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EP1282735B1 - Modulares Fluidleitungsstück mit Innentemperierung - Google Patents

Modulares Fluidleitungsstück mit Innentemperierung Download PDF

Info

Publication number
EP1282735B1
EP1282735B1 EP01947227A EP01947227A EP1282735B1 EP 1282735 B1 EP1282735 B1 EP 1282735B1 EP 01947227 A EP01947227 A EP 01947227A EP 01947227 A EP01947227 A EP 01947227A EP 1282735 B1 EP1282735 B1 EP 1282735B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid line
temperature control
working fluid
fluid
modular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01947227A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1282735A1 (de
Inventor
Stefan Zikeli
Friedrich Ecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LL Plant Engineering AG
Original Assignee
ZiAG Plant Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZiAG Plant Engineering GmbH filed Critical ZiAG Plant Engineering GmbH
Publication of EP1282735A1 publication Critical patent/EP1282735A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1282735B1 publication Critical patent/EP1282735B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
    • F17D1/16—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity
    • F17D1/18—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity by heating
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/06—Feeding liquid to the spinning head
    • D01D1/09—Control of pressure, temperature or feeding rate
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof

Definitions

  • the invention relates to a modular fluid conduit system for passing a crystallizing, heat-sensitive working fluid such as a synthetic polymer or a polymer solution, a cellulose derivative, a solution of cellulose, water and amine oxide, and mixtures thereof, with at least two series-connectable fluid line pieces, each one in operation Having flowed through the working fluid working fluid line area.
  • a crystallizing, heat-sensitive working fluid such as a synthetic polymer or a polymer solution, a cellulose derivative, a solution of cellulose, water and amine oxide, and mixtures thereof
  • Such fluid line pieces are known as simple pipelines and are conventionally used in spinning plants in which the working fluid is spun as a molding composition into shaped bodies. Through the fluid line piece, the working fluid from a reaction vessel in which it is mixed together, usually transported to a spinneret, where it is spun.
  • the working fluids used are heat-sensitive and prone to a spontaneous exothermic reaction when a certain maximum temperature is exceeded in the fluid conduit, or when the working fluid is stored too long below that maximum temperature.
  • the working fluids contemplated by the present invention generally have a very high temperature-dependent viscosity.
  • the viscosity decreases with increasing temperature and increased shear rate.
  • a molding composition consisting of a spinning solution containing cellulose, water and a tertiary amine oxide, for example N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) and stabilizers for thermal stabilization of the cellulose and the solvent and optionally other additives such
  • NMMO N-methylmorpholine N-oxide
  • stabilizers for thermal stabilization of the cellulose and the solvent and optionally other additives
  • the fluid line piece For the transport of the working fluid, the fluid line piece must be heated on the one hand, so that the viscosity of the working fluid decreases and the working fluid can be promoted with low losses through the fluid line piece. On the other hand, the temperature must not be too high to avoid decomposition and a spontaneous exothermic reaction of the working fluid. Finally, as uniform as possible a velocity profile should form over the flow cross section of the fluid line piece through which the working fluid flows in order to ensure a uniform flow through the fluid line section.
  • EP 0 668 941 B1 proposes controlling the temperature in the middle of the tube and / or on the inner wall of a fluid line piece according to the formulas given there.
  • a cooling medium is passed through a cooling jacket surrounding the working fluid line region.
  • the cooling medium dissipates the heat from possibly occurring exothermic reactions from the working fluid and cools the outer region of the fluid flow.
  • DE 35 32 979 A1 an internal heat tracing for pipes is known.
  • a flow-around tubular hollow body is arranged in a substantially tubular transport and / or delivery line, in particular made of glass.
  • the tubular hollow body is flexible and has a thin wall, so that it gives way to any turbulence due to oscillating movements.
  • the device of DE 35 32 979 A1 is suitable, for example, for plant for sulfochlorination, where the subsidized by the transport and / or delivery line substances should be observed.
  • the fluid conduit system as proposed in EP 0 668 941 B1, has the disadvantage that still a poor efficiency in the flow through the working fluid is achieved, and that only inaccurately the temperature-dependent properties of the working fluid can be influenced.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a fluid line piece, which has an improved efficiency in the flow of the working fluid and allows a more direct influence on the temperature-dependent properties of the working fluid.
  • this object is achieved for a modular fluid line system of the type mentioned above in that the working fluid line region has a substantially annular flow cross section and in the middle of the fluid line piece instead of the core flow of the working fluid, an inner Temper michsvorraum to control the temperature of the working fluid within the Working fluid line region is arranged and is flowed through during operation of a Temper michsfluid, and provided between the at least two fluid line pieces supply module is provided through which during operation Temper michsfluid from outside the tempering device can be fed.
  • the temperature of the outer fluid can thus be influenced very well over the entire flow cross-section.
  • the tempering device occupies the position of the core flow and allows control of the temperature of the working fluid from within the flow. As a result, the working fluid and thus the temperature-dependent properties can be control the working fluid more accurately, the flow losses can be lowered. It also eliminates the need to measure the temperature of the core flow, which is possible only very inaccurate and indirect and with great effort.
  • the internal area of the working fluid can thus be directly influenced in its temperature by the tempering device according to the invention flowing around the working fluid ,
  • the thickness of the flow cross section to be tempered is reduced by the arrangement of the temperature control device instead of the core flow of the working fluid and the consequent annular working fluid conduit region.
  • the thickness of the layer to be tempered corresponds to that of the inner diameter of the working fluid conduit region .
  • the layer thickness of the working fluid to be tempered only corresponds to the wall thickness of the annular flow cross section. The reduced layer thickness reduces the time constants for the heat transfer.
  • the temperature control device can serve both for cooling and for heating the working fluid, depending on whether the temperature of the temperature control device is higher or lower than the temperature of the working fluid.
  • the temperature of the temperature control device can also be controlled such that certain sections of the temperature control device act as cooling sections and other sections as heating sections.
  • the reference temperature of the working fluid used here is the temperature of the working fluid averaged over the flow cross section of the working fluid conduit region.
  • the temperature control device is designed as an inner tube arranged coaxially with the working fluid line region, through which a temperature control fluid flows.
  • the cooling or heating of the working fluid through the tempering fluid flowing through the tempering device can take place in countercurrent or direct current.
  • DC the flow directions of the working fluid and Temper michsfluid are substantially rectified.
  • countercurrent flow directions of working fluid and Temper michsfluid are essentially in opposite directions.
  • a tempering jacket section can also be provided which at least partially surrounds the working fluid line region.
  • a temperature control device which acts directly on the inner region of the flow, and a further temperature control, which acts on the outer region of the flow. Both tempering devices together have a significantly increased surface area for heat transfer compared with the prior art.
  • the Temper istsmantelabsacrificing be traversed by a Temper michsfluid.
  • a tempering fluid By means of a tempering fluid, it is possible, for example, to achieve a more uniform heat transfer without large local temperature differences compared to an electrical heating.
  • Temper michad in Temper michsmantelabites has a temperature independently controlled by Temper michsfluid in the temperature control. Regardless of the Temper michsvorraum the Temper michsmantelabsacrificing can be used for cooling or heating in cocurrent or countercurrent.
  • the working fluid line section is at least partially surrounded by a heat insulation layer.
  • the temperature control device is surrounded by the working fluid.
  • the fluid line piece has a spacer which extends from the temperature control device in the working fluid to the inner wall of the working fluid line piece.
  • spacers may be provided in a respective favorable arrangement. A separate heating of the spacers is possible.
  • the spacers may have a substantially streamlined cross-section.
  • the heat transfer surface can be increased again, even if the spacer is flowed through by the Temper michsfluid. As a result, it is also possible to act directly on the working fluid which does not come into direct contact with the tempering device or the temperature control jacket section. At the same time a structurally simple way of supplying the tempering with Temper michsfluid is possible by this solution.
  • the spacer is arranged on a lying in the direction of passage of the working fluid end of the fluid line piece.
  • the fluid line piece may have at least one end located in the flow direction of the working fluid, a connecting portion which is configured such that the fluid line piece is connectable to other fluid line pieces.
  • the Temper michsfluid be supplied for the tempering at the connecting portion.
  • the connecting section may have at least one Temper michsfluidö réelle through which the Temper michsfluid from outside the fluid line piece can be fed to the Temper michsvorraum.
  • a separate supply of the individual fluid line sections with temperature control fluid can be dispensed with if the temperature control device has an opening for the temperature control fluid in the temperature control device at at least one end located in the direction of passage of the working fluid, which opening can not be connected to a corresponding passage opening of a further fluid line section.
  • the Temper istsvortechniken cascaded fluid line pieces are directly connected.
  • correspondingly matching receiving means can be provided at the respective passage openings.
  • a further fluid line piece is connected to the fluid line piece, which is not connected to an inventive is provided inner tempering device.
  • a closure means may be provided which is attachable to the passage opening for the Temper michsfluid the inner heating section and through which the passage opening is tightly closed. By the closure means leakage of Temper michsfluids is avoided in the working fluid.
  • the closure means has a substantially streamlined outer shape. The closure means may be arranged on an end of the tempering device located in or against the passage direction of the working fluid.
  • the fluid line piece may take any functional form commonly used in line technology.
  • the fluid line piece according to the invention may be formed as a straight or arbitrarily curved pipe piece, which has at each end located in the flow direction of the working fluid in each case a connecting portion for connecting two further fluid line pieces.
  • the fluid line piece can also be equipped as a distributor piece with at least three connecting portions for connecting further fluid line pieces.
  • Such manifolds may be formed, for example, in Y-shape, in T-shape or in any other three-dimensional shape.
  • fluid line piece is designed as an end piece with only one connecting portion for the connection of only one further fluid line piece.
  • the one passage opening for the working fluid is expediently closed.
  • the fluid line piece can also be configured as a reducing piece whose one flow cross-section through which the working fluid flows is smaller at an end located in the direction of passage of the working fluid than at the opposite end in the passage direction The End.
  • a reducer can be used to create transitions between different fluid conduit systems.
  • the fluid line piece may have a built-in mixing reactor for treating the working fluid and for influencing the polymer characteristic.
  • the fluid line piece may include one or more fluid filter groups for filtering the working fluid.
  • the invention is not limited to the specific type of Tempertechnischsfluids. So can be used as Tempertechnischsfluid liquids and gases.
  • the working fluid line section or the Temper michsmantelab bain any with respect to the working fluid corrosion resistant and pressure-resistant material with respect to the possible exothermic reactions can be used.
  • One possible material is steel or stainless steel or chrome-plated steel or stainless steel.
  • the outer wall of the tempering device or the inner wall of the working fluid line region can be particularly smoothly machined or provided with a friction-minimizing coating.
  • the fluid line system may further include a regulator or obturator that serves to control the working fluid.
  • the control or obturator can be fed via the Temper michsfluidchuck system.
  • the temperature control device can be constructed as a separate part to which a conventional fluid line piece or a conventional conduit can be attached.
  • the tempering device has a connection means which can be connected to a connection means of a further temperature-control module or of a further fluid line section and to which the fluid line section can simultaneously be tightly fastened.
  • the temperature control device takes the place of the core flow in the fluid conduit, so that a substantially annular, thin-layer-like flow cross-section between tempering device and retrofitted fluid line pipe is formed.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a fluid line piece 1 according to the invention in a longitudinal section along a center line M of the fluid line piece M.
  • the fluid line piece 1 is substantially tubular and rotationally symmetrical about the central axis M.
  • the fluid line piece of Fig. 1 is especially for the passage of a spinning solution containing water, cellulose and tertiary amine oxide, designed as working fluid.
  • the working fluid is passed through a working fluid conduit portion 2 having an annular flow area.
  • the working fluid line region has an outer wall 3 and an inner wall 4, which delimit the flow cross section of the working fluid line region 2.
  • the inner wall 4 of the working fluid conduit region 2 is formed by a tempering device 5.
  • the tempering device 5 has a coaxial to the working fluid line 2 formed line section or inner body 6, the interior 7 is flowed through by a Temper michsfluid.
  • the inner body 6 is formed substantially tubular.
  • the tempering device 5 is externally surrounded by the working fluid in the working fluid line region 2. Since the temperature of the Temper michsfluids in the interior 7 of the Temper michsvoriques 5 has a temperature difference from the temperature of the working fluid in the working fluid line 2, takes place through the wall of the conduit 6, a heat exchange. Depending on whether the temperature of the Temper michsfluids is greater or less than the temperature of the working fluid, there is a heat exchange from the working fluid to the Temper michsfluid or Temper michsfluid instead of the working fluid.
  • the tempering device can be used both for heating and for cooling the working fluid.
  • the outer wall 3 of the working fluid conduit portion 2 is formed by a tubular body 8, which constitutes a Temper michsmantelabsacrificing.
  • the tube 8 is surrounded by a cavity 9, which may also be surrounded by a Temper michsfluid.
  • the temperature of the Temper michsfluids in Temper michsmantelab bainsky 9 may be greater or less than the temperature of the working fluid.
  • the outer wall 3 can be used to cool or to heat the working fluid independently of the tempering device 5.
  • the Temper einsmantelabsacrificing is provided with connections for the supply of Temper michsfluid.
  • the temperature control fluid is supplied to the Temper michsmantelabites 9 in a predetermined controllable temperature.
  • the tempering device 5 is supplied with tempering fluid via radially extending feed lines 10, which terminate in passage openings 11.
  • the passage openings 11 are arranged on a flange-shaped connecting portion 12 of the fluid line piece 1.
  • the connecting portion 12 serves to connect the fluid line piece 1 with further, not shown, fluid line pieces.
  • the working fluid flows through an annular passage opening 13 from one fluid line piece to the other.
  • the connecting portion may for example be provided with passage or threaded openings 14, through which a fluid-tight and pressure-resistant connection can be made by means of screws with the connecting portion of another fluid line piece.
  • the fluid line piece of Fig. 1 is for explaining various variants of the supply of Temper michsfluid to the Temper michsvorraum 5 with different connection portions at the two in the direction of passage of the working fluid, i. shown in the direction of the center axis M ends.
  • the section for supplying the tempering device with tempering fluid is fixedly connected to the tempering device 5.
  • a closure means 15 is attached to the end of the conduit 6 of the tempering 5, through which the passage opening for the Temper michsfluid is closed in the tempering 5.
  • connection section 12 At the right end of the fluid line section 1 in FIG. 1, another variant of the connection section 12 or the feed of the temperature control fluid in the temperature control device 5 is shown. Instead of an integrally connected to the temperature control device 5 feed the feed at the right end of the fluid line section 1 forms a separate feed module or a separate mounting body 16.
  • the feed module 16 is provided with a line section 16 'which can be tightly connected to the temperature control fluid line 6 of the temperature control device 5. In the embodiment of FIG. 1, this is achieved in that the line section 16 'is inserted into the line or the inner body 6. Via the line section 16, the interior 7 of the Temper GmbHsfluidtechnisch 6 is connected to the radial or spoke extending feed lines 10 of the feed module 16.
  • the feed lines 10 of the fastening body 16 terminate in passage openings 11, which are connected to a Temper michsfluidchuck not shown.
  • the Temperianssfluid not shown in the figures promotes the Temper michsfluid by the Temper michsvorraum 5 and simultaneously controls the temperature of the Temper michsfluids depending on predetermined process parameters, such as the composition of the working fluid, the conveying speed of the working fluid, the mass flow of the working fluid and the like.
  • Fig. 2 shows a cross section perpendicular to the center line M along the line II-II of Fig. 1st
  • the feed lines 10 are rectilinear in the radial direction and are arranged in a star shape.
  • the number of feeder lines is arbitrary, as is their arrangement. In order to prevent dead water areas behind the feed lines, their cross-section in the direction of passage of the working fluid is streamlined.
  • the feed lines 10 are connected to an annular space 17.
  • This annulus 17 may be connected via one or more ports to the Temper GmbHsfluidchuckssystem (not shown here).
  • the closure means 14 is used in each case if the temperature control devices 5 of successive fluid line pieces are to be isolated from one another.
  • This can serve, for example, to keep the temperature drop along the flow direction of the tempering fluid in the tempering device 5 low, or to alternately heat or cool successive fluid line pieces.
  • the direction of flow of the tempering fluid in the tempering device 5 can take place in the same direction or opposite to the direction of the flow through the working fluid line section 2, that is, in cocurrent or in countercurrent.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a fluid line piece 1 according to the invention.
  • the same reference numerals are used for elements that perform the same or similar function as in the embodiment of FIG.
  • the fluid line piece of Fig. 3 is formed as a manifold, which is designed in Y-shape.
  • the embodiment of Fig. 3 may also be in the form of any other distributor piece, for example in T-shape or in any three-dimensional shape, be formed.
  • the manifold is provided with two curved pipe sections 20 which terminate in connecting sections 12 according to one of the variants of FIG. In certain applications can be dispensed with the interposition of a pipe section. In this case, the connecting portions 12 are located directly on the manifold 1.
  • the distributor 1 is externally provided with a Temper michsmantelabites 9, which surrounds an outer wall 8 of the working fluid line section 2.
  • the Temper michsmantelabites 9 is connected to the distributor of FIG. 3 via the feed lines 8 with the tempering device 5.
  • the manifold 1 is connected to a total of three fluid line pieces (not shown). In the region in which branch the working fluid line areas, no Temper michsvortechniken 5 are mounted so as not to block the flow of the working fluid.
  • the temperature control devices 5 of the two pipe sections 20 end before the intersection of the respective center lines M of the corresponding fluid line piece.
  • the closure pieces 14 are streamlined, conical in the present case.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids wie eines synthetischen Polymers oder einer Polymerlösung, eines Cellulosederivats, einer Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, sowie Mischungen davon, mit wenigstens zwei in Reihe schaltbaren Fluidleitungsstücken, die jeweils einen im Betrieb vom Arbeitsfluid durchströmten Arbeitsfluidleitungsbereich aufweisen.
  • Derartige Fluidleitungsstücke sind als einfache Rohrleitungen bekannt und werden herkömmlicherweise bei Spinnanlagen, bei denen das Arbeitsfluid als Formmasse zu Formkörpern versponnen wird, eingesetzt. Durch das Fluidleitungsstück wird das Arbeitsfluid 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 ingesamt eine sehr hohe, temperaturabhängige Viskosität auf. Die Viskosität sinkt mit steigender 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, beispielsweise N-Methylmorpholin N-Oxid (NMMO) sowie Stabilisatoren zur thermischen Stabilisierung der Cellulose und des Lösungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Additive wie z.B. Titandioxid, Bariumasulfat, Graphit, Carboxymethylcellulosen, Polyethylenglycote, 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, etc. enthält.
  • Für den Transport des Arbeitsfluids muss das Fluidleitungsstück einerseits beheizbar sein, damit die Viskosität des Arbeitsfluids sinkt und das Arbeitsfluid mit geringen Verlusten durch das Fluidleitungsstück gefördert werden kann. Andererseits darf die Temperatur nicht zu hoch sein, um eine Zersetzung und eine spontane exotherme Reaktion des Arbeitsfluids zu vermeiden. Schließlich soll sich über den vom Arbeitsfluid durchströmten Strömungsquerschnitt des Fluidleitungsstückes ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil ausbilden, um eine gleichmäßige Durchströmung des Fluidleitungsstückes sicherzustellen.
  • In der EP 0 668 941 B1 wird zur Lösung dieser Probleme vorgeschlagen, die Temperatur in der Rohrmitte und/oder an der Innenwand eines Fluidleitungsstückes gemäß den dort angegebenen Formeln zu steuern. Dazu wird ein Kühlmedium durch einen den Arbeitsfluidleitungsbereich umgebenden Kühlmantel geleitet. Das Kühlmedium leitet die Wärme von eventuell auftretenden exothermen Reaktionen aus dem Arbeitsfluid ab und kühlt den Außenbereich der Fluidströmung.
  • Aus der DE 35 32 979 A1 ist eine innenliegende Begleitheizung für Rohrleitungen bekannt. Dabei wird in einer im Wesentlichen rohrförmigen Transport- und/oder Förderleitung, insbesondere aus Glas, ein umströmter schlauchförmiger Hohlkörper angeordnet. Der schlauchförmige Hohlkörper ist flexibel und weist eine dünne Wand auf, so dass er eventuell auftretenden Turbulenzen durch schwingende Bewegungen nachgibt. Die Vorrichtung der DE 35 32 979 A1 ist beispielsweise für Anlage zur Sulfochlorierung geeignet, wo die durch die Transport- und/oder Förderleitung geförderten Substanzen beobachtet werden sollen.
  • In "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie", 4. Auflage, Band 2 (1972), Verlag Chemie, Seiten 458 und 459 sind im Abschnitt 3.2.1.3. die Gleichungen für den Wärmeübergang bei indirekten Wärmeaustauschern angegeben. Hierbei ist bezüglich der Randbedingungen dieser Gleichungen angeführt, dass der Wärmeübergang nur am Innenrohr, nur am Außenrohr oder an beiden Rohren stattfinden kann.
  • Das Fluidleitungssystem, wie es in der EP 0 668 941 B1 vorgeschlagen wird, hat den Nachteil, dass nach wie vor ein schlechter Wirkungsgrad bei der Durchströmung durch das Arbeitsfluid erreicht wird, und dass nur ungenau auf die temperaturabhängigen Eigenschaften des Arbeitsfluids Einfluss genommen werden kann.
  • Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Fluidleitungsstück zu schaffen, das einen verbesserten Wirkungsgrad bei der Durchströmung des Arbeitsfluids aufweist und das eine direktere Einflussnahme auf die temperaturabhängigen Eigenschaften des Arbeitsfluids ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für ein modulares Fluidleitungssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich einen im Wesentlichen ringförmigen Strömungsquerschnitt aufweist und dass in der Mitte des Fluidleitungsstücks an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids eine innere Temperierungsvorrichtung, die zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitsfluidleitungsbereichs angeordnet und im Betrieb von einem Temperierungsfluid durchströmt ist, und ein zwischen den wenigstens zwei Fluidleitungsstücken anordenbares Speisemodul vorgesehen ist, durch das im Betrieb Temperierungsfluid von außerhalb der Temperierungsvorrichtung zuführbar ist.
  • Bei dieser Lösung gibt es somit keine Kemströmung mehr. Die Temperatur des Außenfluids kann somit sehr gut über den gesamten Strömungsquerschnitt beeinflusst werden. Die Temperiervorrichtung nimmt die Lage der Kemströmung 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 Kemströmung 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 über die Kühlung der Außentemperatur eine Beeinflussung der Kerntemperatur stattfinden kann, ist durch die vom Arbeitsfluid umströmte, erfindungsgemäße Temperierungsvorrichtung der innere Bereich des Arbeitsfluids somit direkt in seiner Temperatur beeinflussbar.
  • Durch die Anordnung der Temperiervorrichtung an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids und den dadurch bedingten ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereich wird auch die Dicke des zu temperierenden Strömungsquerschnitts verringert: Bei dem Verfahren der EP 0 668 941 A1 entspricht die Dicke der zu temperierenden Schicht , die dem dem Innendurchmesser des Arbeitsfluidleitungsbereichs. Erfindungsgemäß entspricht 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 Arbeitsfluids dienen, je nachdem, ob die Temperatur der Temperiervorrichtung höher oder niedriger als die Temperatur des Arbeitsfluids ist. Im Fluidleitungsstück kann die Temperatur der Temperiervorrichtung auch so gesteuert sein, dass bestimmte Abschnitte der Temperiervorrichtung als Kühlabschnitte und andere Abschnitte als Heizabschnitte wirken. Als Referenztemperatur des Arbeitsfluids dient dabei die über den Strömungsquerschnitt 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 beispielsweise gegenüber einer elektrischen Beheizung ein gleichmäßigerer Wärmeübergang 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 Arbeitsfluid und Temperierungsfluid im Wesentlichen gegenläufig.
  • In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Fluidleitungsstückes kann zusätzlich zur Temperierungsvorrichtung auch ein Temperierungsmantelabschnitt vorgesehen 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 Wärmeübergang 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 Wärmeübergang 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 Temperierungsfluid. 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 genauer 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. Unabhängig 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 möglichst gering zu halten, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Arbeitsfluidleitungsabschnitt zumindest abschnittsweise von einer Wärmeisolationsschicht 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 Abstandshalter 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 Arbeitsfluid möglichst gering zu halten, können die Abstandshalter einen im Wesentlichen stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen.
  • Die Wärmeübergangsfläche kann nochmals vergrößert werden, wenn auch der Abstandshalter 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 Lösung eine konstruktiv einfache Möglichkeit der Versorgung der Temperierungsvorrichtung mit Temperierungsfluid möglich.
  • Bezeichnet man den Innendurchmesser des Fluidleitungsstückes mit DA und den Außendurchmesser der Temperierungsvorrichtung mit DI, wobei DA dem Außendurchmesser und DI dem Innendurchmesser des ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereichs entspricht, und bestimmt man einen adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD zu √(DA 2-DI 2), dann lässt sich ein Oberflächenverhältnis wie folgt definieren: O= (DI+DA)/DAD. Dieses Oberflächenverhältnis O liegt vorzugsweise zwischen O=1 bis O=4, besonders bevorzugt zwischen O=1 bis O=1,8.
  • Das Verhältnis der Durchmesser DA und DI kann über ein Arbeitsfluidschichtdickenverhältnis A angegeben werden, welches das Verhältnis der Schichtdicke S=(DA-DI )/2 - bei Ausführung mit Temperierungsvorrichtung (ringförmig) - bzw. S=DA - ohne Temperiervorrichtung (nur Außenrohr) - zum Außendurchmesser DA des Arbeitsfluidleitungsbereichs darstellt, A=S/DAD: Dieses Verhältnis beträgt bevorzugt weniger als 0,5, besonders 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 Arbeitsfluids gelegenen Ende des Fluidleitungsstücks angeordnet ist.
  • Zum Aufbau eines modularen Fluidleitungssystems kann das Fluidleitungsstück an zumindest einem in Durchströmungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende einen Verbindungsabschnitt aufweisen, der so ausgestaltet ist, dass das Fluidleitungsstück mit anderen Fluidleitungsstücken verbindbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Temperierungsfluid für die Temperierungsvorrichtung am Verbindungsabschnitt zugeführt werden. Dazu kann der Verbindungsabschnitt mindestens eine Temperierungsfluidöffnung aufweisen, durch die das Temperierungsfluid von außerhalb des Fluidleitungsstückes an die Temperierungsvorrichtung zuführbar ist.
  • Bei mehreren hintereinandergeschalteten Fluidleitungsstücken kann eine jeweils separate 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 Ausgestaltung werden die Temperierungsvorrichtungen hintereinandergeschalteter Fluidleitungsstücke direkt miteinander verbunden. Hierzu können an den jeweiligen Durchtrittsöffnungen 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 Verschlussmittel vorgesehen sein, das auf die Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid des inneren Heizabschnittes anbringbar ist und durch das die Durchtrittsöffnung dicht verschließbar ist. Durch das Verschlussmittel wird ein Austreten des Temperierungsfluids in das Arbeitsfluid vermieden. Um an der Stelle des Verschlussmittels die Strömungsverluste möglichst gering zu halten, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Verschlussmittel eine im Wesentlichen stromlinienförmige Außenform aufweist. Das Verschlussmittel kann an einem in oder gegen die Durchleitungsrichtung 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 gekrümmtes Rohrleitungsstück ausgebildet sein, das an jedem in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids 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 Verbindungsabschnitten zum Anschluss weiterer Fluidleitungsstücke ausgestattet sein. Derartige 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 einem Verbindungsabschnitt zum Anschluss nur eines weiteren Fluidleitungsstückes auszugestalten. 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 entgegengesetzten 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 mehrere 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 korrosionsbeständiger und hinsichtlich der möglichen exothermen Reaktionen druckbeständiger 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 Temperierungsvorrichtung oder die Innenwandung des Arbeitsfluidleitungsbereichs besonders glatt bearbeitet oder mit einer reibungsminimierenden Beschichtung versehen sein.
  • Das Fluidleitungssystem kann des Weiteren ein Regel- oder Absperrorgan aufweisen, das der Steuerung des Arbeitsfluids dient. Das Regel- oder Absperrorgan kann über das 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 befestigt 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 Fluidleitungsstück dicht befestigbar ist. Die Temperiervorrichtung nimmt die Stelle der Kernströmung im Fluidleitungsrohr ein, so dass sich ein im wesentlichen ringförmiger, dünnschichtartiger Strömungsquerschnitt zwischen Temperiervorrichtung und nachgerüstetem 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 Längsschnitt;
    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 Fluidleitungsstückes 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 ringförmigem Strömungsquerschnitt geleitet. Der Arbeitsfluidleitungsbereich weist eine Außenwandung 3 und eine Innenwandung 4 auf, die den Strömungsquerschnitt des Arbeitfluidleitungsbereichs 2 begrenzen.
  • Die Innenwandung 4 des Arbeitfluidleitungsbereichs 2 wird von einer Temperierungsvorrichtung 5 gebildet.
  • Die Temperierungsvorrichtung 5 weist einen koaxial zum Arbeitsfluidleitungsbereich 2 ausgebildeten Leitungsabschnitt bzw. Innenkörper 6 auf, dessen Innenraum 7 von einem Temperierungsfluid durchströmt wird. Der Innenkörper 6 ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet.
  • Die Temperierungsvorrichtung 5 wird außen vom Arbeitsfluid im Arbeitsfluidleitungsbereich 2 umspült. Da die Temperatur des Temperierungsfluids im Innenraum 7 der Temperierungsvorrichtung 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 Temperierungsvorrichtung 5 kann die Temperatur des Temperierungsfluids im Temperierungsmantelabschnitt 9 größer oder kleiner als die Temperatur des Arbeitsfluids sein. Somit kann die Außenwandung 3 zum Kühlen oder zum Beheizen des Arbeitsfluids unabhängig von der Temperierungsvorrichtung 5 verwendet werden.
  • Der Temperierungsmantelabschnitt ist mit Anschlüssen zur Versorgung mit Temperierungsfluid 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 Fluidleitungsstück 1 mit weiteren, nicht gezeigten Fluidleitungsstücken zu verbinden. Das Arbeitsfluid strömt dabei durch eine ringförmige Durchtrittsöffnung 13 von einem Fluidleitungsstück zum andern.
  • Der Verbindungsabschnitt kann beispielsweise mit Durchgangs- oder Gewindeöffnungen 14 versehen sein, durch die eine fluiddichte und druckfeste Verbindung mittels Schrauben mit dem Verbindungsabschnitt eines weiteren Fluidleitungsstückes hergestellt werden kann.
  • Das Fluidleitungsstück der Fig. 1 ist zur Erläuterung verschiedener Varianten der Zufuhr von Temperierungsfluid an der Temperierungsvorrichtung 5 mit unterschiedlichen Verbindungsabschnitten 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 Temperierungsvorrichtung mit Temperierungsfluid fest mit der Temperierungsvorrichtung 5 verbunden.
  • In Fig. 1 ist an dem Ende des Leitungsrohres 6 der Temperierungsvorrichtung 5 ein Verschlussmittel 15 angebracht, durch das die Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid 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 Temperierungsvorrichtung 5 verbundenen Einspeisung bildet die Einspeisung am rechten Ende des Fluidleitungsstückes 1 ein separates Speisemodul bzw. einen separaten Befestigungskörper 16 aus. Das Speisemodul 16 ist mit einem Leitungsabschnitt 16' versehen, der mit der Temperierungsfluidleitung 6 der Temperierungsvorrichtung 5 dicht verbindbar ist. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird dies dadurch erreicht, dass der Leitungsabschnitt 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 Befestigungskörpers16 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 Verfahrensparametern, wie beispielsweise der Zusammensetzung des Arbeitsfluids, der Fördergeschwindigkeit des Arbeitsfluids, dem Massestrom des Arbeitsfluids und ähnlichem.
  • Für die Versorgung des Temperierungsmantelabschnittes 9 und der Temperierungsvorrichtung 5 können unterschiedliche Temperierungsfluidversorgungssysteme vorgesehen sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beträgt ein Oberflächenverhältnis O= (DI+DA)/DAD, das aus dem Quotienten aus der Summe des Außendurchmessers DA und des Innendurchmessers DI des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 und einem adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD=√(DA 2-DI 2) gebildet wird, zwischen O=1 bis O=4, besonders bevorzugt zwischen O=1 bis O=1,8.
  • Das Verhältnis A=S/DAD der Schichtdicke S=(DA-DI)/2 zum adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD 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 verhindern, ist deren Querschnitt in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluid stromlinienförmig ausgebildet.
  • In Fig. 2 sind die Speiseleitungen 10 zu einem Ringraum 17 verbunden. Dieser Ringraum 17 kann über einen oder mehrere Anschlüsse mit dem Temperierungsfluidversorgungssystem (hier nicht dargestellt) verbunden sein.
  • Das Verschlussmittel 14 wird jeweils dann eingesetzt, wenn die Temperierungsvorrichtungen 5 aufeinander folgender Fluidleitungsstücke voneinander isoliert werden sollen.
  • Dies kann beispielsweise dazu dienen, den Temperaturabfall entlang der Strömungsrichtung 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 Fluidleitungsstückes 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 ausgeführt ist. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann auch in Form eines beliebigen anderen Verteilerstückes, beispielsweise in T-Form oder in einer beliebigen dreidimensionalen Form, ausgebildet sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist das Verteilerstück mit zwei gekrümmten Rohrabschnitten 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 direkt am Verteilerstück 1 an.
  • Das Verteilerstück 1 ist außen mit einem Temperierungsmantelabschnitt 9 versehen, der eine Außenwand 8 des Arbeitsfluidleitungsabschnittes 2 umgibt. Der Temperierungsmantelabschnitt 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) verbunden. 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 Fluidleitungsstückes. Um im Bereich der Enden der Temperierungsvorrichtungen 5 eine günstige, möglichst verlustfreie Strömung ohne Ausbildung von Stagnationsgebieten zu erhalten, in denen das Arbeitsfluid degradieren könnte, sind die Verschlussstücke 14 stromlinienförmig, im vorliegenden Fall kegelförmig, ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung wird eine saubere Aufteilung der Strömung des Arbeitsfluids im Verteilerstück 1 erreicht. Über den Abschnitt 21 des Temperierungsmantelabschnittes 9 findet ein Austausch von Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtungen 5 der beiden Rohrabschnitte 20 statt.

Claims (22)

  1. Modulares Fluldieltungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids, wie eines synthetischen Polymers oder einer Polymerlösung, eines Cellulosederivats, einer Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, sowie Mischungen davon, mit wenigstens zwei in Reihe schaltbaren Fluidleitungsstücken, die jeweils einen im Betrieb vom Arbeitsfluid durchströmten Arbeitsfluidleitungsbereich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) einen im Wesentlichen ringförmigen Strömungsquerschnitt aufweist und dass in der Mitte (M) des Fluidleitungsstücks (1) an Stelle der Kemströmung des Arbeitsfluids eine innere Temperierungsvorrichtung (5), die zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) angeordnet und im Betrieb von einem Temperierungsfluid durchströmt ist, und ein zwischen den wenigstens zwei Fluidleitungsstücken (1) anordenbares Speisemodul (16) vorgesehen ist, durch das im Betrieb Temperierungsfluid von außerhalb der Temperierungsvorrichtung (5) zuführbar ist.
  2. Modulares Fluidleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Temperierungsvorrichtung (5) als eine vorzugsweise rohrförmige Temperierfluidleitung (8) ausgebildet ist.
  3. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) einen Temperierungsmantelabschnitt (9) zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids aufweist, der den Arbeitsfluidleitungsbereich (2) zumindest abschnittsweise umgibt.
  4. Modulares Fluidleitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierungsmantelabschnitt (9) von einem Temperferongsfluid durchströmt ist
  5. Modulares Fluidieitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) zumindest abschnittsweise von einer Wärmeisolationsschicht umhüllt ist.
  6. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der Temperierungsvorrichtung (5) zur Außenwandung (3) des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) zumindest ein Abstandhalter (10) in das Arbeitsfluid erstreckt.
  7. Modulares Fluidleitungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) einen im Wesentlichen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.
  8. Modulares Fluidleitungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) vom Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung (5) durchströmbar ausgestaltet ist.
  9. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) an einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende des Fluidleitungsstücks (1) angeordnet ist.
  10. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) an einem separaten Speisemodul (16) ausgebildet ist, das an der Temperierungsvorrichtung (5) angebracht ist.
  11. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) an zumindest einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende eine Durchtrittsöffnung (14') für das Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung (5) aufweist, die mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung (14') eines weiteren Fluidleitungsstückes (1) dicht verbindbar ist.
  12. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschlussmittel (15) vorgesehen ist, das auf die Durchtrittsöffnung (14') für das Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtung (5) anbringbar ist und durch das die Durchtrittsöffnung (14') dicht verschließbar ist.
  13. Modulares Fluidleitungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (15) eine im Wesentlichen stromlinienförmige Außenform aufweist.
  14. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) an zumindest einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende einen Verbindungsabschnitt (12) zur Verbindung des Fluidleitungsstücks (1) mit einem weiteren Fluidleitungsstück (1) aufweist.
  15. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenverhältnis O=(DI+DA)/DAD aus der Summe aus Außendurchmesser DA und Innendurchmesser DI des ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) und einem adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD=√(DA 2-DI 2) zwischen O=1 bis O=4, bevorzugt zwischen O=1 bis O=1,8 liegt.
  16. Modulares Fluidteitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsftuidschichtdidcenverhältnis A=S/DAD aus dem Verhältnis der Schichtdicke S=(DA-DI)/2 zum adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) bevorzugt weniger als 0,5, besonders bevorzugt weniger als 0,4, beträgt.
  17. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) als gerades oder beliebig gekrümmtes Rohrleitungsstück ausgebildet ist, das an jedem in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende jeweils einen Verbindungsabschnitt (12) zum Anschluss zweier weiterer Fluidleitungsstücke (1) aufweist.
  18. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) als Verteilerstück mit mindestens drei Verbindungsabschnitten zum Anschluss weiterer Fluidleitungsstücke (1) ausgestaltet ist.
  19. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstück (1) als Endstück mit nur einem Verbindungsabschnitt (12) zum Anschluss nur eines weiteren Fluidleitungsstückes (1) ausgestaltet ist.
  20. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (12) mit mindestens einer Temperierungsfluidöffnung (11) versehen ist, durch die Temperierungsfluid von außerhalb des Fluidleitungsstückes (1) der Temperierungsvorrichtung (5) zuführbar ist.
  21. Modulares Fluidleitungssystem nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) und/oder das Fluidleitungsstück (1) im Arbeitsfluidleitungsbereich (2) aus Stahl, Edelstahl oder verchromtem Stahl gefertigt ist.
  22. Temperierungsvorrichtung (5) zum Einbau in ein Fluidleitungsstück (1) eines modulares Fluidleitungssystems zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids wie eines synthetischen Polymers, Cellulosederivats sowie einer Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, wobei das Fluidleitungsstück (1) einen Arbeitsfluidleitungsbereich (2) aufweist, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) von einem Temperierungsfluid durchströmbar ausgestaltet ist und die Stelle der Kemströmung des Arbeitsfluidleitungsbereiches (2) einnimmt und dort ein Speisemodul (16) vorgesehen ist, das zwischen zwei Fluidleitungsstücken (1) anordenbar ist und durch das das Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtung (5) von außen zuführbar ist.
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