменник со средством, поддерживающим определенную температуру внутри теплообменника, преимущественно при внутреннем диаметре теплообменника, по меньшей мере, 35 мм, по меньшей мере, 40 мм, по меньшей мере, 60 мм или, по меньшей мере, 90 мм. Независимо от этого или дополнительно система трубопроводов-теплообменников может содержать теплообменник со средством, поддерживающим определенную температуру снаружи внутреннего пространства теплообменника, преимущественно кожух для средства, поддерживающего определенную температуру, причем преимущественно внутренний диаметр теплообменника составляет максимально 130 мм.

Предложенная в соответствие с изобретением система трубопроводов для теплообменников может состоять из нескольких участков, в которых применяются имеющие различные размеры теплообменники. В частности, после разветвляющих элементов поток жидкости может разделяться на два или несколько потоков, в которых обычно применяются теплообменники с меньшим внутренним диаметром. Поэтому изобретение относится к системе трубопроводов для теплообменников со ступенчатым внутренним диаметром отдельных теплообменников, который уменьшается по ходу системы трубопроводов.

Преимущественно система трубопроводов для теплообменников имеет, по меньшей мере, 1, 2, 3, 4, 5, 6 или больше разветвляющих элементов.

Ступенчатость внутреннего диаметра отдельных участков или теплообменников предложенной в соответствие с изобретением системы находится преимущественно в определенных рамках. Так внутренний диаметр первого участка системы трубопроводов для теплообменников может составлять по отношению ко второму участку максимально 5:1, преимущественно составлять, по меньшей мере, 10:9, особо предпочтительно от 3:1 до 6:5, в частности, предпочтительно от 2:1 до 4:3. Отдельно это соотношение имеет место в следующих один за другим теплообменниках или участках, в частности, после разветвляющих элементов. В особых формах осуществления в системе могут иметься 1, 2, 3, 4, 5 или 6 или больше подобных различных в части ступенчатости внутренних диаметров.

Преимущественно достаточное тепло, соответственно отнесенная к объему плотность теплового потока (кВт/м³) отводится с помощью отдельных теплообменников для регулирования управления температурой и теплом. По отнесенной к объему плотности теплового потока специалист может легко рассчитать линейную плотность теплового потока (кВт/м) и отнесенную к поверхности плотность теплового потока (кВт/м²). Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметром, по меньшей 250 мм составляет, по меньшей мере, 120 кВт/м³ или больше, преимущественно 263 кВт/м³, в частности, предпочтительно 442 кВт/м³ или 707 кВт/м³, или больше, если должно отводиться также тепло других частей системы, образующей тепло, как насосы или фильтры.

Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметров, по меньшей мере, 180 мм, составляет, по меньшей мере, 40 кВт/м³ или 80 кВт/м³ или больше, преимущественно 111 кВт/м³, в частности, предпочтительно 188 кВт/м³ или 300 кВт/м³, или больше, если также должно отводиться тепло других частей системы, образующей тепло, как насосы или фильтры.

Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметров, по меньшей мере, 140 мм, составляет, по меньшей мере, 30 кВт/м³ или больше, преимущественно 80 кВт/м³ или больше, в частности, предпочтительно 103 кВт/м³ или 164 кВт/м³, или больше, если также должно отводиться тепло других частей системы, создающей тепло, как насосы или фильтры.

Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметров, по меньшей мере, 180 мм, составляет, по меньшей мере, 40 кВт/м³ или 80 кВт/м³ или больше, преимущественно 111 кВт/м³, в частности, предпочтительно 188 кВт/м³ или 300 кВт/м³, или больше, если также должно отводиться тепло других частей системы, образующей тепло, как насосы или фильтры.

Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметров, по меньшей мере, 110 мм, составляет, по меньшей мере, 12 кВт/м³ или больше, преимущественно 22 кВт/м³, в частности, предпочтительно 75 кВт/м³ или 120 кВт/м³, или больше, если также должно отводиться тепло других частей системы, образующей тепло, как насосы или фильтры.

Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметров, по меньшей мере, 90 мм, составляет, по меньшей мере, 10 кВт/м³ или больше, преимущественно 12 кВт/м³, в частности, предпочтительно 18 кВт/м³ или 29 кВт/м³, или больше, если также должно отводиться тепло других частей системы, образующей тепло, как насосы или фильтры.

Преимущественно плотность теплового потока в трубопроводах для жидкости с внутренним диаметров, по меньшей мере, 60 мм, составляет, по меньшей мере, 10 кВт/м³ или больше, преимущественно 11 кВт/м³, в частности, предпочтительно 17 кВт/м³ или 28 кВт/м³, или больше, если также должно отводиться тепло других частей системы, образующей тепло, как насосы или фильтры.

В преимущественных формах осуществления, по меньшей мере, отводимая плотность теплового потока (W1) в кВт/м³ получается из следующей формулы:

W1=0,0051×d2-1,0468×d+63,5,

где d внутренний диаметр теплообменника в мм (сравните фиг. 7, пунктирную линию).

Преимущественно оптимально отводимая плотность теплового потока (W2) в кВт/м³.

W2=0,0102×d2-2,0935×d+127,07 (сравните фиг. 7, сплошную линию). В специальных формах осуществления отводимое тепло может составлять, по меньшей мере, W1, по меньшей мере, половину от W2, по меньшей мере, среднее от W1 и W2, по меньшей мере, ¾ от W2.

Отводимое тепло может управляться с помощью выбора средства, поддерживающего определенную температуру. В случае сред теплоносителей тепло может отводиться с помощью выбора среды и ее температуры. В качестве сред теплоносителя в трубопроводах для теплообменниках может применяться холодная вода, теплая вода, охлаждающий рассол, масло-теплоноситель или другие текучие среды в жидком или газообразной консистенции.

Преимущественно преопределенные разницы температуры составляют в поперечном сечении и/или в продольном направлении системы теплообменников максимально 5°C, когда выбираются соответствующие теплообменники с подходящей длиной, диаметром и поддержанием определенной температуры. Преимущественно преопределенные разницы температуры составляют в поперечном сечении и/или продольном направлении системы теплообменников максимально 4°C, максимально 3°C, максимально 2°C.

Размеры системы трубопроводов для теплообменников могут устанавливаться в зависимости от пожелания и требований со стороны процесса и конструкции. Преимущественно система трубопроводов-теплообменников имеет длину, по меньшей мере, 1 м, преимущественно, по меньшей мере, 2 м, преимущественно, по меньшей мере, 4 м, преимущественно, по меньшей мере, 6 м, преимущественно, по меньшей мере, 8 м, преимущественно, по меньшей мере, 10 м, по меньшей мере 12 м, по меньшей мере 14 м, по меньшей мере 16 м.

Преимущественно система трубопроводов для теплообменников оперативно соединена с насосом для перемещения вязкой среды под давлением, фильтром, компенсационным бачком для давления и объема, регулятором избыточного давления, включенными промежуточным образом компонентами измерительных приборов или комбинации или нечто подобного из них. Система, в частности, во время всей транспортировки жидкости от приготовления до потребления, как здесь описано, должна соответственно осуществлять обслуживание, перераспределение и поддержание определенной температуры, соответственно контроль. Такая система может управляться насосами, фильтрами и/или регуляторами избыточного давления или нечто подобным.

В особо предпочтительных формах осуществления предложенная в соответствие с изобретением система трубопроводов для теплообменников содержит во внутреннем пространстве, по меньшей мере, одного участка трубопровода или теплообменника смесительные элементы. Как уже изложено, предпочтительно при небольших внутренних диаметрах в теплообменнике могут быть предусмотрены внутренние смесительные элементы и наружное охлаждение. Смесительные элементы служат для завихрения потока жидкости, чтобы перевести ламинарное течение в турбулентное и/или чтобы обеспечить обмен жидкости из середины теплообменника с жидкостью, находящейся у наружных областей поперечного сечения. Преимущественно, по меньшей мере, 30% длины, преимущественно, по меньшей мере 35%, в частности, предпочтительно, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере, 45%, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 55%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 65%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 75%, по меньшей мере, 80% или даже, по меньшей мере, 85%, по меньшей мере, 90% системы трубопроводов для теплообменников оборудовано смесителями, в частности, статическими смесительными элементами. На участках с внутренним диаметром меньше 90 мм, преимущественно меньше 130 мм, преимущественно, по меньшей мере, 20% длины, преимущественно, по меньшей мере, 30%, в частности, предпочтительно, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 80% или даже, по меньшей мере, 90%, по меньшей мере, 95% участков или отдельных теплообменников оборудовано смесителями, в частности, статическими смесительными элементами.

Также на участках или отдельных теплообменниках с поддержанием определенной температуры могут предусматриваться смесительные элементы, преимущественно находящиеся внутри элементы, поддерживающие определенную температуру, которые одновременно имеют внутри функцию смешивания. Согласно форме осуществления изобретение относится к системе трубопроводов для теплообменников, которая имеет смесительный элемент в качестве средства, поддерживающего определенную температуру, например, в форме трубопровода для теплоносителя внутри теплообменника. Это может осуществляться, например, с помощью соответственно сформированных спиралей трубопровода для теплоносителя. Преимущественно, чтобы предотвратить тепло, возникающее при трении вследствие потери давления, выбирается меньшая плотность упаковки, как, например, плотность упаковки максимально до 40% внутренней поверхности поперечного сечения, которая занимается средством, поддерживающим определенную температуру, в частности трубопроводами для теплоносителя. На некоторых участках системы теплообменников целенаправленно может быть свободная поверхность поперечного сечения максимально 50%, 65%, 70%, 75%. Преимущественно свободная поверхность поперечного сечения находится между 5 и 80%, в частности, предпочтительно между 10 и 70%, между 15 и 60%, между 20 и 50%, между 25 и 45% или между 30 и 40%.

Изобретение предоставляет также отдельные теплообменники с соответствующей плотностью упаковки для транспорта вязких жидкостей. Предложенная в соответствие с изобретением система трубопроводов для теплообменников состоит преимущественно, по меньшей мере, из одного или нескольких описанных ниже теплообменников.

Предложенный в соответствие с изобретением теплообменник имеет наружный кожух и один или несколько находящихся внутри трубопроводов для теплоносителя. Отличительным для изобретения является, что находящиеся внутри трубопроводы для теплоносителя имеют направляющие области в направление кожуха и спиральные области или трубопроводы для теплоносителя, по меньшей мере, в основном установлены вдоль всей длины теплообменника, в частности, при меньшей плотности упаковки трубопроводов для теплоносителей.

Изобретение предоставляет в распоряжение теплообменник, который создает контролируемые и постоянные условия для транспорта вязких жидкостей. Таким образом, с помощью предложенных в соответствие с изобретением спиральных областей достигается равномерное охлаждение транспортируемой жидкости по поперечному сечению теплообменника. С помощью дополнительной установки областей, в которых трубопроводы для теплоносителей располагаются в направлении кожуха соответственно с помощью низкой плотности упаковки таким образом обеспечивается большая свободная поверхность поперечного сечения, так что течение жидкости через теплообменник нарушается только минимально. Это является критическим, в частности, для вязких жидкостей, так как иначе появляется значительное тепло, возникающее при трении, и потеря давления. Из-за этих нежелательных реакций при термически нестабильных жидкостях, как, например, растворы из целлюлозы и третичного аминоксида, это может привести к взрывам.

В спиральных областях трубопроводы для теплоносителя устанавливаются с помощью одного или нескольких колен, изгибов или петель. В частности, спиральные области обеспечивают, что трубопроводы для теплоносителя могут чередоваться между краевыми областями кожуха теплообменника. Преимущественно трубопроводы для теплоносителя устанавливаются со смещением от центра или оси теплообменника, причем спиральные области одной смены от одной стороны соответственно краевой области к другой - не обязательно могут меняться на противоположные стороны - и возможно снова возвращаться, соответственно могут направляться на другую различную сторону. С помощью этих спиральных областей с одной стороны осуществляется более однородный перевод тепла; и также возможно благодаря этому создание турбулентного течения жидкости, которое дальше способствует перемешиванию и препятствует образованию градиентов вязкости и температурных градиентов. Особое преимущество заключается в том, что с помощью применения трубопроводов для теплоносителя в качестве смесительных элементов в месте возникновения нагревания от трения (потеря энергии вследствие потери давления) этот нагрев может отводиться с помощью сильного давления в трубопроводах и с самого начала предотвращается нагревание изолированных областей жидкости. С помощью этих мероприятий достигается постоянный температурный профиль транспортируемой вязкой жидкости в поперечном сечении теплообменника и устраняются места локального нагревания («hot spots»). Это является решающим преимуществом в имеющих высокую вязкость жидкостях, которые могут создавать значительное противодавление и в результате тепло, возникающее при трении.

Согласно изобретению в трубопроводах для теплоносителя во время работы движется охлаждающее средство. «Трубопроводы для теплоносителя», - однако, такое применение не должно восприниматься с ограничением, также возможно и в других формах осуществление движение носителей тепла или сред, поддерживающих определенную температуру. Средства, поддерживающие определенную температуру, в целом, как и теплоноситель могут служить как для охлаждения, так и для нагревания жидкости, в зависимости от того выше или ниже температура средства, поддерживающего определенную температуру, температуры жидкости. В системе трубопроводов для теплообменников температура средства, поддерживающего определенную температуру может быть отрегулирована так, что определенные участки системы работают в качестве охлаждающих участков, а другие в качестве нагревающих участков.

Под «областями» понимаются здесь, как правило, зоны внутри теплообменника, которые пригодны для транспортирования жидкости, В большинстве случаев при этом речь идет об областях трубопровода. Под «областью трубопровода» здесь понимается участок определенной длины вдоль теплообменника. «Краевые области» это ограниченные области поперечного сечения теплообменника в определенной области трубопровода вблизи наружного кожуха.

Чтобы удержать теплопередачу между теплообменником или системой трубопроводов