DE29923176U1 - Equipment for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes - Google Patents
Equipment for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse. Bei einer auf die jeweils ablaufende Reaktion abgestimmten Dimensionierung der Einrichtung ist mit der Erfindung ein passives Sicherheitssystem realisierbar, welches das Risiko eines unerwünschten Druck- und Temperaturaufbaus in der Anlage erheblich reduziert.The invention relates to a device for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes. If the device is dimensioned to suit the reaction taking place, the invention makes it possible to implement a passive safety system that significantly reduces the risk of an undesirable build-up of pressure and temperature in the system.
Die Erfindung ist bei Bedarf oder Notwendigkeit auch gemeinsam mit herkömmlichen Sicherheitseinrichtungen verwendbar, beispielsweise mit bekannten Druckentlastungseinrichtungen. If required or necessary, the invention can also be used together with conventional safety devices, for example with known pressure relief devices.
Unter einer Anlage für exotherme Prozesse sollen nachfolgend Einrichtungen für die Produktion, Lagerung oder Transport von Stoffen verstanden werden, bei denen exotherme Prozesse auftreten und einen unerwünschten Druckaufbau hervorrufen können.In the following, a plant for exothermic processes is understood to mean facilities for the production, storage or transport of substances in which exothermic processes occur and can cause an undesirable build-up of pressure.
Die Beherrschung exothermer Reaktionen ist eines der wichtigsten Sicherheitsprobleme der chemischen Reaktionstechnik; denn diese Reaktionen können beispielsweise bei Ausfall der Wärmeabfuhr oder der Rührung durchgehen, d.h. es kann zur thermischen Explosion kommen. Der Anstieg der Reaktionsrate und damit der Wärmeerzeugung folgt dabei bei einer Großzahl von Reaktionen dem Gesetz von Arrhenius, d.h. sie steigt exponentiell mit steigender Temperatur. Demgegenüber erhöht sich die Wärmeabfuhr lediglich linear mit steigender Temperatur.Controlling exothermic reactions is one of the most important safety problems in chemical reaction engineering; these reactions can, for example, run away if the heat dissipation or stirring fails, i.e. a thermal explosion can occur. The increase in the reaction rate and thus the heat generation follows Arrhenius' law for a large number of reactions, i.e. it increases exponentially with increasing temperature. In contrast, heat dissipation only increases linearly with increasing temperature.
Um die Folgen eines möglichen Durchgehens exothermer Reaktionen zu begrenzen, werden die entsprechenden Reaktoren üblicherweise mit Systemen ausgerüstet, welcheIn order to limit the consequences of a possible runaway of exothermic reactions, the corresponding reactors are usually equipped with systems which
• die schnelle Injektion eines Reaktionsstoppers,• the rapid injection of a reaction stopper,
• die schnelle Zugabe einer kompatiblen Flüssigkeit und/oder• the rapid addition of a compatible liquid and/or
• das schnelle Ablassen des Reaktorinhaltes in ein Becken mit Vorlage, wodurch die Reaktion gestoppt wird,• the rapid draining of the reactor contents into a tank with a receiver, which stops the reaction,
ermöglichen (Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers: Guidelines for Chemical Reactivity Evaluation and Application to Process Design, New York 1995).enable (Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers: Guidelines for Chemical Reactivity Evaluation and Application to Process Design, New York 1995).
Die genannten Maßnahmen sind aktive Sicherheitsmaßnahmen, d.h. sie werden durch eine Reihe von Komponenten verwirklicht, die in Betrieb gehen müssen. Dies gilt sowohl für die Ebene der Anregung (z.B. Wächter für Temperatur, Temperaturgradienten, Beschleunigung des Temperaturanstiegs oder Druck) als auch für die Ausführung (Ventile, Pumpen). Nachteile der genannten Maßnahmen bestehen u.a. imThe measures mentioned are active safety measures, i.e. they are implemented by a series of components that must be put into operation. This applies both to the level of the excitation (e.g. monitors for temperature, temperature gradients, acceleration of the temperature rise or pressure) and to the execution (valves, pumps). Disadvantages of the measures mentioned include
• Verlust des Produktes und nachfolgende Betriebsunterbrechung• Loss of the product and subsequent interruption of operation
• Funktion lediglich bei Funktionieren der aktiven Elemente (Temperatur- oder Druckwächter, Ventile, Pumpe etc.)• Function only when the active elements are functioning (temperature or pressure switches, valves, pumps, etc.)
• Größere Verzögerungen bis zum Ansprechen; bei lokaler Auslösung der Durchgehreaktion (z.B. im Falle des Rührerversagens) würde zumindest die Temperaturmessung den Störfall gar nicht oder entschieden zu spät bemerken)• Longer delays before response; if the runaway reaction is triggered locally (e.g. in the case of stirrer failure), at least the temperature measurement would not detect the fault at all or would detect it far too late)
Darüber hinaus nutzt man die Druckentlastung, die mit nur einem Element (Berstscheibe oder Entlastungsventil) auskommen kann; sie ist nahezu passiv und damit relativ zuverlässig, führt aber auch zum zumindest teilweisen Verlust des Produktes.In addition, pressure relief is used, which can be achieved with just one element (bursting disc or relief valve); it is almost passive and therefore relatively reliable, but also leads to at least partial loss of the product.
Bei der Einspritzung eines Reaktionsstoppers läßt sich die Pumpe einsparen, wenn man ihn durch ein Druckploster aus einem Druckgasspeicher einspeist (Schimetzek, R.: Erhöhung der Prozeßsicherheit durch gasinduziertes Einmischen von Reaktionsstoppern, in: Chemische Reaktionen - Erkennung und Beherrschung sicherheitstechnisch relevanter Zustände und Abläufe, Praxis der Sicherheitstechnik, Vol. 4, DECHEMA, Frankfurt a.M. 1997). Allerdings muß das Druckpolster zuverlässig vorgehalten werden.When injecting a reaction stopper, the pump can be dispensed with if it is fed in through a pressure pad from a compressed gas reservoir (Schimetzek, R.: Increasing process safety through gas-induced mixing of reaction stoppers, in: Chemical reactions - recognition and control of safety-relevant conditions and processes, Safety engineering practice, Vol. 4, DECHEMA, Frankfurt a.M. 1997). However, the pressure pad must be reliably maintained.
Derartige Systeme zur Notabstoppung für chemische Reaktoren auf der Basis der Einspeisung von Notabstoppmitteln wie Kühlmitteln und/oder Reaktionsstoppern, speziell Inhibierungsmitteln, sind auch aus der Patentliteratur bekannt. So enthält eine Notabstoppvorrichtung gemäß der DE29723396 U1 einen Vorlagebehälter für das Notabstoppmittel, ein Energiereservoir, z. B. einen Druckgasspeicher, zum Einbringen des Notabstoppmittels in den Reaktor und ein Auslösesystem. Die Verbindungsleitung zwischen dem Vorlagebehälter undSuch systems for emergency shutdown of chemical reactors based on the supply of emergency shutdown agents such as coolants and/or reaction stoppers, especially inhibiting agents, are also known from the patent literature. For example, an emergency shutdown device according to DE29723396 U1 contains a storage container for the emergency shutdown agent, an energy reservoir, e.g. a compressed gas reservoir, for introducing the emergency shutdown agent into the reactor and a trigger system. The connecting line between the storage container and
dem Energiereservoir weist eine Absperreinrichtung auf. Die Verbindungsleitung zwischen dem Vorlagebehälter und dem Reaktor weist einen Längenabschnitt auf, der zum Vorlagebehälter ebenfalls mittels einer Absperreinrichtung und zum Reaktor durch wenigstens eine Berstscheibe abgedichtet ist. Dieser Längenabschnitt ist im Normalbetriebszustand des Reaktors vorzugsweise drucklos, um problemlos den Inhalt des Vorlagebehälters sowie den Reaktorinhalt wechseln zu können. Wird durch Meßeinrichtungen ein Gefahrenzustand signalisiert, so werden die in den genannten Verbindungsleitungen vor und hinter dem Vorlagebehälter angeordneten Absperreinrichtungen geöffnet. Dadurch wird das Notabstoppmittel mit dem vom Energiereservoir erzeugten Druck beaufschlagt, zerstört die Berstscheibe und tritt in den Reaktor ein. Im Idealfall ist die Funktionsfähigkeit des Systems auch bei totalem Energieausfall gewährleistet, da auch die Energie zur Auslösung und Betätigung der Absperreinrichtungen aus dem Energiereservoir entnehmbar ist.the energy reservoir has a shut-off device. The connecting line between the storage tank and the reactor has a length that is also sealed to the storage tank by means of a shut-off device and to the reactor by at least one rupture disk. This length is preferably pressureless in the normal operating state of the reactor in order to be able to change the contents of the storage tank and the reactor contents without any problems. If a dangerous situation is signaled by measuring devices, the shut-off devices arranged in the connecting lines before and after the storage tank are opened. The emergency stop device is thus subjected to the pressure generated by the energy reservoir, destroys the rupture disk and enters the reactor. Ideally, the functionality of the system is guaranteed even in the event of a total power failure, since the energy to trigger and operate the shut-off devices can also be taken from the energy reservoir.
Neben der Funktion als chemisches Reaktionsabstoppsystem ist die Lösung gemäß der DE29723396 U1 auch zur direkten Notkühlung eines Reaktionsgemisches einsetzbar, wenn der Vorlagebeälter eine geeignete Kühlflüssigkeit enthält.In addition to its function as a chemical reaction stopping system, the solution according to DE29723396 U1 can also be used for direct emergency cooling of a reaction mixture if the storage container contains a suitable cooling liquid.
Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß auf jeden Fall sichergestellt sein muß, daß der Vorlagebehälter gefüllt ist (wiederkehrende Prüfung) und die MSR-Einrichtungen zur Anregung des Systems funktionieren. Auf der Anregungsebene ist keine passive Sicherheitsfunktion realisiert. Darüber hinaus muß der Reaktorinhalt nach dem Reaktionsstop verworfen werden; längere Betriebsunterbrechungen sind nicht auszuschließen.The disadvantages of this solution are that it must be ensured in any case that the storage tank is full (periodic testing) and that the MSR equipment for activating the system is functioning. No passive safety function is implemented at the activation level. In addition, the reactor contents must be discarded after the reaction has stopped; longer interruptions in operation cannot be ruled out.
Im Rahmen der Notkühlung kerntechnischer Anlagen ist es auch bekannt, daß Kühlmittel unter einem vorgegebenen Druck in einem Druckbehälter gespeichert oder der Druckaufbau im Kühlmittel-Speicherbehälter mittels pyrotechnischer Ladungen erzeugt wird (z. B. EP476563 A2, DE19812114 C1). Weiterhin ist es aus der US 5943869 bekannt, Reaktoren für exotherme Prozesse mittels Tieftemperatur-Kühlung zu betreiben. Jedoch beinhalten auch diese Lösungen aktive Komponenten, deren Ausfall zur Funktionsunfähigkeit des Notkühlsystems führt.In the context of emergency cooling of nuclear facilities, it is also known that coolant is stored in a pressure vessel under a predetermined pressure or that the pressure build-up in the coolant storage vessel is generated by means of pyrotechnic charges (e.g. EP476563 A2, DE19812114 C1). It is also known from US 5943869 to operate reactors for exothermic processes using low-temperature cooling. However, these solutions also contain active components, the failure of which leads to the inoperability of the emergency cooling system.
Es sind jedoch auch Lösungen bekannt, die auf dem Konzept einer passiven Auslösung der Sicherheitseinrichtung beruhen und damit wenig störanfällig sind. So ist aus der EP274399 A2 ein Notkühlsystem für Reaktoren für exotherme Prozesse bekannt. Das Notkühlsystem besteht aus einer Anzahl im Reaktor angeordneter geschlossener Wärmeübertragerröhren, die mit einer Wärmeübertragerflüssigkeit gefüllt. Die Röhren sind über Verbindungsleitungen mit einem Reservoir für die Wärmeübertragerflüssigkeit verbunden. Berstscheiben in den Verbindungsleitungen sperren jedoch im Normalbetriebszustand des Reaktors dieHowever, solutions are also known that are based on the concept of passive triggering of the safety device and are therefore less susceptible to failure. For example, an emergency cooling system for reactors for exothermic processes is known from EP274399 A2. The emergency cooling system consists of a number of closed heat exchanger tubes arranged in the reactor, which are filled with a heat exchanger fluid. The tubes are connected to a reservoir for the heat exchanger fluid via connecting lines. However, bursting discs in the connecting lines block the
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Wärmeübertragerröhren druckdicht ab. Bei Überhitzung des Reaktors verdampft die Wärmeübertragerflüssigkeit in den Wärmeübertragerröhren, und der entstehende Innendruck löst die Berstscheiben aus. Damit kann kühle Wärmeübertragerflüssigkeit aus dem Reservoir für die Wärmeübertragerflüssigkeit in die Wärmeübertragerröhren zurückströmen.Heat exchanger tubes are sealed pressure-tight. If the reactor overheats, the heat exchanger fluid in the heat exchanger tubes evaporates and the resulting internal pressure triggers the bursting discs. This allows cool heat exchanger fluid to flow back from the heat exchanger fluid reservoir into the heat exchanger tubes.
Nachteil dabei ist, daß es schwierig wird, geeignete Kühlmittel zu finden, deren Siedepunkt weit genug von der Betriebstemperatur entfernt ist, um betriebliche Schwankungen ohne Anregung der Notkühlung zu erlauben. Andererseits darf er nicht zu weit liegen, damit die Energieerzeugung, die ja mit steigender Temperatur ansteigt, nicht zu groß wird. Ohnehin wird die Reaktionstemperatur oberhalb der Siedetemperatur liegen, da zur Wärmebertragung aus dem Reaktor an das Kühlmittel Temperaturdifferenzen erforderlich sind. Eine Abschaltung des Reaktors wird nicht erreicht; es wird lediglich ein bestimmtes Reaktionsniveau aufrechterhalten um Zeit für den „notwendigen Eingriff des Bedienungspersonals" zu gewinnen.The disadvantage is that it is difficult to find suitable coolants whose boiling point is far enough away from the operating temperature to allow operational fluctuations without triggering emergency cooling. On the other hand, it must not be too far away so that energy production, which increases with increasing temperature, does not become too great. In any case, the reaction temperature will be above the boiling temperature because temperature differences are required to transfer heat from the reactor to the coolant. The reactor will not be shut down; a certain reaction level is simply maintained to gain time for the "necessary intervention by the operating personnel".
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zu schaffen, welche die Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse mittels eines Kühlmittelvorrates ermöglicht, ohne externe Meß- und Steuermittel bzw. Fremdenergie zum Betätigen von Armaturen und zum Antrieb des Kühlmittels zu erfordern. Entsprechend einer speziellen Teilaufgabe soll die Erfindung die Möglichkeit bieten, den exothermen Prozeß vollständig zu stoppen.The invention is based on the object of creating a device which enables emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes by means of a coolant supply, without requiring external measuring and control means or external energy to operate valves and drive the coolant. In accordance with a specific sub-objective, the invention should offer the possibility of completely stopping the exothermic process.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich unmittelbar aus dem Unteranspruch.According to the invention, this object is achieved by a device according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention and their advantages arise directly from the subclaim.
Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung besteht in folgendem:The basic idea of the inventive solution is as follows:
Der Druckaufbau, der mit der exothermen Reaktion untrennbar verbunden ist und entweder aufgrund der Bildung gasförmiger Reaktionsprodukte oder dem mindestens teilweisen Verdampfen des Inhalts der Anlage oder beidem erfolgt, wird zum Antrieb der Notkühlung benutzt. Dazu ist es erforderlich, die Anlage mit einem Kühlmittelvorrats-Behälter auszurüsten, der sowohl mit einem Überdruck führenden Teil der Anlage als auch mit seinem Kühlmittelauslaß mit internen und/oder externen Wärmetauschern der Anlage in Fluidverbindung steht. Mindestens die Fluidverbindung zu dem Überdruck führenden Teil der Anlage, z. B. einem Reaktorinnenraum, ist jedoch im Normalbetriebszustand der Anlage abgesperrt mittels Verschlußelementen wie Berstscheiben o. dgl., die bei einem vorgebbaren Überdruck in der Anlage ansprechen.The pressure build-up, which is inextricably linked to the exothermic reaction and occurs either due to the formation of gaseous reaction products or the at least partial evaporation of the contents of the system or both, is used to drive the emergency cooling. To do this, the system must be equipped with a coolant storage tank that is in fluid communication with both a part of the system that is subject to excess pressure and with its coolant outlet to internal and/or external heat exchangers of the system. However, at least the fluid connection to the part of the system that is subject to excess pressure, e.g. a reactor interior, is blocked off in the normal operating state of the system by means of closure elements such as bursting disks or the like, which respond when a predefined excess pressure occurs in the system.
-&dgr;-&Igr;
st der Kühlmittelvorrats-Behälter oberhalb der Anlage angeordnet, so ist der Zugang zu den Wärmetauschern durch eine weitere Berstscheibe versperrt. Liegt er unterhalb, so kann auf diese verzichtet werden. Es kann sinnvoll sein, die Verdampfung des Kühlmittels zur Wärmeabfuhr zu nutzen. Auf die Kompatibilität zwischen Kühlmittel und Reaktorinhalt ist zu achten. -δ- Λ
If the coolant storage tank is located above the system, access to the heat exchangers is blocked by another rupture disk. If it is located below, this can be omitted. It may be useful to use the evaporation of the coolant to dissipate heat. The compatibility between the coolant and the reactor contents must be ensured.
Beim Durchgehen der Reaktion wird Druck in der Anlage aufgebaut, die Berstscheibe(n) bersten und die Druckenergie schiebt den Inhalt des Kühlmittelvorrats-Behälters durch die Wärmetauscher der Anlage. Dabei kommt es auch zu einer Vergrößerung des Volumens für die gasförmigen Reaktionsprodukte und/oder den durch Verdampfung entstehenden Dampf und somit zu einer mindestens teilweisen Druckentlastung.When the reaction goes through, pressure builds up in the system, the rupture disk(s) burst and the pressure energy pushes the contents of the coolant storage tank through the system's heat exchangers. This also increases the volume of the gaseous reaction products and/or the steam produced by evaporation, thus at least partially relieving the pressure.
Vorteile der Erfindung sindAdvantages of the invention are
• Weitgehend passive Auslösung der Sicherheitseinrichtung sowie Durchführung der Sicherheitsmaßnahme und damit höhere Zuverlässigkeit.• Largely passive activation of the safety device and implementation of the safety measure, thus increasing reliability.
• Die negativen Auswirkungen des Durchgehens selbst werden zur Beherrschung der Reaktion genutzt; die Kühlwirkung nimmt dabei im allgemeinen mit steigendem Druck zu.• The negative effects of runaway itself are used to control the reaction; the cooling effect generally increases with increasing pressure.
• Frühzeitiges Ansprechen der Kühlung und damit Wirkungsbeginn zu einem Zeitpunkt, zu dem die Wärmeentwicklung noch nahe der betrieblichen liegt (Arrheniusfunktion läßt sich noch linear approximieren).• Early response of the cooling and thus onset of effect at a time when the heat development is still close to the operational level (Arrhenius function can still be approximated linearly).
• Verzicht auf MSR-Einrichtungen zur Auslösung der Notkühlung und Verzicht auf Bereithalten eines Gasdruckpolsters zum Antrieb der Notkühlung.• No MSR devices for triggering the emergency cooling and no provision of a gas pressure cushion to drive the emergency cooling.
• Kühlmittelvorrats-Behälter und Wärmetauscher fungieren zumindest teilweise auch als Druckauffangkammer, da sie sich während des Kühlvorgangs entleeren.• Coolant storage tanks and heat exchangers also function, at least in part, as pressure collection chambers, as they empty during the cooling process.
• Möglichkeit einer Beendigung der Reaktion ohne oder ohne merkliche Freisetzungen aus dem Behälter.• Possibility of termination of the reaction with no or no appreciable releases from the container.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Sie ist für einen der Anwendungsfälle (Reaktor mit oberhalb angeordneter Kühlmittel-Vorratsbehälter) beispielhaft in Fig. 1 aufgeführt (für die anderen erwähnten Einrichtungen undThe solution according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. It is shown as an example in Fig. 1 for one of the applications (reactor with coolant storage tank arranged above) (for the other mentioned devices and
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Anordnungen gilt Analoges) . In Fig. 1 bezeichnet „1" den Reaktor, „2" die Berstscheiben, „3" den Kühlmittel-Vorratsbehälter, „4" den Wärmetauscher, der, hier als Schlange angedeutet, gleichermaßen als Mantelkühlung ausgeführt sein könnte, und „5" den Kühlmittelauslaß.The same applies to other arrangements.) In Fig. 1, "1" designates the reactor, "2" the rupture disks, "3" the coolant storage tank, "4" the heat exchanger, which, indicated here as a coil, could equally be designed as a jacket cooling system, and "5" the coolant outlet.
Der Kühlrohrauslaß kann in der Entwässerung enden, falls der Reaktorinhalt kein Umweltproblem darstellt; ansonsten in einem drucklosen bzw. mit geringerem als dem Reaktordruck beaufschlagten Auffangbehälter. Bei Anordnung des Kühlmittel-Vorratsbehälters unterhalb des Reaktors kann auch bei möglicher Umweltgefährdung auf einen Auffangbehälter verzichtet werden, falls der Kühlmittelvorrat so dimensioniert ist, daß nach Druckentlastung ein sicherer Abschluß durch Restkühlmittel gegeben ist.The cooling pipe outlet can end in the drainage if the reactor contents do not pose an environmental problem; otherwise in a collecting vessel that is not pressurized or is pressurized to a pressure lower than the reactor pressure. If the coolant storage vessel is arranged below the reactor, a collecting vessel can be dispensed with even if there is a potential environmental hazard if the coolant supply is dimensioned in such a way that residual coolant can be safely sealed after the pressure is released.
Die Größe der notwendigen Wärmetauscherfläche wird durch Größen wie den für die stofflichen und Strömungsverhältnisse geltenden totalen Wärmeübertragungskoeffizienten, die Wärmetönung der Reaktion, ihre Geschwindigkeit und deren Temperaturabhängigkeit sowie die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und zu kühlendem Medium bestimmt. Es kann sinnvoll sein, die Kühlmittelvorlage unter die Umgebungstemperatur abzukühlen. Der notwendige Kühlmittelvorrat wird ebenfalls durch die vorgenannten Größen bestimmt; sie ist so festzulegen, daß der Reaktor sich nach der Kühlung in einem sicheren Zustand befindet.The size of the necessary heat exchanger surface is determined by factors such as the total heat transfer coefficient applicable to the material and flow conditions, the heat of the reaction, its speed and its temperature dependence, and the temperature difference between the coolant and the medium to be cooled. It may be advisable to cool the coolant supply below the ambient temperature. The necessary coolant supply is also determined by the aforementioned factors; it must be set so that the reactor is in a safe condition after cooling.
Die Wirksamkeit der Erfindung wird durch die nachfolgenden Rechnungen gezeigt, wobei vom Kühlmittel Wasser bei 200C ausgegangen wurde.The effectiveness of the invention is demonstrated by the following calculations, assuming water at 20 ° C as the coolant.
1. Beispielrechnung1. Example calculation
Ausgangspunkt ist ein Behälter mit einem Volumen von 1.136 m3, in dem sich eine Wasserstoffperoxidlösung zersetzt. Der Prozeß ist durch folgende Gegebenheiten charakterisiert (vgl. Leung, J.C. et al.: A Vent Sizing Program with Particular Reference to Hybrid Runaway Reaction Systems, in: Melhem, G.A. and H.G. Fisher (Eds.): International Symposium on Runaway Reactions and Pressure Relief Design, AIChE, Boston (Massachusetts), August 2-4, 1995)The starting point is a container with a volume of 1,136 m 3 in which a hydrogen peroxide solution decomposes. The process is characterized by the following conditions (cf. Leung, JC et al.: A Vent Sizing Program with Particular Reference to Hybrid Runaway Reaction Systems, in: Melhem, GA and HG Fisher (Eds.): International Symposium on Runaway Reactions and Pressure Relief Design, AIChE, Boston (Massachusetts), August 2-4, 1995)
• Reaktionswärmeproduktion• Reaction heat production
q(T) = 0,933-e1·987^373·16^ in kW/kgq(T) = 0.933-e 1 · 987 ^ 373 · 16 ^ in kW/kg
-7-•
Entstehen von Sauerstoff-7-
Formation of oxygen
2300Of 1 11 2300O f 1 11
mg(T) = l,6-10-4-e'·9871373·16"^ in kgO2/(kg-s)m g (T) = l.6-10- 4 -e' · 9871373 · 16 "^ in kgO 2 /(kg-s)
Der Behälter ist zu 80% gefüllt; für die Reaktion wird erschwerend angenommen, daß die Lösung 100%ig ist und keine betriebliche Kühlung vorhanden ist.The container is 80% full; to complicate the reaction, it is assumed that the solution is 100% and that there is no operational cooling.
Die Rechenergebnisse sind für den Behälter ohne Sicherheitseinrichtung in Fig. 2, für den Behälter mit Sicherheitseinrichtung in den Fig. 3-4 enthalten. Die Möglichkeit der Beherrschung der durchgehenden Reaktion ist augenscheinlich.The calculation results are shown in Fig. 2 for the vessel without safety device and in Figs. 3-4 for the vessel with safety device. The possibility of controlling the continuous reaction is obvious.
Die Reaktion zwischen Ameisen- und Salpetersäure und die entsprechende approximative Kinetik werden in (Mejdell, GTh.: Modelling of Pressure Build-up in a Runaway Reactor, in: Swiss Society of Chemical Industries (Ed.): 3rd International Symposium Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries,Basle, Switzerland, Sept. 15-19, 1980 pp.17/1325) dargestellt. Es handelt sich um eine heftige, schnell verlaufende Reaktion zwischen Ameisen- und Salpetersäure, bei der 197 kJ/mol reagierter Ameisensäure frei werden. Der Reaktor hat ein Volumen von 14,3 m3 bei einem anfänglichen Füllungsgrad von 70%, was 10 m3 Edukten entspricht. Es handelt sich um eine Batch-Reaktion in einem Reaktor mit Rührer. Wegen der Schnelligkeit der Reaktion wird die Verzögerung des öffnens der Berstscheiben nach Erreichen des Ansprechdrucks bei der Berechnung berücksichtigt. Temperatur- und Druckverlauf der Reaktion mit Entlastungskühlung sind in Fig. 5 enthalten. Auch hier ist ersichtlich, daß das Durchgehen der Reaktion durch die vorgeschlagene Einrichtung verhindert wird.The reaction between formic and nitric acid and the corresponding approximate kinetics are presented in (Mejdell, GTh.: Modelling of Pressure Build-up in a Runaway Reactor, in: Swiss Society of Chemical Industries (Ed.): 3 rd International Symposium Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries, Basel, Switzerland, Sept. 15-19, 1980 pp.17/1325). It is a violent, rapid reaction between formic and nitric acid, in which 197 kJ/mol of reacted formic acid are released. The reactor has a volume of 14.3 m 3 with an initial filling level of 70%, which corresponds to 10 m 3 of reactants. It is a batch reaction in a reactor with a stirrer. Because of the speed of the reaction, the delay in the opening of the rupture disks after the response pressure is reached is taken into account in the calculation. Temperature and pressure profiles of the reaction with relief cooling are shown in Fig. 5. Here too it is evident that runaway of the reaction is prevented by the proposed device.
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Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29923176U DE29923176U1 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Equipment for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29923176U DE29923176U1 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Equipment for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes |
| DE19959834A DE19959834C1 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Process and device for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29923176U1 true DE29923176U1 (en) | 2000-10-26 |
Family
ID=26055792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29923176U Expired - Lifetime DE29923176U1 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Equipment for emergency cooling and pressure relief of a system for exothermic processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29923176U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107393602A (en) * | 2017-07-31 | 2017-11-24 | 江苏华洋新思路能源装备股份有限公司 | A kind of passive fire resisting relief panel in nuclear power generating sets fuel treatment region |
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1999
- 1999-12-10 DE DE29923176U patent/DE29923176U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107393602A (en) * | 2017-07-31 | 2017-11-24 | 江苏华洋新思路能源装备股份有限公司 | A kind of passive fire resisting relief panel in nuclear power generating sets fuel treatment region |
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