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Dokumentenidentifikation DE10128774A1 19.12.2002
Titel Plattenwärmeaustauscher mit anodischem Korrosionsschutz
Anmelder Outokumpu Oy, Espoo, FI
Erfinder Anastasijevic, Nikola, Dr., 63674 Altenstadt, DE;
Schalk, Wolfram, 61267 Neu-Anspach, DE;
Daum, Karl-Heinz, 65205 Wiesbaden, DE;
Laibach, Stefan, Dr., 36419 Geismar, DE
Vertreter Keil & Schaafhausen Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 13.06.2001
DE-Aktenzeichen 10128774
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse F28F 19/00
Zusammenfassung Um einen Plattenwärmetauscher gegen Korrosion durch den Angriff von Schwefelsäure zu schützen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der von Schwefelsäure durchflossene Bereich mindestens eine Metallkathode und eine Bezugselektrode aufweist, dass mindestens die Hälfte der Metallplatten einen elektrischen Kontakt aufweisen, der mit der Anode einer elektrischen Gleichspannungsquelle mit variabler elektrischer Spannung verbunden ist, dass die Metallkathode ebenfalls elektrisch mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist und dass die Gleichspannungsquelle zu einem Potentiostat gehört, der elektrisch mit der Bezugselektrode verbunden ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher mit zahlreichen parallelen Metallplatten, zwischen denen abwechselnd durchströmbare kalte Kammern für Kühlflüssigkeit und durchströmbare heiße Kammern für die zu kühlende heiße Flüssigkeit ausgebildet sind, mit einem die Platten umgebenden Gehäuse mit Zuleitungen und Ableitungen für die Flüssigkeiten, mit einem ersten Verteilkanal für die Zufuhr der heißen Flüssigkeit zu den heißen Kammern, mit einem zweiten Verteilkanal für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit zu den kalten Kammern, und mit einem ersten Sammelkanal für die Ableitung der heißen, gekühlten Flüssigkeit und einem zweiten Sammelkanal für die Ableitung der Kühlflüssigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Plattenwärmeaustauscher dieser Art gegen Korrosion durch den Angriff von Schwefelsäure zu schützen. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass die Metallplatten und das Gehäuse für den Durchfluss von Schwefelsäure als heiße Flüssigkeit und für den Durchfluss von Wasser als Kühlflüssigkeit ausgebildet sind, das der von Schwefelsäure durchflossene Bereich mindestens eine Metallkathode und eine Bezugselektrode aufweist, dass mindestens die Hälfte der Metallplatten einen elektrischen Kontakt aufweisen, der mit der Anode einer elektrischen Gleichspannungsquelle mit variabler elektrischer Spannung verbunden ist, dass die Metallkathode ebenfalls elektrisch mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist und dass die Gleichspannungsquelle zu einem Potentiostat gehört, der elektrisch mit der Bezugselektrode verbunden ist.

Es ist zweckmäßig, wenn eine Metallkathode im ersten Verteilkanal und/oder im ersten Sammelkanal angeordnet ist, wo sie in direkten Kontakt mit der Schwefelsäure kommt. Insbesondere bei großflächigen Metallplatten kann es zweckmäßig sein, eine Metallkathode durch mehrere heiße Kammern gegen die Metallplatten abgedichtet und elektrisch isoliert hindurch zu führen. Damit kommt man in Kontakt mit der in den Kammern strömenden Schwefelsäure.

Die anodisch geschützten Metallplatten, die mit zugehörigen elektrischen Kontakten ausgerüstet sind, können z. B. auch 2 bis 5 elektrische Kontakte pro Platte aufweisen, wenn man die Platten möglichst gleichmäßig in allen Bereichen gegen Korrosion schützen will. Auch das Gehäuse kann einen oder mehrere elektrische Kontakte aufweisen, die mit der variablen Gleichspannungsquelle verbunden sind, um einen anodischen Schutz zu erreichen. Zweckmäßigerweise wird man alle Metallplatten anodisch schützen. Durch den anodischen Schutz erzeugt man auf der von der Schwefelsäure angeströmte Seite eine Metalloxidschicht, die den Korrosionsangriff unterbindet.

Der in erfindungsgemäßer Weise gegen Korrosion geschützte Plattenwärmeaustauscher kann z. B. in Anlagen zur Herstellung von Schwefelsäure eingesetzt werden, wobei Schwefelsäure mit einem H2SO4- Gehalt im Bereich von 90 bis 100 Gew.-% und Temperaturen im Bereich von 140°C bis zum Siedepunkt durch indirekten Wärmeaustausch zu kühlen ist. Die Platten können aus legiertem Stahl bestehen, der neben Eisen insbesondere noch die Legierungskomponenten Chrom, Nickel und Molybdän aufweist.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Plattenwärmeaustauschers werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Plattenwärmeaustauscher in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Variante der Anordnung einer Metallkathode und

Fig. 3 eine Bezugselektrode im Längsschnitt in schematischer Darstellung.

Der Plattenwärmeaustauscher (1) der Fig. 1 weist ein Gehäuse (2) mit einer Zuleitung (3) und einer Ableitung (4) für die zu kühlende heiße Schwefelsäure sowie eine Zuleitung (5) und eine Ableitung (6) für das Kühlwasser auf. Im Gehäuse (2) befinden sich parallele Metallplatten (7), zwischen denen heiße Kammern (8) für den Durchfluss von zu kühlender Schwefelsäure und kalte Kammer (9) für den Durchfluss von Kühlwasser angeordnet sind. Die Säure tritt durch die Zuleitung (3) ein und gelangt zunächst in einen ersten Verteilkanal (10), von wo aus sie durch die heißen Kammern (8) zu einer ersten Sammelleitung (11) fließt und den Austauscher (1) durch die Ableitung (4) verlässt. Das Kühlwasser tritt durch die Zuleitung (5) in den Austauscher (1) ein und wird vom zweiten Verteilkanal (13) in die kalten Kammern (9) geführt, gelangt in den zweiten Sammelkanal (14) und dann zur Ableitung (6).

Eine erste Metallkathode (16) befindet sich im ersten Verteilkanal (10) und ist isoliert durch das Gehäuse (2) hindurchgeführt. In analoger Weise befindet sich eine zweite Metallkathode (17) im ersten Sammelkanal (11). Beide Kathoden (16) und (17) stehen während des Betriebs des Austauschers (1) im Kontakt mit der Schwefelsäure, deren Korrosionsangriff zu stoppen ist. Die Kathoden bestehen im Bereich des Kontakts mit der Schwefelsäure z. B. aus Edelstahl mit hoher Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung, und sie sind außerhalb des Gehäuses (2) durch elektrische Leitungen (18) oder (18a) mit den Minuspolen (19) bzw. (19a) eines Potentiostaten (20) verbunden. Der Potentiostat weist in an sich bekannter Weise eine variable Gleichspannungsquelle auf, deren Pluspol (21) über die elektrische Leitung (22) mit den elektrischen Kontakten (23) der zu schützenden Metallplatten (7) verbunden ist. Auch das Gehäuse (2) weist einen elektrischen Kontakt (23a) auf, um einen anodischen Korrosionsschutz zu erhalten. Abweichend von der Zeichnung kann jeder der zu schützenden Platten (7) mehrere mit dem Pluspol (21) verbundene elektrische Kontakte (23) aufweisen, z. B. 2 bis 5 elektrische Kontakte pro Platte. Es ist zumeist zweckmäßig, die Kontakte (23) an den Rändern der Platten anzuordnen, um eine konstruktiv einfache Realisierung des anodischen Schutzes zu erreichen.

Der Potentiostat (20) weist einen Anschluss (25) für eine elektrische Leitung (26) auf, die zu einer Bezugselektrode (27) führt. Diese Bezugselektrode (27) liefert die Messbasis für den Potentiostat (20), sie kann in an sich bekannter Weise z. B. als Kalomel-Elektrode, als Hg/Hg2SO4-Elektrode oder als Kadmium-Stab gemäß Fig. 3 ausgebildet sein. Der Kadmium-Stab (30) befindet sich, umgeben von einer elektrischen Isolierung (31), in einem Gehäuse (32), welches ein Diaphragma (33) aufweist. Dieses Diaphragma ist für die Schwefelsäure durchlässig, so dass der Kadmium-Stab (30) ständig in die vorbeifließende Schwefelsäure eintaucht. Das sich dabei entwickelnde Potential wird durch die elektrische Leitung (26) zum Potentiostaten (20) gegeben.

Bei großen Metallplatten kann es möglich sein, dass der anodische Schutz im mittleren Bereich der Plattenfläche geringer ist als im Bereich des Plattenrandes. Um auch in diesem Fall den ausreichenden Anodenstrom für den gewünschten Korrosionsschutz zur Verfügung zu stellen, kann es zweckmäßig sein, eine Metallkathode durch den Mittelbereich der Platten (7) zu führen, wie es mit Hilfe Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die Kathode ist als Metallstab (16a) ausgebildet und abgedichtet und elektrisch isoliert durch die Platten (7) hindurchgeführt. Auf diese Weise lässt sich der im korrosionsgefährdeten Plattenbereich notwendige Anodenstrom präzise ermitteln.


Anspruch[de]
  1. 1. Plattenwärmeaustauscher mit zahlreichen parallelen Metallplatten, zwischen denen abwechselnd durchströmbare kalte Kammern für Kühlflüssigkeit und durchströmbare heiße Kammern für die zu kühlende heiße Flüssigkeit ausgebildet sind, mit einem die Platten umgebenden Gehäuse mit Zuleitungen und Ableitungen für die Flüssigkeiten, mit einem ersten Verteilkanal für die Zufuhr der heißen Flüssigkeit zu den heißen Kammern, mit einem zweiten Verteilkanal für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit zu den kalten Kammern, und mit einem ersten Sammelkanal für die Ableitung der heißen, gekühlten Flüssigkeit und einem zweiten Sammelkanal für die Ableitung der Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatten und das Gehäuse für den Durchfluss von Schwefelsäure als heißer Flüssigkeit und für den Durchfluss von Wasser als Kühlflüssigkeit ausgebildet sind, dass der von Schwefelsäure durchflossene Bereich mindestens eine Metallkathode und eine Bezugselektrode aufweist, dass mindestens die Hälfte der Metallplatten einen elektrischen Kontakt aufweisen, der mit der Anode einer elektrischen Gleichspannungsquelle mit variabler elektrischer Spannung verbunden ist, dass die Metallkathode ebenfalls elektrisch mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist und dass die Gleichspannungsquelle zu einem Potentiostat gehört, der elektrisch mit der Bezugselektrode verbunden ist.
  2. 2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallkathode im ersten Verteilkanal angeordnet ist.
  3. 3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallkathode im ersten Sammelkanal angeordnet ist.
  4. 4. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallkathode durch mehrere heiße Kammern gegen die Metallplatten abgedichtet und elektrisch isoliert hindurchgeführt ist.
  5. 5. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Metallplatten 2 bis 5 elektrische Kontakte pro Platte aufweisen.
  6. 6. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens einen elektrischen Kontakt aufweist, der mit der variablen Gleichspannungsquelle verbunden ist.






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