Professor dr hubert titze, professor dipl ing hans peter wilke (auth ) elemente des apparatebaues grundlagen — bauelemente — apparate springer verlag berlin heidelberg (1992)

H. Titze · H.-P. Wilke

Elemente
desJ\pparatebaues
Grundlagen - Bauelemente - Apparate
Unter Mitarbeit von K. Groß

3., völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage

Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH


Professor Dr. Hubert Titze
Kirchhausener Straße 16
W-7100 Heilbronn

Professor Dipl.-Ing. Hans-Peter Wilke
Naumburger Straße 1
W-6750 Kaiserslautern

Dipl.-Ing. (FH) Klaus Groß

Lothringer Schlag 46
W-6750 Kaiserslautern

ISBN 978-3-642-63475-8
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Titze, Hubert:
Elemente des Apparatebaues: Grundlagen - Bauelemente - Apparate I H. Titze; H.-P. Wilke
3., völlig neubearbeitete und erw. Auf!.

Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona; Budapest:
Springer ,1992
ISBN 978-3-642-63475-8
ISBN 978-3-642-58119-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-58119-9
NE: Wilke, Hans-Peler
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Cl Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1992

Umprünglich erschienen bei Springer-Verlag Ber1in Heidelberg New York 1992
Softcover reprint ofthe hardcover 3rd edition 1992
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der
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benutzt werden dürften.
Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, VDI,
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Einbandentwurf: Klaus Lubina, Schöneiche
Satz: Reproduktionsfertige Vorlage der Autoren
60/3020 - 5 4 3 2 1 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier


Vorwort

Die Herausgabe der 3. Auflage und die Übersetzung in mehrere
Sprachen ist eigentlich Beweis genug für die Notwendigkeit der
Existenz eines Fachbuches für den Apparatebau.
Große Fachbereiche haben sich seit der 1. Auflage völlig verändert. andere sind neu hinzugekommen und einige wenige Teilbereiche haben nach wie vor Gültigkeit.
In der 3. Auflage dieses Fachbuches ging es im wesentlichen um
die gesamte Überarbeitung. Modernisierung und Ergänzung der
Bereiche Werkstoffe. Herstellung. Konstruktion und Prüfung. um
dem konstruierenden Ingenieur und seinen Mitarbeitern. aber auch
Studenten der Verfahrenstechnik und des Apparatebaus nicht nur
prinzipielle Darstellungen und eInige Werkstattzeichnungen zur
Verfügung zu stellen. sondern ihnen mit einer Vielzahl von bewährten Details und deren Zusammensetzung zu ganzen Apparaten bekannt oder erneut vertraut zu machen.
Viele Firmen haben uns dazu ihre eigenen Konstruktionen zur
Verfügung gestellt. damit der Großbereich des Apparatebaues wenigstens in seinen Hauptelementen annähernd abgedeckt werden
kann.
Die I. Auflage aus dem Jahre 1963 sowie die 2. Auflage aus dem
Jahre 1967 haben damit erhebliche Erweiterungen. Z.B. auch bei
den Grundlagen der Konstruktion und den Besonderheiten bei
den Druckbehältern. erfahren.
Es wurde versucht. durch die textliche und zeichnerische Gestaltung eine möglichst enge Zuordnung der Darstellung und des beschreibenden Textes zu erreichen.
Dabei fehlen Hinweise auf nationale und internationale Berechnungs- und Konstruktionsrichtlinien ebenso wenig wie die Auszüge
aus Normen und Werksnormen.
Die Einordnung des Konstruktionsdetails - also der Elemente des
Apparatebaus - zu einem Gesamtapparat nehmen gegenüber den
früheren Auflagen jetzt einen größeren Bereich ein.
Dadurch hat die 3. Auflage an Umfang. Breite und Tiefgang zugenommen. wobei die Anregungen großer deutscher Chemie-Werke


VI

ebenso berücksichtigt wurden, wie diejenigen von Fachfirmen der

Schweißtechnik und der Klassifikationsgesellschaften wie dem
Technischen Überwachungs-Verein.
Diesen Firmen will das Autorenteam ebenso danken, wie den Mitarbeitern an dieser 3. Auflage, Frau Dipl.-Ing. (FH) Margarete
Buckner, Herrn Dipl.-Ing. (FH) Michael Müller, Herrn Dipl.-Ing. (FH)
Markus Zimmermeier und Herrn Dipl.-Ing. (FH) Andreas Hüther.
Der Mitautor, Herr Dipl.-Ing. (FH) Klaus Groß, Assistent im Fachbereich Praktische Verfahrenstechnik und Apparatebau, war unter
anderem verantwortlich für die koordinierenden Arbeiten zwischen
den Mitarbeitern, den Autoren, den Firmen sowie den Institutionen
des Verlages und der Setzerei.
Da auch eine 3. Auflage nicht vollkommen sein kann, bittet das
Autoren- und Milarbeilerteam die Anwender dieses Buches, Anregungen für weitere Auflagen mitzuteilen, wobei auch die sachdienliche Kritik gerne entgegen genommen wird.

Heilbronn/Kaiserslautern, Dezember

1991

Titze/Wilke/Groß


Inhal tsverzeichnis
Einleitung . . .
1.1
1.2
1.3
1.4

Werkstoffe
Schweißverfahren
Behälterberechnung
Konstruktion . . . .

I
I
I
2

A Grundlagen
2

3

Konstruieren als Aufgabe .

3

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

Form
Werkstoff
Bearbeitung
Entwurfsarbeit
Bestlösung .
Konstruktionen im Apparatebau

4

4
4
5
5
7

Vorschriften und Regeln der Technik

8

3.1

3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

3.8

4

Druckbehälter - Verordnung
3.1.1
Begriffe
3.1.2
Prüfgruppen
3.1.3
Prüfung vor Inbetriebnahme

3.1.4
Wiederkehrende Prüfungen
3.1.5
Betrieb
3.1.6
Unfall- und Schadensanzeige
Technische Regeln Druckbehälter (TRB)
AD - Regelwerk (AD)
Dampfkessel - Bestimmungen (TRD)
Weitere technische Regeln
Unfallverhütungs- Vorschriften (UVV) .
Allgemein
Güteüberwachung der Werkstoffe

8
8
Q
Q

10
10
10
10
10
11
12
13
14

15

Werkstoffe

11

4.1

17
20
20

Allgemeines über Werkstoffe
4.1.1
Lieferformen
4.1.2
Eigenschaften der Werkstoffe


VIII

Inhal lsverzeichnis

4.2

4.3

4.4
4.5
4.6

4.7

4.8

4.9

Guß und Stahlwerkstoffe
4.2.1
Gußeisen- Werkstoffe
4.2.1.1
Gußeisen mit Lamellengraphit .
4.2.1.2
Gußeisen mit Kugelgraphit
4.2.1.3
Austenitisches Gußeisen mit LameIlengraphit
4.2.2
Stahlguß
Nichtrostender Stahlguß
4.2.2.1
4.2.2.2
Hitzebeständiger und warmfester Stahlguß .
Baustähle
4.2.3
4.2.3.1
Allgemeine Baustähle
4.2.3.2
Feinkornbaustähle
4.2.4
Stähle für besondere chemische Beanspruchung
4.2.4.1

Ferritische Stähle
4.2.4.2
Austenitische Stähle
4.2.4.3
Martensitische Stähle
4.2.4.4
Austenitisch-ferritische Stähle
4.2.5
Stähle für besondere thermische Beanspruchung
4.2.5.1
Warmfeste Stähle
4.2.5.2
Hochwarmfeste Stähle
4.2.5.3
Hitzebeständige Stähle
4.2.5.4
Stähle für tiefe Temperaturen.
4.2.6
Druckwasserstoff - beständige Stähle
4.2.7
Aushärtende nichtrostendene Stähle
4.2.8
Stähle für Reaktor - Technik
Kupfer und Kupfer - Legierungen
4.3.1
Bronzen
4.3.1.1
Zinn bronzen
Aluminiumbronzen
4.3.1.2

4.3.1.3
Siliziumbronzen
4.3.1.4
Berylliumbronzen
4.3.2
Messing
Kupfer - Nickel
4.3.3
4.3.4
Rotguß
4.3.5
Neusilber
Aluminium und Aluminium - Legierungen
Magnesium und Magnesium - Legierungen
Nickel u. Nickel- Legierungen
4.6.1
Nickellegierungen mit Kup[er
4.6.2
Ni - Legierungen mit Mo. Cr und Co
Zink
Zinn
Blei

24
24
25
25
26
26
27

28
29
29
29
30
31
32
33
33
34
34
34
35
38
39
40
40
41
43
43
43
43

44
44
45
46
46
47

48

49
50
50
51
52
52


Inhaltsverzeichnis

4.10

4.11

4.12

4.13

4.14
4.15
4.16
4.17
4.18

4.19

5

Sondermetalle
4.10.1
Titan
4.10.2
Tantal
4.10.3
Zirkonium
4.10.4
Niob
4.10.5
Molybdän
Edelmetalle .
4.11.1
Gold
4.11.2
Silber
4.11.3
Platin
Keramische Sonderwerkstoffe
4.12.1
Borcarbid
4.12.2
Siliciumnitrid
4.12.3
Siliciumcarbid
Graphit
..... .
4.13.1
Hartkohle . .
4.13.2

Elektrographitierte Kohle
Misch werkstoffe
Glas
Porzellan
Steinzeug - Technische Keramik
Kunststoffe
......... .
4.18.1
Pol yvin ylchlorid (PVC) .
4.18.2
Polymethacrylsäure - methylester (PMMA)
4.18.3
Polytetrafluorethylen (PTFE)
4.18.4
Polyethylen (PE)
4.18.5
Polystyrol (PS)
....
4.18.6
Polyvinylcarbazol (PVK)
Polyamid (PA)
....
4.18.7
4.18.8
Pol ypropylen (PP)
4.18.9
Polyoxymethylen (POM)
4.18.10 Polyurethan (PUR) . . .
Plattierte Werkstoffe . . . . . .
4.19.1

Allgemeines über Plattieren
4.19.1.1
Verfahren zur Herstellung von
plattiertem Blech
4.19.1.2
Art der Verbindung
4.19.1.3
Aufgabe
4.19.1.4
Schichtdicke
4.19.1.5
Aufbau..
4.19.2
Plattierte Stahlbleche

Verbindung und Formgebung
5.1

Guß
5.1.1
5.1.2

Entwurf . .
Bearbeitung

IX

53
53
54

55
56
56
58
58
58
58
59
59
59
60
60
62
62
64
65
67
68
68
75
76
76
76
77
77
77
78
78
78
79

79
79
80
81
81
82
82

.83
83
83
84


X

Inhaltsverzeichnis

5.2

5.3

5.4

5.1.3
Verfahren
Schweißen
....... .
5.2.1
Allgemeines über Schweißen

5.2.1.1
Grundlagen
5.2.1.2
Konstruktion
5.2.1.3
Einflußgrößen
5.2.1.4
Schweißnahtfehler
5.2.2
Schweißverfahren . . . . .
5.2.2.1
Gasschmelzschweißen (G)
5.2.2.2
Lichtbogen Schweißen
5.2.2.3
Schutzgas-Schweißen
5.2.2.4
Strahl schweißen
5.2.2.5
Elektroschlacke-Schweißen
5.2.2.6
Widerstandspreßschweißen
5.2.3
Nahtformen . . . . .
5.2.3.1
Stumpfnähte
5.2.3.2
Kehlnähte
5.2.4
Einflüsse auf die Schweißnaht

5.2.5
Das Schweißen der Werkstoffe
5.2.5.1
Unlegierte und niedrig legierte
Stähle
..... .
5.2.5.2
Hochlegierte Stähle
Gußeisen . . . . .
5.2.5.3
Stahlguß . . . . .
5.2.5.4
Schaeffler - Diagramm
5.2.5.5
Kupfer und Cu - Legierungen
5.2.5.6
Aluminium und AI- Legierungen
5.2.5.7
Nickel- und Ni - Legierungen .
5.2.5.8
Sondermelalle
....
5.2.5.9
Verschweißen ungleicher Stähle
5.2.5.10
5.2.5.11
Kunststoffe
Thermisches Schneiden
5.3.1
Brennschneiden . . .

5.3.2
Pulverbrennschneiden
5.3.3
Plasmaschneiden
5.3.4
Laserschneiden
Löten
5.4.1
Lotarten
Arbeitsablauf einer Lötung
5.4.2
Flußmittel . . . .
5.4.3
Erwärmung
5.'4.4
5.4.5
Arbeitstemperatur
5.4.6
Spaltbreite
Festigkeit der Lötnaht
5.4.7
Berechnung
5.4.8
Konstruktion von Lötverbindungen
5.4.9

84
85
85
85

86
87
88
88
88
89
90
92
94
95
96
98
102
103
104
104
106
108
109
109
111
114
115
117
119
126
127
127
128
128

128
129
129
131
132
132
132
132
133
133
133


Inhaltsverzeichnis

Kleben
Klebstoffe
5.5.1
5.5.2
Klebverfahren
Kleben von Metallen
5.5.3
Dimensionierung der Verklebung
5.5.4
Nieten
..... .
Kaltverformung
... .
5.7.1
Verfestigung

5.7.2
Kritische Verformung
5.7.3
Tiefziehfähigkeit
5.7.4
Abhänigkeit der Verformung
5.7.5
Kaltverformung der Werkstoffe
5.7.5.1
Unlegierter Stahl
5.7.5.2
Legierter Stahl
5.7.5.3
Kupfer
5.7.5.4
Nickel
....
5.7.5.5
Aluminium
5.7.6
Kaltverformung von Blechen

137
137
138
138
139
139
140
140

141
143
144
144
144
145
146
147
147
148

Angriff auf den Werkstoff und Schutz des Werkstoffes

149

6.1

149
149
149
149
150
150
150
150
151
151
152
152
152

153
154
154
155
155
158
158
159
159
160
161
162

5.5

5.6
5.7

6

XI

6.2

Verschleiß
.....
6.1.1
Begriff
6.1.2
Verschleißarten

6.1.2.1
Gleitverschleiß
6.1.2.2
Wälzverschleiß
6.1.2.3
Rollverschleiß
6.1.2.4
Schwingungsverschleiß
6.1.2.5
Abrasiver Verschleiß
6.1.2.6
Erosion...
6.1.2.7
Kavitation
6.1.2.8
Tropfenschlag
Korrosion . .
...... .
6.2.1
Allgemeines über Korrosion
6.2.1.1
Begriff.....
6.2.1.2
Maßangabe der Korrosion
6.2.1.3
Elektrochemische Korrosion
6.2.1.4
Ursachen der Korrosion
6.2.1.5
Spannungspotential

6.2.2
Arten der Korrosion . . . . . . .
6.2.2.1
Interkristalline Korrosion
6.2.2.2
Messerschnitt - Korrosion
6.2.2.3
Kontaktkorrosion
6.2.2.4
Spannungsrißkorrosion
6.2.2.5
Lochkorrosion
6.2.2.6
Schwingungsrißkorrosion


XII

Inhaltsverzeichnis

6.3

6.2.2.7
Spalt korrosion
6.2.2.8
Selektive Korrosion
6.2.2.9
Fremdrost
6.2.2.10
Aufschlagkorrosion

6.2.2.11
Zundern
6.2.2.12
Angriff in Metallschmelzen
Schutz gegen einen chemischen Angriff
6.3.1
Schutz vom Werkstoff ausgehend
6.3.2
Schutz vom angreifenden Medium ausgehend
6.3.3
Schutz durch Oberflächen - Behandlung
6.3.3.1
Metallische Überzüge
Nichtmetallische Überzüge
6.3.3.2
6.3.4
Kathodischer Schutz
6.3.4.1
Schutz durch Anoden
6.3.4.1
Fremdstromverfahren
6.3.5
Schutz durch zweckmäßige Form

163
163
163
164
164
165

165
165
166
167
167
174
181
182
183
183

B Bauelemente
7

Böden und Mantel

185

7.1

185
185
188
189
192
194
196
196
198
198

200
200
202

7.2

Böden
7.1.1
7.1.2
7.1.3
7.1.4
7.1.5
7.1.6
7.1.7
7.1.8
7.1.9
7.1.10
7.1.11
7.1.12
7.1.13
7.1.14
Mäntel
7.2.1
7.2.2
7.2.3

Herstellung von Böden
Technische Regelwerke
Kantenbearbeitung
Klöpperböden

Korbbogenböden
Halbkugelböden
Normal- und flachgewölbte Böden
Flache Böden
Tellerböden
Gewölbte Scheiben
Kegelböden (Konen)
Di ffuseurböden
Böden mit einer oder mehreren
Halsungen
Berechnungsbeispiel
Zylindrische Mäntel mit innerem Überdruck
Zylindrische Mäntel unter äußerem Überdruck
Kegelförmige Mäntel

202
204
212
212
215
216


Inhaltsverzeichnis

8

Eckverbindungen

Q

Tragelemente
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8

10

Füße
Standzargen
Pratzen
Tragsättel
Hebeäsen. Traglaschen
Tragzapfen .
Tragringe
Aufstellen eines Behälters

Flanschverbindungen
10.1
10.2

Blockflansche
Prüfen von Schweißverbindungen an Flanschen auf Dichtheit . . . . . . . . . . . . .

11

Stutzen

12

Dichtungen
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8

13

220
. 222
222
222
224
224
230
230
230
234

.236
252

252

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Stopfbuchsdichtungen
Gleitringdichtungen
Sicherheitsdichtung aufblasbar CU-Boot-Dichtung).
Dichtschweißungen . . . .
Axialwellendichtringe...
Radialwellendichtring...
Runddichtungen CO-Ringe)
Flachdichtungen . . . . .

Schrauben. . . . . . .
13.1
13.2
13.3

XIII

Sechskantschrauben
Dehnschrauben . .
Klammerschrauben
13.3.1
Wulst-Klammerschrauben
13.3.2
Segment-Klammerschrauben

.260
262

266
274
274
276
276
281
281

. 282
282
282
284
284
284


XIV

14

Inhaltsverzeichnis

SchauglAser . .
14.1
14.2

15

Verschlüsse
15.1

15.2
15.3
15.4

16

19

Doppelmantel
Doppelmantel-Warzen
Heizschlangen
Halbrohre . . . . . .

288
290

.302
304
305
305
. 305

.308
308
308
311
311

Armaturen

316

17.1

316
336
343
348
348
348

17.2
17.3
17.4

18

Mannlöcher
Hebel-Verschlüsse für Druckbetrieb und
drucklosen Betrieb. .
Domeinstiege für drucklosen Betrieb
Klapp-Verschlüsse für Druckbetrieb .

Elemente zum Heizen. Kühlen. Verdampfen und
Kondensieren
16.1
16.2
16.3
16.4

11

Lange Schaugläser
Runde Schaugläser

.288

Ventile
17.1.1
Faltenbalgventile .
17.1.2
Auslaufventil mit Schwimmerantrieb
Hähne.
Drehklappen .
Schieber

Rohrleitungen

350

18.1
18.2

352
357
357
357

Kompensatoren für Rohrleitungen
Rohraufhängungen . . . . .

18.2.1
Senkrechte Trassen
18.2.2
Waagrechte Trassen

Bühnen. Treppen. Leitern . . . . . . . . . . . . . . 358


Inhaltsverzeichnis

20

Kolonnen
20.1
20.2
20.3

20.4

20.5
20.6
20.7
20.8
20.9

21

Rohrkolonnen
Schußkolonnen .
Bodenkolonnen

20.3.1
Glockenböden
20.3.1.1
Einteilung der Glockenkonstruklionen
20.3.1.2
Glockenkonstruktionen
Ventilböden
20.3.2
20.3.3
Siebböden .
Bodenrandabdichtungen
20.4.1
Unlösbare Randabdichtungen
20.4.2
Lösbare Randabdichtungen
20.4.2.1
Weichstoff-Abdichtung
20.4.2.2
Metallische-Abdichtung
20.4.2.3
Flüssigkeitsabschluß
Kolonnen mit Packungen
Kolonnen mit Füllkörpern
Auflageböden
Flüssigkeitsverteiler
Tropfenabscheider aus Drahtgestrick (Demister)

XV

. 364

364
367
367
367
372
373
384
384
386
387
389
389
391
395
396
400
404
406
410

Warmeaustauscher mit und ohne Aggregatszustandsanderung

418

21.1
21.2
21.3
21.4
21.5
21.6

21.7

420
426
430
432
434
438
442

21.8

21. 9

Geradrohr- WAT
Pla tten- WA T
Doppelrohr- WAT (auch Doppelmantel-WAT).
Rohrschlangen- WAT
Haarnadel- W A T
Kreuzstrom- W A T (auch Kreuz-Gegenstrom-WAT)
Schwimmkopf-WAT
21.7.1
Schwimmkopf-WAT mit Stopfbuchse am
Schwimmkopf
21.7.2
Schwimmkopf-WAT mit einer Stopfbuchse
im Mantel
Rippenrohr- WA T
21.8.1
Allgemeines über Rippenrohre

21.8.2
Längsberippter Rippenrohr- WAT
21.8.3
Innenberippter Rippenrohr- WA T
21.8.4
Querberippter Rippenrohr- WA T
21.8.5
Gußrippenrohr- WAT
21.8.6
Blechrippenrohr- WA T
21.8.7
Schraubenrippenrohr- WAT
Sonderkons t ruktionen .
21.9.1
Linsen-WAT

446
446
448
448
450
451
451
452
452
452
453
453

XVI

Inhal !sverzeichnis

21.10

21.11
21.12
21.13
21.14

Verdr ängungsrohr -WA T
21.9.2
Glasrohr-WAT
21.9.3
21.9.4
Graphit-WAT
Block-WAT aus Graphit
21.9.5
21.9.6
Ringnut-WAT
Tauch-WAT
21.9.7
21.9.8
Teflon-WAT
21.9.9
Lamellen-WAT
21.9.10
Hohlschnecken-WAT
WAT mit Kompensator

21.9.11
21.9.12
Spiral-WAT
Verdampfer
21.10.1
Rührwerks-Verdampfer
21.10.2
Schräg rohr- Verdampfer
Senkrechtrohr-Verdampfer (mit Zwangs21.10.3
umlauf)
21.10.4
Kestner- Verdampfer IKletterverdampfer
Horizontalrohr- Verdampfer
21.10.5
Robert- Verdampfer
21.10.6
Herbert- Verdampfer
21.10.7
Tauchrohr- Verdampfer
21.10.8
21.10.9
Senkrechtrohr- Verdampfer (mit natürlichem
Umlauf)
21.10.10 Mehrkammer-Verdampfer
21.10.11
Spiral-Verdampfer
Platten- Verdampfer
21.10.12
21.10.13
Lamellen- Verdampfer

21.10.14 Entspannungs-Verdampfer
21.10.15 Verdampfer mit mechanischer Brüdenkompression
21.10.16 Verdampfer mit Dampfstrahlbrüdenkompression
21.10.17
Kletterfilm- Verdampfer
21.10.18
Gleichstrom-Fallfilm- Verdampfer
21.10.19 Gegenstrom-Riesel- Verdampfer
21.10.20 Wendelrohr- Verdampfer
21.10.21
Dünnschicht-Verdampfer (System Sambay)
21.10.22 Smi th- Verdampfer
21.10.23 Horizontaler Sako- Verdampfer
21.10.24 Vertikaler Sako- Verdampfer
21.10.25 Luwa- Verdampfer
21.10.26 Hochviskosmaschine
21.10.27 Centri-Therm- Verdampfer
Verbindung Rohr - Rohrboden .
Verbindung Rohrboden - Flansch - Dichtung
Trenn- und Umlenkbleche
Prallbleche

454
456
458
460
466
468
469
470

472
474
478
480
482
484
486
486
488
488
492
492
494
494
496
496
498
498
498
500
500
502
504
504
506
508
508
510
510
512

514
516
527
536
542


Inhaltsverzeichnis

2l.i5
21.16

22

Gleitelemente
Normenverzeichnis-WAT.

Trockner . .
22.1
22.2
22.3

..

Trocknungsarten
Einteilung der kontinuierlichen Trockner
Trocknerarten
22.3.1
Vibrations- Trockner
22.3.2

Röhren-Trockner
22.3.3
Heiz-Teller-Trockner
22.3.4
Taucheinwalzen-Trockner
22.3.5
Glättwalzen-Trockner
22.3.6
Feinschichtwalzen-Trockner
22.3.7
SprOhzweiwalzen- Trockner
22.3.8
Sumpfzwei:walzen- Trockner
22.3.9
Rillenwalzen- Trockner
22.3.10
Doppelwalzen-Trockner
22.3.11
Drehrohr-Trockner
22.3.12
Drehtrommel-Trockner
22.3.13
Mulden-Trockner
22.3.14
Schnecken- Trockner (System Holoflite).
22.3.15
Schnecken- Trockner
22.3.16
DOnnschicht-Trockner
22.3.17

Vakuum"Band-Trockner
22.3.18
Vakuum-Teller-Trockner.
22.3.19
Zwei walzen- Trockner .
22.3.20 Walzen-Band- Trockner
22.3.21
Schaufel-Trockner
22.3.22
Rieselschacht-Trockner
Gefrier- Trockner
22.3.23
22.3.24 Einwalzen-Trockner
22.3.25 Durchlaufschacht- Trockner
22.3.26 Gleichstrom-Trommel-Trockner
22.3.27
Flug-Band-Trockner
22.3.28
Strom-Trockner
22.3.29 Parry-Trockner
22.3.30 Gegenstrom-Trommel-Trockner
22.3.31
DOsenrohr-Trockner
22.3.32
Spiralstrom-Trockner
22.3.33 Ringstrom-Trockner
22.3.34 Segment-Teller-Trockner
22.3.35 Umluft- Teller-Trockner
22.3.36 Teller-Wirbelschicht-Trockner
22.3.37 Horizontal-Wirbelschicht-Trockner

22.3.38 Kaskaden-Trockner
22.3.39 Hordenschacht-Trockner

XVII

543
.545

546
547
548
550
550
550
552
552
554
554
556
556
558
558
560
560
562
562
564
564
566
568

568
570
570
572
572
576
576
578
578
580
580
582
582
584
584
586
586
588
588
590
590


XVIII

Inhaltsverzeichnis

22.3.40
22.3.41
22.3.42

22.3.43
22.3.44
22.3.45
22.3.46

23

592
592
594
594
596
596
598

ROhrbehalter (ROhrwerke)

600

23.1

602
602
605
606
613
614
615
620
622

635
636

23.2
23.3
23.4
23.5
23.6
23.7
23.8
23.9

24

Zerstäubungs- Trockner
Schwebe-Trockner
Schleuder- Trockner
Mehrkammer- Trockner
Ein-Band-Trockner . .
Wirbelschicht- Vibrations- Trockner
Spiral-Band- Trockner

An triebsarten
23.1.1
Vertikal-Rührwerke
23.1.2
Horizontal-Rührwerke
Rührerarten . . . . . . . . . .
Strömungsverlauf bei verschiedenen Rührerarten .
Aufstellungsarten von Rührbehältern

Stromstörer . . . . .
Sonderkonstruktionen
Konstruktionsbeispiele
Antriebe von Rührern
Rührbehälter nach DIN .

Plattierte. ausgekleidete und emaillierte Konstruktionselemente

640

24.1
24.2
24.3

640
643
646

Literatur

Plattieren
Auskleiden
Emaillieren

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610


A

Grundlagen


1 Einlei tung

Der Apparatebau der chemischen Industrie und der Verfahrenstechnik hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten vorwiegend auf den vier Gebieten
-

Werkstoffe.
Schweißverfahren.
Behälterberechnung.
Konstruktion

wei teren twickelt.

1.1 Werkstoffe
Zur Erhöhung der Festigkeit wurden die Feinkorn-Baustähle geschaffen. die z.T. thermomechanisch umgeformt bzw. mikrolegiert
sind. Gußeisen-Werkstoffe werden mit Kugelgraphit oder als austenitisches Gußeisen mit Lamellengraphit verwendet. Sie sind bis zu
Temperaturen von 350°C brauchbar und besitzen eine ausreichende Sicherheit gegen Sprödbruch. Kunststoffe wie Polyamide
oder Fluorkohlenwasserstoffe erlauben Einsatztemperaturen von
250°C. doch belasten letztere unzulässig die Atmosphäre.

1.2 Schweißverfahren
Fortschritte wurden bei der Verwendung von eisenpulverhaltigen
Elektroden gemacht. Neue Verfahren wie das Laser-Schweißen. das
Elektroschlacke-Schweißen und das MAG-Engspaltschweißen wurden bis zur Betriebsreife bei Wanddicken bis zu 600mm entwickelt.

1.3 Behälterberechnung
Die Dimensionierung der Apparatewände als mehrachsig gebogene Schalen wurde weiter vervollkommnet. Die sichere Berech-

2

I Einleitung

nung von Reaktoren für die Kerntechnik erforderte neue Berechnungsverfahren (ASME VIII), bei denen zwischen Primär- und Sekundärspannungen unterschieden wird. Mit der Methode der Finiten Elemente konnten dickwandige Behälter und Wärmeübertrager
berechnet werden. Die Bruchmechanik erlaubt es, Spannungs- und
Dehnungsverhältnisse im Werkstoff auch bei einem Sprödbruch
ohne wesentliche plastische Verformung zu beurteilen.

1.4 Konstruktion
In der Konstruktion nimmt die Anwendung elektronischer Datenverarbeitungsanlagen EDVA, also computerunterstütztes Entwerfen
(CAD) laufend zu. Es besteht dabei die Möglichkeit direkt vom
"Reißbrett" aus in die Fertigung einzugreifen.
Auch in der Konstruktion geht die Entwicklung dahin, die Vorgänge in den Apparaten in ihre Grundelemente aufzulösen, diese mathematisch mit den Hilfsmitteln der Physik und physikalischen
Chemie aufzuklären und die Ergebnisse in den neuen Geräten zu
verwirklichen.


2 Konstruieren als Aufgabe

Jede Konstruktion ist das Ergebnis einer Auswahl aus vielen einzelnen Gesichtspunkten, deren Wertigkeit jeweils wechselt und deren Forderungen sich häufig widersprechen. Ausgehend von den
Arbeiten zahlreicher Autoren (WÖGERBAUER, KESSELRING, LEYER,
HANSEN u.aJ hat sich hierfür das Gebiet der Konstruktions-Systematik (BINlECK) als außerordentlich hilfreich erwiesen. Wenn auch
alle im einzelnen Fall in Frage kommenden Gesichtspunkte der
praktischen Brauchbarkeit entsprechen müssen, da ja erst der
Betriebseinsatz den Ausschlag gibt. so sind doch drei von ihnen
als die wichtigsten anzusehen: Form, Werkstoff und Fertigung (Bild
2.1). Diese drei Hauptpunkte beeinflussen sich gegenseitig.

Kaltformung
Warmforf!1ung
Korrosion

Bild 2.1: Konstruktions-Systematik

verbindung

Sellweissen
Monlage
Ersa/l


4

2 Konstruieren als Aufgabe

2.1 Form
Man wird in vielen Fällen die Entwurfsarbeit mit der Wahl der
Form beginnen. Für Klimaanlagen zum Beispiel oder für den Transport körniger oder staubförmiger Stoffe erweisen sich drucklose
Rohrleitungen mit rechteckigem Ouerschnitt dann als besonders
günstig, wenn sowohl ihre geraden als auch gewundenen und
verzweigten Züge leicht aus ebenen Blechabwicklungen hergestellt werden können. Anschlüsse an Zyklone und andere Apparate gestalten sich einfach. Sie nützen den Raum besser aus als
runde Rohre.
Mit der Form ergeben sich nach Annahme der auftretenden Kräfte
die inneren Spannungen in den Ouerschnitten. Gleichzeitig ist zu
prüfen, welcher Werkstoff sich am besten eignet oder auf welchen
wegen schwierigerer Verarbeitung oder stofflicher Ungeeignetheit
im Betrieb verzichtet werden muß.

2.2 Werkstoff
Jeder Werkstoff wird gekennzeichnet durch seine technologischen
und physikalischen Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckgrenze,
Kerbschlagzähigkeit, Dauerstandfestigkeit, Verformbarkeit und Verfestigung, Wärmeausdehnungs- und Wärmeleitkoeffizient und spez.
Wärmekapazität, außerdem durch seine Eigenschaften bei mechanischem oder chemischem Angriff (Verschleiß, Korrosion, Lösung).
Die Festigkeitswerte ergeben mit der zugehörigen Sicherheitszahl
die zulässigen Spannungen, denen der Werkstoff unter den angenommenen Bedingungen (Form, Temperatur, Innen- oder Außendruck, Wechseldruck, Beanspruchungsarten usw.) ausgesetzt werden darf. Für die oben erwähnte Blechrohrleitung genügt im allgemeinen unlegiertes Stahlblech, das verzinkt oder lackiert wird.

2.3 Bearbeitung
Nach Wahl des Werkstoffes ist zu entscheiden, welches Fertigungsverfahren das zweckmäßigste und wirtschaftlichste ist. Die
Reihenfolge der Fertigungsstufen und Maschinen zum Schneiden,
Biegen, Nieten (bei dünnen Blechen) oder Schweißen ergibt sich
durch den Werkstoff, für den besprochenen Fall also durch die
Wanddicke des Stahlbleches. Die Blechaußenfläche ist durch einfache Behandlung, z.B. Anstrich, korrosionsfest zu machen. Bei
fehlendem Innendruck reicht die Festigkeit völlig aus, der Verschleiß ist gering. Fertigung und Form hängen eng zusammen.
Aus ebenen Blechtafeln sind im allgemeinen nur zylindrische oder


2.5 Bestlösung

5

konische Formen abwickelbar. also durch Biegen herzustellen.
rotationssymmetrische und unsymmetrische Formen durch Bördeln
und Ziehen. Hierbei ändert sich die im Ausgangsblech gewählte
Wanddicke. was bei der Festlegung der Fertigwanddicke zu berücksichtigen ist. Im Gießverfahren ist man dagegen von der
Wanddicke weitgehend unabhängig und kann. wenn es nötig ist.
dünne Wände mit dicken Rippen versehen. Allerdings ergeben
sich hier verlorene Köpfe und Angüsse. während man bei der

Fertigung aus Blechtafeln versuchen wird. ohne oder mit geringstem Abfall zu zerschneiden und spanlos zu verformen. Gliederungen und Verbindungen. Formgebung. Oberflächengüte und Toleranzen. größte Durchmesser. größte Längen und Gewichte sind so
zu wählen. daß sie Forderungen wirtschaftlicher Erzeugung. der
Transport- und Montagemöglichkeit. der Betriebssicherheit und der
erwarteten Lebensdauer genügen. Hoher Fertigungsgrad der Einzelteile ist beste und billigste Vorleistung für Montage. Dabei
bleibt die Wirtschaftlichkeit (niedrige Kosten für Lohn. Werkstoff.
Bearbeitung. Montage und Betrieb) der wichtigste Gesichtspunkt.

2.4 Enlwurfsarbeit
Im Chemie-Apparatebau beginnt. wenn die Korrosionsbeständigkeit
im Vordergrund steht. der Entwurf mit der Wahl des Werkstoffes.
Viele chemische Verfahren sind erst durchführbar geworden.
nachdem geeignete Werkstoffe gefunden waren und bei gleichbleibender Güte in ausreichender Menge geliefert werden konnten.
Der Konstrukteur kann sich nun die Entwurfsarbeit erleichtern.
wenn er sich die gegenseitige Beziehung der drei Hauptpunkte
vorstellt. Da ein ferligungsreifer Entwurf verlangt wird. sollte er
nicht nur die Werkstoffe und ihre Eigenschaften. sondern vor allem die einzelnen Herstellungs-Verfahren vom Anreißen bis zur
Endrnontage kennen. und zwar aus eigener Tätigkeit. Ausreichende Fertigungserfahrung ist die Grundvoraussetzung für erfolgreiche
Entwurfstätigkeit und Freude am Konstruieren. wenn man von der
selbstverständlichen zeichnerischen Begabung absieht. Für Verbesserungen sind Betriebserfahrungen unumgänglich.

2.5 Bestlösung
Jede Bauaufgabe hat verschiedene brauchbare Lösungen. Es ist
aber danach zu streben. möglichst gute zu erreichen. "Die beste
Lösung" ist immer zeitbedingt. Dies zeigen bei gleicher Aufgabe


6

2 Konstruieren als Aufgabe

die unterschiedlichen Bauweisen der Fahr-. Flug- und Werkzeugmaschinen. Denn alle einzelnen Bedingungen sollen ihrem Wert
entsprechend berücksichtigt werden. Hier muß mancher Kompromiß
eingegangen werden. da z.B. sehr feste Konstruktionen nicht
gleichzeitig sehr leicht sein können. Man will als Ergebnis eine
Maschine oder einen Apparat. der den Anforderungen von Fertigung. Wirtschaftlichkeit und bequemer Bedienung ebenso entspricht wie den neuesten Ergebnissen der Forschung. wenn man
an den Werkstoff oder an den Wirkungsgrad der Umwandlung von
Stoff oder Energie denkt. In jedem Urteil darüber stecken aber
ebenso viel gesicherte. allgemeine Erfahrungen wie persönliche
Ansicht als Ergebnis aus langjähriger Arbeit. aus Erfolgen und
Mißerfolgen. In diesem Sinn will das Buch keine Rezepte oder
blindlings anzuwendende Konstruktionsvorschriften bringen. soweit
von gesetzlich verankerten Werkstoff- und Bauvorschriften und
den erprobten "Regeln der Technik" abgesehen werden kann. Es
versucht vielmehr zu zeigen. welche Wege dem Konstrukteur offenstehen. um eine brauchbare Form zu entwickeln. und welche
Systematik zweckmäßig erscheint. Gesichert allein und mathematisch fundiert ist die Spannungslehre und die Metallkunde der
Werkstoffe. Die Entwicklung der Form wird immer im Fluß bleiben.
Konstruktions-Systematik durch Formvariation hilft. die Lösung zu
erleichtern.
Die Bewertung einer Konstruktion kann wie folgt zusammengefaßt
werden:

I. Das Ergebnis der Konstruktion soll:
-

funktionsgerecht.
herstellungsgerecht.
beschaffungsgerecht (Normen. Standard-Baugruppen).
verbrauchergerecht.
ästhetisch befriedigend.
wirtschaftlich.

werkstoffgerecht sein.

2. Minimalwerte sollen sich ergeben für:
-

Herstellungskosten.
Raumbedarf.
Gewicht.
Energie-Verluste und -Bedarf.
Verschleiß.

3. Optimal sollen sein:
-

Handhabung.
Transportmöglichkeit .
Zerlegbarkeit - Montage (Zugänglichkeit).
Sicherheit bei Benutzung.
Herstellungsverfahren (z.B. automatisch oder CIM).


2.6 Konstruktionen im Apparatebau

7

2.6 Konstruktionen im Appsrstebsu
Der Name "Apparatebau" ist mehrdeutig. Man versteht darunter
einmal den Bau von mechanischen und elektrischen bzw. elektronischen Ger~ten. wie sie die Feinwerktechnik herstellt. also von
elektrotechnischen Apparaten und Meßger~ten. gegebenenfalls sogar von Pr~zisions-Instrumenten. Im vorliegenden Fall handelt es
sich im Gegensatz hierzu um Beh~lter für Gase. Flüssigkeiten und

D~mpfe. das heißt um Kessel. Lager- und Druckbeh~lter. W~rme­
übertrager. Reaktoren usw. samt Rohrleitungen. Es sind Hohlkörper.
die aus gewalzten. gezogenen. gegossenen oder geschmiedeten
Werkstoffen hergestellt werden. In ihnen werden die Stoffe. die
dünnflüssig oder gasförmig. hochviskos oder pulverförmig sein
können. entweder durch mechanische. physikalische und chemische Verfahren ver~ndert oder an den Ort ihrer Verwendung befördert. Man kann den Apparatebau als Mischbauweise bezeichnen. Da in den hier behandelten Apparaten für die verfahrenstechnische Industrie keine einzelnen. begrenzten Fertigprodukte
erzeugt. sondern im allgemeinen Vor- und Zwischenprodukte für
Fertigerzeugnisse geschaffen. umgesetzt und gelagert werden. so
genügen für die Volumenabmessungen die sogen. "Freimaßtoleranzen" (DIN 8570. 1688). Anschlüsse. Dichtungsleisten. Stopfbüchsen.
Gleit- und W~lzlagerstellen oder aus besonderen Gründen sehr
sorgf~ltig zu bearbeitende Innenfl~chen müssen jedoch unter Einhaltung notwendiger Feintoleranzen ausgeführt werden. Das Fertigbearbeiten von Hauptflansch-Verbindungen. fluchtenden Lagerstellen. Sitzen für Rührwerks-Aufbauten oder für besondere Beschickungs- und Entleerungs-Armaturen wird. wo immer ang~ngig.
aus verst~ndlichen Gründen erst nach dem Fertigschweißen der
Apparate durchgeführt. Manche Apparate bedürfen zu ihrer Herstellung oft umfangreicher und unumg~nglicher Lehren. Fertigungsformen und Baugerüste. auch besondere Rüstzeuge für die Montage. Alle diese Gesichtspunkte sind wichtig für Entwurf und Fertigung bis zur Inbetriebnahme.
In den Geb~uden ist ausreichende FI~che bzw. genügend Raum
zum Zerlegen und Ablegen der Teile vorzusehen. Zum Festmachen
der Kranhaken bzw. Seile dienen Lochpratzen an den Teilen.
Krane mit großer Hubkraft und Feineinstellung beim Lastablassen.
die über den Grundriß der Bauten hinausfahren können. erleichtern die Arbeit. Beim Entwurf von Bauwerken (Stahlhochbauten) ist
der Innentransport der Ger~te zu berücksichtigen. Andernfalls wird
es nötig. groß'e Beh~lter mit einem Autokran durch aufgebrochene
Fensteröffnungen zu transportieren.