DE1280223B - Vorrichtung zur Erzeugung eines einstellbaren Dampfstromes ueberhitzter Daempfe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES '//ßnWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIj

COIb

12 g-1/01

12 i-7/22

P 12 80 223.2-41 (C 33468)

22. Juli 1964

17. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines auf zeitlich© Konstanz einstellr baren Dampfstromes überhitzter temperaturkonstanter Dämpfe einer Flüssigkeit, deren Dampf polymerisiert sein kann, in einem beheizten Verdampfer, an den sich ein Drosselorgan anschließt.

In mit Dämpfen arbeitenden Systemen oder insbesondere bei der Durchführung von chemiechen Reaktionen, an denen Dämpfe von normalerweise flüssigen Produkten beteiligt sind, deren Konzentration oder Nachlieferung zum Reaktionsgemisch von wesentlicher Bedeutung ist oder denen eine gewisse Steuerungsfunktion für die Reaktion zukommt, stellt sich insbesondere bei einer Durchführung in weitgehend abgeschlossenen Systemen das Problem der möglichst genau und empfindlich regelbaren Dampfzufuhr. So muß ζ. B. die HF-Zufuhr bei der unter Wärmeentwicklung stattfindenden reduzierenden Fluorierung von Urantrioxyd rasch und genau einregelbar sein. Für die Durchführung solcher Reaktionen müssen also Einrichtungen vorhanden sein, die sowohl für einen wählbaren konstanten Durchsatz als auch für eine rasche Änderung oder auch Unterbrechung der Dampfzufuhr sorgen.

Da solche Dämpfe stets ausgehend von einem flüssigen Vorrat erzeugt bzw. bereitgestellt werden, kann man daran denken, ähnlich wie bei bekannten Anlagen für die Durchführung von Druckreaktionen oder zur Erzeugung von Dampfströmen herkömmliche mechanische Dosiervorrichtungen gegebenenfalls in Verbindung mit Regulierventilen für die geregelte Zufuhr zu verwenden.

Solche Dosiervorrichtungen haben jedoch zum einen den Nachteil, daß sie keinen vollständig gleichmäßigen Dampfstrom liefern und nicht unmittelbar ansprechen, insbesondere nicht bei einer gegebenenfalls erforderlichen Schnellabschaltung, und zum anderen kann bisweilen, etwa bei der Verarbeitung von giftigen oder stark korrosiven Medien, wie z. B. Fluorwasserstoff oder Cyanwasserstoff u.dgl., der Einbau von mechanisch bewegten Teilen und von Ventilen äußerst unerwünscht sein, insbesondere wenn ein Dauerbetrieb über lange Zeiten aufrechterhalten werden soll.

Ziel der Erfindung war daher eine ohne Dosierpumpen und Regulierventile arbeitende, möglichst sichere, einfache und empfindlich ansprechende Vorrichtung zur Erzeugung eines einstellbaren Dampfstromes.

Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch einen abgeschlossenen, unter

Vorrichtung zur Erzeugung eines einstellbaren
Dampf stromes überhitzter Dämpfe

Anmelder:

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

8000 München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Pierre Sarrat,

Roland Vuillemey, Grenoble, Isere (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. Juli 1963 (943 234)

einstellbaren Druck setzbaren Vorratsbehälter mit Temperiervorrichtung, aus dem die Flüssigkeit durch ein Überleitungsrohr in einen Topfverdampfer mit Depolymerisator und Überhitzer geleitet wird, dessen als Rohrschlange ausgebildeter Endteil auf konstanter Temperatür (Thermostat) haltbar ist und an

den sich eine Schallgeschwindigkeitsdüse als Drosselorgan anschließt.

Vorzugsweise werden der Topfverdampfer, Depolymerisator und Überhitzer in eine gemeinsame Wärmeisolation eingebettet und von einem umlaufenden Heizmedium unter Thermostat-Kontrolle nacheinander beheizt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt das Überleitungsrohr aus dem Bodenteil des Vorratsbehälters in den Bodenbereich des Topfverdampfers, und die Druckeinstellung im Vorratsbehälter erfolgt durch Einführen eines Gases.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Beispiels beschrieben, das sich auf die Zeichnung bezieht. Diese Zeichnung zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Arbeitsweise an Hand

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der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich und der Rohrschlange 6 ermöglicht, Durch eine werden wird. --■-'* ■ Pumpe 10 mit Naßläufer wird das Öl in dem Lei-

Ais Beispiel wird eiaß bereits im technischen Maß- tungssystem umgewälzt^ wobei eine an der Außenstab ausgeführte und seit einigen Jahren störungsfrei wand des Verdampfers 1 angeordnete Wendel 11 daarbeitende Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluor- 5 für sorgt, daß der Verdampfer 1 gleichmäßig von der wasserstofEdampfstromes beschrieben. Flüssigkeit umströmt wird. ~ ..

Wasserfreie Flüßsäure ist eine bei 19,4° C sie- Durch ein über die Leitung 12 mit dem oberen

dende, äußerst unangenehme Flüssigkeit, die für Ende des Gehäuses 7 verbundenes Ausdehnungsge-Fluoridbildung und Fluorierungsreaktionen in größe- faß 13 wird jeder schädliche Überdruck in dem Ölrer Menge benötigt wird. Solche Reaktionen verlau- io umlauf verhindert, dessen Temperatur mit einem fen bisweilen stark exotherm, so daß eine empfind- Thermoelement 14 überwacht wird, liehe, rasche Regelung vorgesehen werden muß. Der Der Heizkreis wird schließlich durch einen in der

Dampfdruck der reinen Flußsäure ist stark tempe- Achse der Rohrschlange 6 angeordneten Heizstab 15 raturabhängigj und-um vollständig depolymerisierte vervollständigt, der mittels einer Dilatations-Thermo-Dämpfe — bei nicht zu geringen Drücken — zu er- 15 sonde 16 so geregelt wird, daß die vorgegebene Temhalten, muß man den Dampf stark überhitzen. peratur auf ± 2° C genau eingehalten wird. (Für

Die- in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur Huorwasserstoffsäure wird die Arbeitstemperatur Erzeugung eines einstellbaren Dampfstromes über- vorteilhaft auf 120? C eingestellt.) bitzter temperaturkonstanter Flußsäuredämpfe um- Die ganze Apparatur wird umhüllt von einer

faßt ein Verdampfungsgefäß bzw. einen Topfver- 2° Schicht 18 aus einem geeigneten wärmeisolierenden dämpfer 1, der durch ein zylindrisches Metallgefäß Material.

(z. B. aus Kupfer) gebildet wird, in das durch ein Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Überleitungsrohr 2 Fluorwasserstoffsäure in flüssiger Aus dem Vorratsbehälter 20 wird Fluorwasserstoff-Phase, aus einem Vorratsbehälter 20 herkommend, säure in flüssiger Phase durch das Überleitungsrohr 2 eingespritzt wird, in dem sie auf einer Tempe- 25 in das Innere des Verdampfers 1 gedrückt, und zwar ratur unter 19° C, d. h. unterhalb ihrer Siedetempe- mit einem Druck, der in dem die ständige Säurenachratur und auf konstantem Druck gehalten wird. Die lieferung sicherstellenden, temperaturstabilisierten Thermostatisierung des Flüssigkeitsvorrats im Be- Vorratsbehälter 20 herrscht. Dieser Druck wird in hälter 20 ist in der Zeichnung durch einen Doppel- dem Behälter 20 durch Einlassen (oder gegebenenmantel angedeutet,- und für die Einstellung des 30 falls Auslassen, wenn der Druck erniedrigt werden Druckes ist die mit einem Ventil versehene Leitung soll) von Gas (z. B. Stickstoff) durch die Rohrleitung 21 vorgesehen, durch die ein inertes Gas von ent- 21 eingestellt und mit dem Manometer 22 überwacht, sprechendem Druck in den Behälter gelassen werden Im Verdampfer 1, der zusammen mit der als »Dekann. Der Druck wird mit einem Manometer 22 polymerisator und Überhitzer« bezeichneten Rohrüberwacht. 35 schlange 6 auf der Überhitzungstemperatur gehalten Der Verdampfer 1 wird von einem koaxialen Man- wird (durch die Flüssigkeitsumlauf-Thermostatisietel 3 umgeben, der mit ihm einen Ringraum begrenzt. rung), verdampft die Flüssigkeit rasch, und der Beide (Verdampfer 1 und Mantel 3) werden am obe- Druck im Raum 1-5-6 nimmt zu bis zum Erreichen ren Ende durch eine Abschlußplatte 4 abgeschlossen, des Druckes über flüssigen Phase im Vorratsbehälter durch die eine Rohrleitung 5 hindurchführt, die das 40 20 und stellt sich dann automatisch auf diesen Wert Innere des Verdampfers 1 mit einer metallischen ein (der selbstverständlich kleiner ist als der Dampf-Rohrschlange 6 verbindet, die innerhalb eines zylin- druck der »zu verdampfenden Flüssigkeit« bei der drischen Gehäuses 7 angeordnet ist. Diese Rohr- gewählten Überhitzungstemperatur). schlange bildet den sogenannten »Depolymerisator Die im Verdampfer 1 entwickelten Säuredämpfe und Überhitzer«, an dessen Ende sich eine Schall- 45 treten dann durch die Rohrleitung 5 in die Rohrgeschwindigkeitsdüse 19 mit einem konvergierenden- schlange 6, wo sie (vollständig) depolymerisiert werdivergierenden Innenprofil anschließt, deren Durch- den. Auch in dieser Rohrschlange stellt sich natürlich laßquerschnitt am Düsenhals in Abhängigkeit vom automatisch im wesentlichen der bei 22 abgelesene gewünschten Durchsatzbereich ausgewählt wird. Druck ein, so daß vor der Düse 19 ein — einstell-Diese Düse hat die Eigenart, daß der Durchsatz 50 barer — konstanter Druck herrscht, der den Durchinnerhalb weiter Grenzen vom Druck (in Strömungs- satz durch die Düse bestimmt, der mithin vollkomrichtumg) hinter der Düse unabhängig ist und durch men stabil sein kann und eine Funktion des gewählden Druck vor der Düse bestimmt wird, der, wie ten Durchlaßquerschnitts der Schallgeschwindigkeitsweiter unten noch näher ausgeführt wird, bei der düse und des im Vorratsbehälter herrschenden erfindungsgemäßen Vorrichtung empfindlich konstant 55 Druckes ist.

gehalten werden kann. Ein Manometer 17 am Aus- Auf diese Weise kann man z. B. bei einer Betriebsgang der Rohrschlange sowie eine in der Zeichnung temperatur von 120° C im »Depolymerisator und nicht dargestellte Thermosonde dienen zur Über- Überhitzer« und einem Druck im Vorratsbehälter wachung von Druck und Temperatur; aus den ange- zwischen 0 bis 5 kg/cm² am Ausgang der Vorrichr zeigten Werten kann der Dampfausstoß bei Betrieb 60 tung einen konstanten Dampfausstoß erhalten, der bestimmt werden. zwischen 0 und 1,2 kg^Std. liegt und innerhalb dieses

Der Innenraum des Gehäuses 7 steht über Rohr- Bereiches rasch auf die jeweils erforderlichen Werte leitungen 8 und 9 mit dem Ringraum zwischen dem eingestellt werden kann.

Verdampfer 1 und seinem Mantel 3 in Verbindung, Diese Einstellung des Durchsatzes bzw. Dampf-

so daß ein geschlossener Umlauf für eine als Heiz- 65 ausstoßes erfolgt über eine Einstellung des Druckes medium dienende Flüssigkeit geeigneter Dichte (z. B. im Vorratsbehälter 20 oder auch durch wahlweise Paraffinöl) gebildet wird, der eine genaue Regelung Einschaltung einer von zwei oder mehreren parallelen der Temperatur in der Umgebung des Verdampfers 1 entsprechend kalibrierten Düsen 19. Für eine rasche

Unterbrechung der Dampfzufuhr wird das Inertgas aus dem Behälter 20 abgelassen, wobei im Raum 1-5-6 vorhandene HF-Dämpfe zurückdrängen und im Vorratsbehälter unmittelbar durch Wärmeaustausch mit dem kalten Flüssigkeitsvorrat kondensiert werden.

Die beschriebene Vorrichtung, die sich ausgezeichnet für die Erzeugung eines einstellbaren Dampfstromes überhitzter Flußsäuredämpfe bewährt hat, kann selbstverständlich ebenso mit Erfolg für die Erzeugung von Dampfströmen von anderen Verbindungen, wie z.B. B₄H₁₀, BCl₃, HCN, BrF₅, CS₂ oder MoF₆ u. dgl., angewandt werden.

Von ihren wesentlichen Vorteilen sind die Einfachheit des sehr sicheren und sehr stabilen Systems, das praktisch frei von mechanisch bewegten Teilen sein kann, und die Möglichkeit einer sehr raschen Änderung des »Dampfausstoßes« zu nennen. Weiter kann die abgegebene Dampfmenge, da im Raum 1-5-6 praktisch keine unkontrollierten Flüssigkeitsreste vorhanden sind, durch einfache Wägung des Vorratsbehälters bestimmt werden. Die Vorrichtung kann praktisch wartungsfrei über längere Zeiten arbeiten, wobei insbesondere die automatische Einstellung eines stabilen Betriebes und dessen durch Fernsteue- as rung mögliche rasche Änderung von großer Wichtigkeit sind.

Eine plötzliche Abschaltung des Dampfausstoßes ist ohne weiteres gefahrlos möglich, da im warmen Bereich nur relativ geringe Mengen der »zu verdampfenden Flüssigkeit« in Dampfform vorhanden sind, während der Hauptteil als kalte Flüssigkeit außerhalb des warmen Bereiches vorliegt. Beim vollständigen Ablassen des Inertgases aus dem Vorratsbehälter 20 geht die Dampfmenge im Raum 1-5-6 (und damit der Druck in diesem Raum) praktisch gegen Null, dessen Temperatur (zumindest während kurzzeitiger Betriebspausen) auf der Überhitzungstemperatur belassen wird, so daß eine schnelle Wiederinbetriebnahme jederzeit möglich ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines auf zeitliche Konstanz einstellbaren Dampfstromes überhitzter, temperaturkonstanter Dämpfe einer Flüssigkeit, deren Dampf polymerisiert sein kann, in einem beheizten Verdampfer, an den sich ein Drosselorgan anschließt, gekennzeichnet durch einen abgeschlossenen, unter einstellbaren Druck setzbaren Vorratsbehälter (20) mit Temperiervorrichtung, aus dem die Flüssigkeit durch ein Überleitungsrohr (2) in einen Topfverdampfer (1) mit Depolymerisator und Überhitzer (6) geleitet wird, dessen als Rohrschlange ausgebildeter Endteil auf konstanter Temperatur (Thermostat 15, 16) haltbar ist und an den sich eine Schallgeschwindigkeitsdüse (19) als Drosselorgan anschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfverdampfer (1), Depolymerisator und Überhitzer (6) in eine gemeinsame Isolation (18) eingebettet und von einem umlaufenden Heizmedium unter Thermostat-Kontrolle (15, 16) nacheinander beheizt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überleitungsrohr (2) aus dem Bodenteil des Vorratsbehälters (20) in den Bodenbereich des Topfverdampfers (1) führt und die Druckeinstellung im Vorratsbehälter durch Einführen eines Gases erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 890725;

schweizerische Patentschrift Nr. 76 939;

Jan Pinkava, Laboratoriumstedhnik kontinuierl. ehem. Prozesse, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt, 1962, S. 326, 327;

E. v. Angerer u. H. Ebert, Technische Kunstgriffe, Braunschweig, 1954, S. 120, 121;

Chemiker-Zeitung, 83 (1953), S. 409,410.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 627/1409 10.68 © Bundesdruckerei Berlin