DE10024540A1

DE10024540A1 - Fluidleitungsstück mit Innentemperierung

Info

Publication number: DE10024540A1
Application number: DE10024540A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zikeli; Friedrich Ecker
Original assignee: ZiAG Plant Engineering GmbH
Current assignee: LL Plant Engineering AG
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-01-18
Also published as: PL358362A1; KR100488292B1; US6997249B2; NO20025484L; ATE330047T1; AU6897201A; EA200201200A1; BR0111160A; DE50110157D1; CA2407162A1; WO2001088232A1; EP1282735B1; TWM247759U; KR20030004412A; CN1289724C; MY131221A; CN1429286A; US20040108103A1; EP1282735A1; NO321179B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fluidleitungsstück für ein modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids, wie ein synthetisches Polymer, ein Cellulosederivat oder eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid. Derartige Arbeitsfluide weisen eine temperaturabhängige Viskosität und spontane Zerfallserscheinungen unter stark exothermischer Reaktion auf. Durch das Fluidleitungsstück 1 soll eine Temperatursteuerung des Arbeitsfluids möglich sein. Dies wird dadurch erreicht, dass das Fluidleitungsstück 1 einen kreisringförmigen Querschnitt mit einer Temperierungsvorrichtung 5 an Stelle der Kernströmung aufweist. Dadurch lässt sich erfindungsgemäß die Temperatur des Arbeitsfluids von innen her steuern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidleitungsstück für ein modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids, wie ein syntheti sches Polymer, ein Cellulosederivat oder eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Amin oxid, mit einem Arbeitsfluidleitungsbereich, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist.

Derartige Fluidleitungsstücke sind als einfache Rohrleitungen bekannt und werden her kömmlicherweise bei Spinnanlagen, bei denen das Arbeitsfluid als Formmasse zu Formkörpern versponnen wird, eingesetzt. Durch das Fluidleitungsstück wird das Ar beitsfluid von einem Reaktionsbehälter, in dem es zusammengemischt wird, im Regelfall zu einer Spinndüse transportiert, an der es versponnen wird.

Die dabei verwendeten Arbeitsfluide sind wärmesensitiv und neigen zu einer spontanen exothermen Reaktion, wenn im Fluidleitungsstück eine bestimmte Höchsttemperatur überschritten wird, oder wenn das Arbeitsfluid unterhalb dieser Höchsttemperatur zu lange gelagert wird.

Die bei der vorliegenden Erfindung in Betracht kommenden Arbeitsfluide weisen insge samt eine sehr hohe, temperaturabhängige Viskosität auf. Die Viskosität sinkt mit stei gender Temperatur und erhöhter Scherrate.

Als ein besonders zum Verspinnen geeignetes Arbeitsfluid dient eine Formmasse, die aus einer Spinnlösung, enthaltend Cellulose, Wasser und ein tertiäres Aminoxid, bei spielsweise N-Methylmorpholin N-Oxid (NMMO) sowie Stabilisatoren zur thermischen Stabilisierung der Cellulose und des Lösungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Addi tive wie z. B. Titandioxid, Bariumasulfat, Graphit, Carboxymethylcellulosen, Polyethy lenglycole, Chitin, Chitosan, Alginsäure, Polysaccharide, Farbstoffe, antibakteriell wir kende Chemikalien, Flammschutzmittel enthaltend Phosphor, Halogene oder Stickstoff, Aktivkohle, Russe oder elektrisch leitfähige Russe, Kieselsäure, organische Lösungs mittel als Verdünnungsmittel, etc enthält.

Für den Transport des Arbeitsfluids muss das Fluidleitungsstück einerseits beheizbar sein, damit die Viskosität des Arbeitsfluids sinkt und das Arbeitsfluid mit geringen Ver lusten durch das Fluidleitungsstück gefördert werden kann. Andererseits darf die Tem peratur nicht zu hoch sein, um eine Zersetzung und eine spontane exotherme Reaktion des Arbeitsfluids zu vermeiden. Schließlich soll sich über den vom Arbeitsfluid durch strömten Strömungsquerschnitt des Fluidleitungsstückes ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil ausbilden, um eine Gleichmäßige Durchströmung des Fluidlei tungsstückes sicherzustellen.

In der EP 0 668 941 B1 wird zur Lösung dieser Probleme vorgeschlagen, die Tempera tur in der Rohrmitte und/oder an der Innenwand eines Fluidleitungsstückes gemäß den dort angegebenen Formeln zu steuern. Dazu wird ein Kühlmedium durch einen den Ar beitsfluidleitungsbereich umgebenden Kühlmantel geleitet. Das Kühlmedium leitet die Wärme von eventuell auftretenden exothermen Reaktionen aus dem Arbeitsfluid ab und kühlt den Außenbereich der Fluidströmung.

Das Fluidleitungssystem, wie es in der EP 0 668 941 B1 vorgeschlagen wird, hat jedoch den Nachteil, dass nach wie vor ein schlechter Wirkungsgrad bei der Durchströmung durch das Arbeitsfluid erreicht wird, und dass nur ungenau auf die temperaturabhängi gen Eigenschaften des Arbeitsfluids Einfluss genommen werden kann.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Fluidleitungsstück zu schaf fen, das einen verbesserten Wirkungsgrad bei der Durchströmung des Arbeitsfluids aufweist und das eine direktere Einflussnahme auf die temperaturabhängigen Eigen schaften des Arbeitsfluids ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für ein Fluidleitungsstück der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich einen im wesentlichen ringför migen Strömungsquerschnitt aufweist, und dass in der Mitte des Fluidleitungsstücks an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids eine Temperierungsvorrichtung zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids im Inneren des Fluidleitungsstückes angeordnet ist.

Bei dieser Lösung gibt es somit keine Kernströmung mehr. Die Temperatur des Au ßenfluids kann somit sehr gut über den gesamten Strömungsquerschnitt beeinflusst werden. Die Temperiervorrichtung nimmt die Lage der Kernströmung ein und ermöglicht eine Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids vom Inneren der Strömung aus. Als Folge lassen sich das Arbeitsfluid und damit die temperaturabhängigen Eigenschaften des Arbeitsfluids genauer kontrollieren, die Strömungsverluste lassen sich senken. Es entfällt auch die Notwendigkeit, die Temperatur der Kernströmung zu messen, was nur sehr ungenau und indirekt und mit großem Aufwand möglich ist.

Im Gegensatz zu der in der EP 0 668 941 B1 verfolgten Lösung, bei der nur indirekt ü ber die Kühlung der Außentemperatur eine Beeinflussung der Kerntemperatur stattfin den kann, ist durch die vom Arbeitsfluid umströmte, erfindungsgemäße Temperierungs vorrichtung der innere Bereich des Arbeitsfluids somit direkt in seiner Temperatur beein flussbar.

Durch die Anordnung der Temperiervorrichtung an Stelle der Kernströmung des Ar beitsfluids und den dadurch bedingten ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereich wird auch die Dicke des zu temperierenden Strömungsquerschnitts verringert: Bei dem Ver fahren der EP 0 668 941 A1 entspricht die Dicke der zu temperierenden Schicht, die dem dem Innendurchmesser des Arbeitsfluidleitungsbereichs. Erfindungsgemäß ent spricht die zu temperierende Schichtdicke des Arbeitsfluids nur noch der Wanddicke des ringförmigen Strömungsquerschnitts. Durch die verringerte Schichtdicke verringern sich die Zeitkonstanten für den Wärmeübergang.

Die Temperiervorrichtung kann sowohl zum Kühlen als auch zum Beheizen des Ar beitsfluids dienen, je nachdem, ob die Temperatur der Temperiervorrichtung höher oder niedriger als die Temperatur des Arbeitsfluids ist. Im Fluidleitungsstück kann die Tempe ratur der Temperiervorrichtung auch so gesteuert sein, dass bestimmte Abschnitte der Temperiervorrichtung als Kühlabschnitte und andere Abschnitte als Heizabschnitte wir ken. Als Referenztemperatur des Arbeitsfluids dient dabei die über den Strömungsquer schnitt des Arbeitsfluidleitungsbereichs gemittelte Temperatur des Arbeitsfluids.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Temperierungsvorrichtung als ein koaxial zum Arbeitsfluidleitungsbereich angeordnetes Innenrohr ausgebildet, das von einem Temperierungsfluid durchströmt ist. Durch ein Temperierungsfluid kann bei spielsweise gegenüber einer elektrischen Beheizung ein gleichmäßigerer Wärmeüber gang ohne große örtliche Temperaturunterschiede erreicht werden.

Die Kühlung oder Beheizung des Arbeitsfluids durch das die Temperierungsvorrichtung durchströmende Temperierungsfluid kann im Gegenstrom oder Gleichstrom erfolgen. im Gleichstrom sind die Strömungsrichtungen von Arbeitsfluid und Temperierungsfluid im Wesentlichen gleichgerichtet. Im Gegenstrom sind die Strömungsrichtungen von Ar beitsfluid und Temperierungsfluid im Wesentlichen gegenläufig.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Fluidleitungsstückes kann zusätzlich zur Temperierungsvorrichtung auch ein Temperierungsmantelabschnitt vor gesehen sein, der den Arbeitsfluidleitungsbereich zumindest abschnittsweise umgibt.

Bei dieser Ausgestaltung ist somit eine Temperiervorrichtung vorgesehen, die direkt auf den Innenbereich der Strömung einwirkt, und eine weitere Temperiervorrichtung, die auf den Außenbereich der Strömung einwirkt. Beide Temperiervorrichtungen zusammen weisen eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöhte Fläche für den Wär meübergang auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Temperierungsmantelabschnitt von einem Temperierungsfluid durchströmt sein. Durch ein Temperierungsfluid kann beispielsweise gegenüber einer elektrischen Beheizung ein gleichmäßigerer Wärme übergang ohne große örtliche Temperaturunterschiede erreicht werden.

Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich somit im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich vergrößerte Wärmeübergangsfläche zwischen Arbeitsfluid und Temperie rungsfluid. Die vergrößerte Wärmeübergangsfläche bewirkt einen großen Wärmestrom durch die jeweiligen Mantelflächen. Durch den schnelleren Wärmeübergang kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperierungsfluid und dem Arbeitsfluid verringert werden. Die Temperatur und damit die Viskosität des Arbeitsfluids kann weitaus genau er als bislang im Stand der Technik möglich kontrolliert werden.

Dabei kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Temperierungsfluid im Temperierungsmantelabschnitt eine vom Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung unabhängig gesteuerte Temperatur aufweist. Unabhän gig von der Temperierungsvorrichtung kann der Temperierungsmantelabschnitt zum Kühlen oder Beheizen im Gleich- oder Gegenstrom verwendet werden.

Um den Wärmeübergang zwischen dem Fluidleitungsstück und seiner Umgebung mög lichst gering zu haften, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Arbeitsfluidleitungsabschnitt zumindest abschnittsweise von einer Wär meisolationsschicht umhüllt ist.

Für das Erreichen des erfindungsgemäßen Ziels ist es unter anderem wichtig, dass die Temperierungsvorrichtung vom Arbeitsfluid umspült ist. Dies wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass das Fluidleitungsstück einen Ab standshalter aufweist, der sich von der Temperierungsvorrichtung in das Arbeitsfluid bis zur Innenwandung des Arbeitsfluidleitungsstückes erstreckt. Je nach Anforderungen kann eine beliebige Anzahl von Abstandshaltern in einer jeweils günstigen Anordnung vorgesehen sein. Auch eine separate Beheizung der Abstandhalter ist möglich.

Um die Strömungsverluste bei der Umströmung der Abstandshalter durch das Ar beitsfluid möglichst gering zu halten, können die Abstandshalter einen im Wesentlichen stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen.

Die Wärmeübergangsfläche kann nochmals vergrößert werden, wenn auch der Ab standshalter vom Temperierungsfluid durchströmt ist. Dadurch kann auch direkt auf das Arbeitsfluid eingewirkt werden, das nicht direkt mit der Temperierungsvorrichtung oder dem Temperierungsmantelabschnitt in Kontakt kommt. Gleichzeitig ist durch diese Lö sung eine konstruktiv einfache Möglichkeit der Versorgung der Temperierungsvorrich tung mit Temperierungsfluid möglich.

Bezeichnet man den Innendurchmesser des Fluidleitungsstückes mit D_A und den Au ßendurchmesser der Temperierungsvorrichtung mit D_I, wobei D_A dem Außendurchmes ser und D_I dem Innendurchmesser des ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereichs ent spricht, und bestimmt man einen adäquaten Fluidleitungsdurchmesser D_AD zu √(D_A ² - D_I ²), dann lässt sich ein Oberflächenverhältnis wie folgt definieren: O = (D_I+ D_A)/D_AD. Dieses Oberflächenverhältnis O liegt vorzugsweise zwischen O = 1 bis O = 4, besonders bevorzugt zwischen O = 1 bis O = 1,8.

Das Verhältnis der Durchmesser D_A und D_I kann über ein Arbeitsfluidschichtdicken verhältnis A angegeben werden, welches das Verhältnis der Schichtdicke S = (D_A - D_I)/2 - bei Ausführung mit Temperierungsvorrichtung (ringförmig) - bzw. S = D_A - ohne Tempe riervorrichtung (nur Außenrohr) - zum Außendurchmesser D_A des Arbeitsfluidleitungs bereichs darstellt, A = S/D_AD: Dieses Verhältnis beträgt bevorzugt weniger als 0,5, beson ders bevorzugt weniger als 0,4.

Hinsichtlich der Stabilität und der Fertigung des Fluidleitungsstückes kann es besonders günstig sein, wenn der Abstandshalter an einem in Durchleitungsrichtung des Ar beitsfluids gelegenen Ende des Fluidleitungsstücks angeordnet ist.

Zum Aufbau eines modularen Fluidleitungssystems kann das Fluidleitungsstück an zu mindest einem in Durchströmungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende einen Ver bindungsabschnitt aufweisen, der so ausgestaltet ist, dass das Fluidleitungsstück mit anderen Fluidleitungsstücken verbindbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Temperierungsfluid für die Tem perierungsvorrichtung am Verbindungsabschnitt zugeführt werden. Dazu kann der Ver bindungsabschnitt mindestens eine Temperierungsfluidöffnung aufweisen, durch die das Temperierungsfluid von außerhalb des Fluidleitungsstückes an die Temperierungsvor richtung zuführbar ist.

Bei mehreren hintereinandergeschalteten Fluidleitungsstücken kann eine jeweils sepa rate Versorgung der einzelnen Fluidleitungsstücke mit Temperierungsfluid entfallen, wenn die Temperierungsvorrichtung an zumindest einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenem Ende eine Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung aufweist, die mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung eines weiteren Fluidleitungsstückes nicht verbindbar ist. Bei dieser vorteilhaften Aus gestaltung werden die Temperierungsvorrichtungen hintereinandergeschalteter Fluid leitungsstücke direkt miteinander verbunden. Hierzu können an den jeweiligen Durch trittsöffnungen entsprechend zueinander passende Aufnahmemittel vorgesehen sein.

In bestimmten Fällen kann auch vorgesehen sein, dass an das Fluidleitungsstück ein weiteres Fluidleitungsstück angeschlossen wird, das nicht mit einer erfindungsgemäßen inneren Temperierungsvorrichtung versehen ist. Für diesen Fall kann ein Verschluss mittel vorgesehen sein, das auf die Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid des inneren Heizabschnittes anbringbar ist und durch das die Durchtrittsöffnung dicht ver schließbar ist. Durch das Verschlussmittel wird ein Austreten des Temperierungsfluids in das Arbeitsfluid vermieden. Um an der Stelle des Verschlussmittels die Strömungsver luste möglichst gering zu halten, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vor gesehen sein, dass das Verschlussmittel eine im Wesentlichen stromlinienförmige Au ßenform aufweist. Das Verschlussmittel kann an einem in oder gegen die Durchleitungs richtung des Arbeitsfluids gelegenem Ende der Temperierungsvorrichtung angeordnet sein.

In den oben beschriebenen Ausgestaltungen kann das Fluidleitungsstück jedwede, in der Leitungstechnik gebräuchliche Funktionsform annehmen.

So kann das erfindungsgemäße Fluidleitungsstück als gerades oder beliebig gekrümm tes Rohrleitungsstück ausgebildet sein, das an jedem in Strömungsrichtung des Ar beitsfluids gelegenen Ende jeweils einen Verbindungsabschnitt zum Anschluss zweier weiterer Fluidleitungsstücke aufweist. Durch ein solches Fluidleitungsstück kann das Arbeitsfluid mit genau steuerbaren Temperaturprofil über weite Strecken transportiert werden.

Das Fluidleitungsstück kann aber auch als Verteilerstück mit mindestens drei Verbin dungsabschnitten zum Anschluss weiterer Fluidleitungsstücke ausgestattet sein. Derar tige Verteilerstücke können beispielsweise in Y-Form, in T-Form oder in einer anderen, beliebig dreidimensionalen Form ausgebildet sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Fluidleitungsstück als Endstück mit nur ei nem Verbindungsabschnitt zum Anschluss nur eines weiteren Fluidleitungsstückes aus zugestalten. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise auch die eine Durchtrittsöffnung für das Arbeitsfluid verschlossen.

Das Fluidleitungsstück kann auch als Reduzierstück ausgestaltet sein, dessen einer, vom Arbeitsfluid durchströmter Strömungsquerschnitt an einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende kleiner ist als am im Durchleitungsrichtung entgegen gesetzten Ende. Ein solches Reduzierstück kann verwendet werden, um Übergänge zwischen verschiedenen Fluidleitungssystemen zu schaffen.

Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Fluidleitungsstück einen eingebauten Mischreaktor zur Behandlung des Arbeitsfluids und zur Einflußnahme auf die Polymercharakteristik aufweisen. Auch kann das Fluidleitungsstück einen oder meh rere Fluidfiltergruppen zur Filterung des Arbeitsfluids aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf die spezielle Art des Temperierungsfluids beschränkt. So können als Temperierungsfluid Flüssigkeiten und Gase verwendet werden.

Als Werkstoff für die Temperierungsvorrichtung, den Arbeitsfluidleitungsabschnitt oder den Temperierungsmantelabschnitt kann jeglicher, mit Bezug auf das Arbeitsfluid korro sionsbeständiger und hinsichtlich der möglichen exothermen Reaktionen druckbeständi ger Werkstoff verwendet werden. Ein möglicher Werkstoff ist dabei Stahl oder Edelstahl oder verchromter Stahl oder Edelstahl. Um die Haftung und Reibung des Arbeitsfluids an den Wandungen zu minimieren, können die Außenwandung der Temperierungsvor richtung oder die Innenwandung des Arbeitsfluidsleitungsbereichs besonders glatt bear beitet oder mit einer reibungsminimierenden Beschichtung versehen sein.

Die Erfindung betrifft außerdem ein modulares Fluidleitungssystem, das aus mindestens zwei in Reihe schaltbaren Fluidleitungsstücken nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aufgebaut ist. Das Fluidleitungssystem kann des Weiteren ein Regel- oder Absperrorgan aufweisen, das der Steuerung des Arbeitsfluids dient. Das Regel- oder Absperrorgan kann über die Temperierungsfluidversorgungssystem angespeist sein.

Zum Nachrüsten bestehender Fluidleitungssysteme oder zum Einbau in herkömmliche Fluidleitungsrohre kann die Temperierungsvorrichtung als ein separates Teil aufgebaut sein, an dem ein herkömmliches Fluidleitungsstück oder ein übliches Leitungsrohr be festigt werden kann. Dazu weist die Temperierungsvorrichtung ein Verbindungsmittel auf, das mit einem Verbindungsmittel eines weiteren Temperierungsmoduls oder eines weiteren Fluidleitungsstücks verbindbar ist und an dem gleichzeitig das Fluidlei tungsstück dicht befestigbar ist. Die Temperiervorrichtung nimmt die Stelle der Kern strömung im Fluidleitungsrohr ein, so dass sich ein im wesentlichen ringförmiger, dünn schichtartiger Strömungsquerschnitt zwischen Temperiervorrichtung und nachgerüste tem Fluidleitungsrohr ausbildet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fluidleitungsstückes in einem Längs schnitt;

Fig. 2 das Fluidleitungsstück der Fig. 1 im Querschnitt und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fluidleitungsstückes.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidleitungsstü ckes 1 in einem Längsschnitt entlang einer Mittellinie M des Fluidleitungsstückes M. Das Fluidleitungsstück 1 ist im Wesentlichen rohrförmig aufgebaut und rotationssymmetrisch um die Mittelachse M. Das Fluidleitungsstück der Fig. 1 ist speziell für die Durchleitung einer Spinnlösung, enthaltend Wasser, Cellulose und tertiäres Aminoxid, als Arbeitsfluid ausgestaltet. Das Arbeitsfluid wird durch einen Arbeitsfluidleitungsbereich 2 mit ringför migem Strömungsquerschnitt geleitet. Der Arbeitsfluidleitungsbereich weist eine Au ßenwandung 3 und eine Innenwandung 4 auf, die den Strömungsquerschnitt des Ar beitfluidleitungsbereichs 2 begrenzen.

Die Innenwandung 4 des Arbeitfluidleitungsbereichs 2 wird von einer Temperierungsvor richtung 5 gebildet.

Die Temperierungsvorrichtung 5 weist einen koaxial zum Arbeitsfluidleitungsbereich 2 ausgebildeten Leitungsabschnitt bzw. Innenkörper 6 auf, dessen Innenraum 7 von ei nem Temperierungsfluid durchströmt wird. Der Innenkörper 6 ist im wesentlichen rohr förmig ausgebildet.

Die Temperierungsvorrichtung 5 wird außen vom Arbeitsfluid im Arbeitsfluidleitungsbe reich 2 umspült. Da die Temperatur des Temperierungsfluids im Innenraum 7 der Tem perierungsvorrichtung 5 eine Temperaturdifferenz zur Temperatur des Arbeitsfluids im Arbeitsfluidleitungsbereich 2 aufweist, findet durch die Wandung des Leitungsrohres 6 ein Wärmeaustausch statt. Je nachdem, ob die Temperatur des Temperierungsfluids größer oder kleiner als die Temperatur des Arbeitsfluids ist, findet ein Wärmetausch vom Arbeitsfluid zum Temperierungsfluid oder vom Temperierungsfluid zum Arbeitsfluid statt.

Somit kann die Temperierungsvorrichtung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen des Arbeitsfluids verwendet werden.

Die Außenwandung 3 des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 wird von einem rohrförmigen Körper 8 gebildet, das einen Temperierungsmantelabschnitt darstellt. Dazu ist das Rohr 8 von einem Hohlraum 9 umgeben, der ebenfalls von einem Temperierungsfluid umspült sein kann. Unabhängig von der Temperatur des Temperierungsfluids in der Temperie rungsvorrichtung 5 kann die Temperatur des Temperierungsfluids im Temperierungs mantelabschnitt 9 größer oder kleiner als die Temperatur des Arbeitsfluids sein. Somit kann die Außenwandung 3 zum Kühlen oder zum Beheizen des Arbeitsfluids unabhän gig von der Temperierungsvorrichtung 5 verwendet werden.

Der Temperierungsmantelabschnitt ist mit Anschlüssen zur Versorgung mit Temperie rungsfluid versehen. Das Temperierungsfluid wird dem Temperierungsmantelabschnitt 9 in einer vorbestimmt steuerbaren Temperatur zugeführt.

Die Temperierungsvorrichtung 5 wird über radial verlaufende Speiseleitungen 10, die in Durchtrittsöffnungen 11 enden, mit Temperierungsfluid versorgt.

Die Durchtrittsöffnungen 11 sind an einem flanschförmigen Verbindungsabschnitt 12 des Fluidleitungsstückes 1 angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 12 dient dazu, das Fluid leitungsstück 1 mit weiteren, nicht gezeigten Fluidleitungsstücken zu verbinden. Das Arbeitsfluid strömt dabei durch eine ringförmige Durchtrittsöffnung 13 von einem Fluid leitungsstück zum andern.

Der Verbindungsabschnitt kann beispielsweise mit Durchgangs- oder Gewindeöffnun gen 14 versehen sein, durch die eine fluiddichte und druckfeste Verbindung mittels Schrauben mit dem Verbindungsabschnitt eines weiteren Fluidleitungsstückes herge stellt werden kann.

Das Fluidleitungsstück der Fig. 1 ist zur Erläuterung verschiedener Varianten der Zufuhr von Temperierungsfluid an der Temperierungsvorrichtung 5 mit unterschiedlichen Ver bindungsabschnitten an den beiden in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids, d. h. in Richtung der Mittenachse M gelegenen Enden gezeigt.

An dem in Fig. 1 gezeigten linken Ende ist der Abschnitt zur Versorgnung der Temperie rungsvorrichtung mit Temperierungsfluid fest mit der Temperierungsvorrichtung 5 ver bunden.

In Fig. 1 ist an dem Ende des Leitungsrohres 6 der Temperierungsvorrichtung 5 ein Ver schlussmittel 15 angebracht, durch das die Durchtrittsöffnung für das Temperie rungsfluid in der Temperierungsvorrichtung 5 verschlossen ist.

An dem in der Fig. 1 rechten Ende des Fluidleitungsstückes 1 ist eine andere Variante des Verbindungsabschnittes 12 bzw. der Einspeisung des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 dargestellt. Anstelle einer einstückig mit der Temperie rungsvorrichtung 5 verbundenen Einspeisung bildet die Einspeisung am rechten Ende des Fluidleitungsstückes 1 ein separates Speisemodul bzw. einen separaten Befesti gungskörper 16 aus. Das Speisemodul 16 ist mit einem Leitungsabschnitt 16' versehen, der mit der Temperierungsfluidleitung 6 der Temperierungsvorrichtung 5 dicht verbind bar ist. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird dies dadurch erreicht, dass der Lei tungsabschnitt 16' in die Leitung bzw. den Innenkörper 6 eingeschoben wird. Über den Leitungsabschnitt 16 ist der Innenraum 7 der Temperierungsfluidleitung 6 mit den radial bzw. speichenförmig verlaufenden Speiseleitungen 10 des Speisemoduls 16 verbunden.

Die Speiseleitungen 10 des Befestigungskörpers 16 enden in Durchtrittsöffnungen 11, die mit einer nicht dargestellten Temperierungsfluidversorgung verbunden sind.

Die in den Abbildungen nicht dargestellte Temperierungsfluidversorgung fördert das Temperierungsfluid durch die Temperierungsvorrichtung 5 und steuert gleichzeitig die Temperatur des Temperierungsfluids in Abhängigkeit von vorgegebenen Verfahrenspa rametern, wie beispielsweise der Zusammensetzung des Arbeitsfluids, der Förderge schwindigkeit des Arbeitsfluids, dem Massestrom des Arbeitsfluids und ähnlichem.

Für die Versorgung des Temperierungsmantelabschnittes 9 und der Temperierungsvor richtung 5 können unterschiedliche Temperierungsfluidversorgungssysteme vorgesehen sein.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beträgt ein Oberflächenverhältnis O = (D_I+ D_A)/D_AD, das aus dem Quotienten aus der Summe des Außendurchmessers D_A und des Innen durchmessers D_I des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 und einem adäquaten Fluidleitungs durchmesser D_AD=√(D_A ² - D_I ²) gebildet wird, zwischen O = 1 bis O = 4, besonders bevorzugt zwischen O = 1 bis O = 1,8.

Das Verhältnis A = S/D_AD der Schichtdicke S = (D_A - D_I)/2 zum adäquaten Fluidleitungs durchmesser D_AD des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 beträgt bevorzugt weniger als 0,5, beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weniger als 0,4.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Mittellinie M entlang der Linie II-II der Fig. 1.

In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die Speiseleitungen 10 in radialer Richtung geradlinig verlaufen und sternförmig angeordnet sind. Die Anzahl der Speiseleitungen ist beliebig, ebenso ihre Anordnung. Um Totwassergebiete hinter den Speiseleitungen zu verhin dern, ist deren Querschnitt in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluid stromlinienförmig ausgebildet.

In Fig. 2 sind die Speiseleitungen 10 zu einem Ringraum 17 verbunden. Dieser Ring raum 17 kann über einen oder mehrere Anschlüsse mit dem Temperierungsfluidversor gungssystem (hier nicht dargestellt) verbunden sein.

Das Verschlussmittel 14 wird jeweils dann eingesetzt, wenn die Temperierungsvorrich tungen 5 aufeinander folgender Fluidleitungsstücke voneinander isoliert werden sollen.

Dies kann beispielsweise dazu dienen, den Temperaturabfall entlang der Strömungs richtung des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 gering zu halten, oder aufeinander folgende Fluidleitungsleitungsstücke abwechselnd zu beheizen oder zu kühlen.

Die Strömungsrichtung des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 kann in gleicher Richtung oder entgegengesetzt zur Richtung der Durchströmung des Arbeitsfluidleitungsabschnittes 2 erfolgen, also im Gleichstrom oder im Gegenstrom.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidleitungsstü ckes 1 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden für Elemente, die eine gleiche oder ähnliche Funktion wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erfüllen, die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Das Fluidleitungsstück der Fig. 3 ist als Verteilerstück ausgebildet, das in Y-Form aus geführt ist. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann auch in Form eines beliebigen an deren Verteilerstückes, beispielsweise in T-Form oder in einer beliebigen dreidimensio nalen Form, ausgebildet sein.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist das Verteilerstück mit zwei gekrümmten Rohr abschnitten 20 versehen, die in Verbindungsabschnitten 12 gemäß einer der Varianten der Fig. 1 enden. Bei bestimmten Anwendungen kann auf die Zwischenschaltung eines Rohrstückes verzichtet werden. In diesem Fall liegen die Verbindungsabschnitte 12 di rekt am Verteilerstück 1 an.

Das Verteilerstück 1 ist außen mit einem Temperierungsmantelabschnitt 9 versehen, der eine Außenwand 8 des Arbeitsfluidleitungsabschnittes 2 umgibt. Der Temperierungs mantelabschnitt 9 ist beim Verteilerstück der Fig. 3 über die Speiseleitungen 8 mit der Temperierungsvorrichtung 5 verbunden.

Das Verteilerstück 1 wird mit insgesamt drei Fluidleitungsstücken (nicht gezeigt) ver bunden. Im Bereich, in dem sich die Arbeitsfluidleitungsbereiche verzweigen, sind keine Temperierungsvorrichtungen 5 angebracht, um die Durchströmung des Arbeitsfluids nicht zu blockieren. Die Temperierungsvorrichtungen 5 der beiden Rohrabschnitte 20 enden vor dem Schnittpunkt der jeweiligen Mittellinien M des entsprechenden Fluidlei tungsstückes. Um im Bereich der Enden der Temperierungsvorrichtungen 5 eine günsti ge, möglichst verlustfreie Strömung ohne Ausbildung von Stagnationsgebieten zu er halten, in denen das Arbeitsfluid degradieren könnte, sind die Verschlussstücke 14 stromlinienförmig, im vorliegenden Fall kegelförmig, ausgebildet. Durch diese Ausges taltung wird eine saubere Aufteilung der Strömung des Arbeitsfluids im Verteilerstück 1 erreicht. Über den Abschnitt 21 des Temperierungsmantelabschnittes 9 findet ein Aus tausch von Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtungen 5 der beiden Rohrab schnitte 20 statt.

Claims

1. Fluidleitungsstück zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Ar beitsfluids wie ein synthetisches Polymer oder eine Polymerlösung, ein Cellulosederi vat, eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, sowie Mischungen davon mit einem Arbeitsfluidleitungsbereich, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist, dadurch ge kennzeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) einen im wesentlichen ring förmigen Strömungsquerschnitt aufweist, und dass in der Mitte (M) des Fluidlei tungsstücks (1) an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids eine innere Temperie rungsvorrichtung (5) zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) angeordnet ist.

2. Fluidleitungsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Temperierungsvorrichtung (5) als eine vorzugsweise rohrförmige Temperierfluidlei tung (8) ausgebildet ist, die von einem Temperierungsfluid durchströmt ist.

3. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) größer als die Temperatur des Arbeitsfluids ist.

4. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) geringer als die Temperatur des Arbeitsfluids ist.

5. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Strömungsrichtung der Temperierungsfluids in der Temperie rungsvorrichtung (5) im wesentlichen gleich der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.

6. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrich tung (5) im wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.

7. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) einen Temperierungsmantelabschnitt (9) zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids aufweist, der den Arbeitsfluidlei tungsbereich (2) zumindest abschnittsweise umgibt.

8. Fluidleitungsstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsflu idleitungsbereich (2) von einem Temperierungsfluid durchströmt ist.

9. Fluidleitungsstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tempera tur des Temperierungsfluids im Temperierungsmantelabschnitt (9) höher als die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) ist.

10. Fluidleitungsstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tempera tur des Temperierungsfluids im Temperaturmantelabschnitt (9) niedriger als die Tem peratur der Temperierungsvorrichtung (5) ist.

11. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Temperierungsfluids im Temperaturmantelabschnitt (9) gleich der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids im Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.

12. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Temperierungsfluids im äußeren Temperaturman telabschnitt (9) entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids im Ar beitsfluidleitungsbereich (2) ist.

13. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) zumindest abschnittsweise von ei ner Wärmeisolationsschicht umhüllt ist.

14. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass sich von der Temperierungsvorrichtung (5) zur Außenwandung (3) des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) zumindest ein Abstandhalter (10) in das Ar beitsfluid erstreckt.

15. Fluidleitungsstück nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab standshalter (10) einen im wesentlichen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.

16. Fluidleitungsstück nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) vom Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung (5) durchströmt ist.

17. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) an einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids ge legenen Ende des Fluidleitungsstücks (1) angeordnet ist.

18. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) an einem separaten Speisemodul (16) ausgebildet ist, das an der Temperierungsvorrichtung (5) angebracht ist.

19. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (12) mit mindestens einer Temperie rungsfluidöffnung (11) versehen ist, durch die Temperierungsfluid von außerhalb des Fluidleitungsstückes (1) der Temperierungsvorrichtung (5) zuführbar ist.

20. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) an zumindest einem in Durchlei tungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende eine Durchtrittsöffnung (14') für das Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung (5) aufweist, die mit einer ent sprechenden Durchtrittsöffnung (14') eines weiteren Fluidleitungsstückes (1) dicht verbindbar ist.

21. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Verschlussmittel (15) vorgesehen ist, das auf die Durchtrittsöff nung (14') für das Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtung (5) anbringbar ist und durch das die Durchtrittsöffnung (14') dicht verschließbar ist.

22. Fluidleitungsstück nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver schlussmittel (15) eine im wesentlichen stromlinienförmige Außenform aufweist.

23. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) an zumindest einem in Durchleitungsrich tung des Arbeitsfluid gelegenen Ende einen Verbindungsabschnitt (12) zur Verbin dung des Fluidleitungsstücks (1) mit einem weiteren Fluidleitungsstück (1).

24. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Oberflächenverhältnis O = (D_I + D_A)/D_AD aus der Summe aus Au ßendurchmesser DA und Innendurchmesser D_I des ringförmigen Arbeitsfluidleitungs bereichs (2) und einem adäquaten Fluidleitungsdurchmesser D_AD = √(D_A ² - D_I ²) zwischen O = 1 bis O = 4, besonders bevorzugt zwischen O = 1 bis O = 1,8, liegt.

25. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Arbeitsfluidschichtdickenverhältnis A = S/D_AD aus dem Verhältnis der Schichtdicke S = (D_A - D_I)/2 zum adäquaten Fluidleitungsdurchmesser D_AD des Ar beitsfluidleitungsbereichs (2) bevorzugt weniger als 0,5, besonders bevorzugt weni ger als 0,4, beträgt.

26. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) als gerades oder beliebig gekrümmtes Rohrleitungsstück ausgebildet ist, das an jedem in Strömungsrichtung des Ar beitsfluids gelegenen Ende jeweils einen Verbindungsabschnitt (12) zum Anschluss zweier weiterer Fluidleitungsstücke (1) aufweist.

27. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) als Verteilerstück mit mindestens drei Verbindungs abschnitten zum Anschluss weiterer Fluidleitungsstücke (1) ausgestaltet ist.

28. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) als Endstück mit nur einem Verbindungsabschnitt (12) zum Anschluss nur eines weiteren Fluidleitungsstücks (1) ausgestaltet ist.

29. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) eine eingebaute Pumpe zur Förderung des Arbeitsfluids aufweist.

30. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) einen eingebauten Mischreaktor zur Be handlung des Arbeitsfluids und Einflußnahme auf die Polymercharakteristik aufweist.

31. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) einen oder mehrere Fluidfiltergruppen zur Filterung des Arbeitsfluids aufweist.

32. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Temperierungsfluid eine Flüssigkeit ist.

33. Fluidleitungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierungsfluid gasförmig ist.

34. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) im Arbeitsfluidleitungsbereich (2) aus Stahl, Edelstahl oder verchromtem Stahl gefertigt ist.

35. Fluidleitungsstück nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) aus Stahl oder Edelstahl oder ver chromten Stahl oder Edelstahl gefertigt ist.

36. Modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesen sitiven Arbeitsfluids wie ein synthetisches Polymer oder eine Polymerlösung, ein Cellulosederivat, eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, sowie Mischun gen untereinander, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem min destens zwei in Reihe schaltbare Fluidleitungsstücke (1) nach einem der oben ge nannten Ansprüche aufweist.

37. Modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesen sitiven Arbeitsfluids bestehend aus einer Spinnlösung, enthaltend Cellulose, Wasser und ein tertiäres Aminoxid, beispielsweise N-Methylmorpholin N-Oxid (NMMO) sowie Stabilisatoren zur thermischen Stabilisierung der Cellulose und des Lösungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Additive wie beispielsweise Titandioxid, Bariumasulfat, Graphit, Carboxymethylcellulosen, Polyethylenglycole, Chitin, Chitosan, Alginsäure, Polysaccharide, Farbstoffe, antibakteriell wirkende Chemikalien, Flammschutzmittel enthaltend Phosphor, Halogene oder Stickstoff, Aktivkohle, Russe oder elektrisch leitfähige Russe, Kieselsäure, organische Lösungsmittel als Verdünnungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem mindestens zwei in Reihe schaltbare Fluidleitungsstücke (1) nach einem der oben genannten Ansprüche auf weist.

38. Temperierungsvorrichtung zum Einbau in ein Fluidleitungsstück (1) eines modularen Fluidleitungssystems zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Ar beitsfluids wie ein synthetisches Polymer, ein Cellulosederivate sowie eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, wobei das Fluidleitungsstück (1) einen Ar beitsfluidleitungsbereich (2) aufweist, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist, wobei die Temperierungsvorrichtung (5) ein Verbindungsmittel (12) aufweist, das mit einem Verbindungsmittel (12) einer weiteren Temperierungsvorrichtung (5) oder eines wei teren Fluidleitungsstücks (1) verbindbar ist und an dem das Fluidleitungsstück (1) dicht befestigbar ist, und wobei die Temperierungsvorrichtung (5) die Stelle der Kern strömung des Arbeitsfluidleitungsbereiches (2) einnimmt.