Emaillierte Apparate können auf verschiedene Weise gekühlt und geheizt werden. Klassischerweise sind sie mit einen Doppelmantel oder eine Halbrohrschlange ausgestattet. Halbrohrschlangen bieten einen definiertes Strömungsbild und erlauben ein hohes Druckniveau im Serviceraum. Dagegen sprechen hohe Kosten, eine geringere Wärmeaustauschfläche und das Risiko von thermischen Spannungsrissen im Unterboden bei hohen thermischen Belastungen. Ebenso resultieren hohe Druckverluste beim Pumpen des Servicemediums und somit höhere Betriebskosten. Gegenteilige Aspekte weist der Doppelmantel auf, der sowohl mit Dampf (ohne Strömungsdüse) als auch mit flüssigen Servicemedien betrieben werden kann. Als historische Lösung zur Erzeugung einer tangentialen Strömung im Doppelmantel wurden spiralförmige Leitbleche auf der Innenseite des Außenmantels angeschweißt. Diese Variante ist jedoch kostenintensiv und Korrosionsschäden führen nach einer gewissen Betriebszeit zum Ausfall der Spiralen innerhalb des Doppelmantels. Gleichzeitig stellt sich ein schlechter Wärmeübergang ein. Durch die relativ großen Toleranzen eines emaillierten Apparates entstehen zudem Spalte zwischen Spirale und Innenkessel, die zu Bypassströmen führen und damit den Wirkungsgrad beinträchtigen (Kurzschlussströme zwischen Manteleingang und  ausgang). Eine moderne, effektive und kostengünstige Lösung stellen Strömungsdüsen für den Betrieb eines Doppelmantels dar.

Der begrenzende Faktor für die zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche ist die Apparatebaugröße. Mit dem THALETEC-PowerBaffle (K018) wird diese Grenze überschritten! Der PowerBaffle vereint die Funktionen eines Stromstörers, eines Temperaturmesssystems und eines Wärmetauschers. Wärmeaustauschflächen können effektiv vergrößert und Prozesszeiten drastisch verkürzt werden! Als weiteres Alleinstellungsmerkmal ist das THALETEC-PowerCoil (K174) zu nennen, das eine verbesserte Halbrohrschlange darstellt. Diese bietet eine größere Wärmeübertragungsfläche, geringere Druckverluste und mehr Sicherheit durch eine verbesserte Schweißnahtqualität.

Aufbau und Funktion einer Strömungsdüse

Zur Erzeugung einer tangentialen Strömung und damit eines effektiven Wärmeübergangs über die gesamte Behälterfläche im Doppelmantel werden Strömungsdüsen eingesetzt. Strömungsdüsen sind Einsätze für den Mantelstutzen, die am Einlauf einen Flansch und am Auslauf eine Verengung des Strömungsquerschnitts aufweisen. Diese Verengung ist im 90° Winkel zum Eintritt angeordnet und erzeugt eine hohe Austrittsgeschwindigkeit sowie ein tangentiales Strömungsbild im Doppelmantel. Strömungsdüsen können für alle flüssigen Betriebsmedien eingesetzt werden.

Abbildung 1 basiert auf einer CFD-Analyse (K164) und zeigt deutlich den Unterschied zwischen einem Doppelmantel mit und ohne Strömungsdüse im Betrieb. Ohne Strömungsdüse bestehen direkte Kurzschlussströmungen zwischen Manteleintritt und -austritt. Bei gleichem Volumenstrom sind deutlich geringere Strömungsgeschwindigkeiten zu beobachten. Die Folge ist ein sehr schlechter Wärmeübergang, da nur ein geringer Teil des Betriebsmediums im Doppelmantel ausgetauscht wird und in den „aktiven Bereichen“ nur sehr geringe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Die zur Verfügung stehende Wärmeübertragungsfläche eines emaillierten Apparates wird nicht effizient genutzt

THALETEC AgiJet 50 und AgiJetflex (K062)

Nennweiten, Anordnung und Anzahl der Mantelstutzen sind für emaillierte Apparate in der DIN 28151 genormt. Passend dazu bietet THALETEC AgiJet 50 Strömungsdüsen (Titelbild) an. Diese werden ausschließlich in der Nennweite DN50 angeboten - passend für alle emaillierten Apparate. Die Düsenmündung aus hochwertigem Stahlguss weist eine hohe Verschleißfestigkeit sowie eine hohe Austrittsgeschwindigkeit auf (Abbildung 2) und erzeugt dadurch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum (also einen hohen Wärmeübergang!). Eine optimierte Geometrie sorgt für einen geringen Druckverlust und ein minimales Kavitationsrisiko. Durch die verwendete Nennweite ist die AgiJet50 Strömungsdüse für alle emaillierten Apparate - auch Fremdfabrikate - geeignet.

Die AgiJetflex bietet zudem die Möglichkeit einer Einstellbarkeit der axialen Länge der Strömungsdüse (Abbildung 3). Diese vereint alle genannten Vorteile plus eine einfache Längenänderung über eine Gewindeverbindung. Eine Anpassbarkeit an die Länge des Mantelstutzens ist möglich, sodass alle bestehenden Apparate leicht nachgerüstet werden können.

Ein effizienter Betrieb eines emaillierten Apparates mit Doppelmantel ist kostengünstig mit der universell einsetzbaren Strömungsdüse AgiJet 50 von THALETEC möglich. Diese vereint einen hohen Verschleißwiderstand bei gleichzeitig hoher Austrittsgeschwindigkeit. Ein hoher Wärmeübergangskoeffizient über die gesamte Wärmeaustauschfläche des Doppelmantels wird realisiert. Haben Sie weiterführende Fragen zur Wärmetechnik und einem energieeffizienten Betrieb Ihres emaillierten Apparates? Kontaktieren Sie uns einfach über process@thaletec.com