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Verfahren zur Spülung, Abdichtung und/oder Schmierung von korrosionsempfmdlichen Stellen wie Laufflächen,
Stopfbüchsen od. dgl. in Kolbenpumpen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Spülung, Abdichtung und/oder Schmierung von korrosionsempfindlichen Stellen wie Laufflächen, Stopfbüchsen od. dgl. in Kolbenpumpen, die der
Förderung von Reaktionsschmelzen an sich gasförmiger, jedoch verflüssigter Reaktionsmedien dienen, die zu an sich festen, jedoch bei höherer Temperatur schmelzenden Reaktionsprodukten führen. Solche
Reaktionsschmelzen haben vielfach die Eigenschaft, dass sie z. B. die Dichtungen angreifen, so dass diese in kurzer Zeit zerstört werden.
Sie enthalten in der Regel feste Ausscheidungen, die zwar bei genügend hoher Temperatur mit der Reaktionsschmelze eine homogene Flüssigkeit bilden, aber an kalten Stellen auskristallisieren und korrosiv wirken.
Es ist bekannt, zur Abdichtung von Plungerpumpen eine Sperrflüssigkeit, etwas Wasser oder Öl, im Bereich der Dichtung, z. B. im Takt der Maschine, zuzuführen und entlang dem Plungerkolben in den Förderraum der Pumpe zu drücken, beispielsweise, um einen Zutritt der von der Pumpe geförderten Hauptflüssigkeit zur Dichtung zu verhindern. Die Mischung der Sperrflüssigkeit mit der geförderten Hauptflüssigkeit führt jedoch vielfach zu unerwünschten Ergebnissen.
So bewirkt beispielsweise Wasser eine Verdünnung der Schmelze bzw. eine Herabsetzung des gewünschten chemischen Umsatzes, so dass es in einem gewissen Stadium der chemischen Vorgänge, etwa einer bestimmten Synthese, wieder ausgeschleust werden muss, während öl ein überhaupt nicht mit der Schmelze mischbarer Fremdstoff ist, bei den im allgemeinen notwendigen hohen Temperaturen zur Zersetzung neigt und dadurch leicht unabsehbare Komplikationen hervorruft und ausserdem das Endprodukt unerwünscht verfärbt.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber vor allem, einerseits die Reaktionsschmelzen bzw. deren Ausscheidungen von den korrosionsempfindlichen Stellen, insbesondere den Stopfbüchsen oder sonstigen Dichtungen, fernzuhalten und anderseits unter Vermeidung störender chemischer oder chemisch-physikalischer Einflüsse die Wirtschaftlichkeit der das Pumpensystem der Kolbenpumpe miteinschliessenden Arbeitsvorgänge zu erhöhen. Die Erfindung besteht demgemäss nach einem wesentlichen Merkmal darin, dass zur Spülung, Abdichtung und/oder Schmierung der korrosionsempfindlichen Stellen, wie Laufflächen, Stopfbüchsen od. dgl. der Reaktionspartner in verflüssigter Form verwendet wird.
Hiedurch lässt sich erreichen, dass die Reaktionsschmelze selbst mit der Stopfbüchse nicht in Berührung kommt, letztere vielmehr gegen die zerstörenden Einwirkungen der Reaktionsschmelze und damit auch der Ausscheidungen derselben durch den flüssigen Reaktionspartner geschützt wird. Als Reaktionspartner kann dieser gleichzeitig zu den gewünschten chemischen Reaktionen beitragen und deren Umsatz erhöhen.
Eine wichtige Anwendungsform der Erfindung besteht beispielsweise darin, dass bei Reaktionen unter Beteiligung von Ammoniak zur Spülung, Abdichtung und/oder Schmierung verflüssigtes Ammoniak verwendet wird. Die Erfindung besteht demgemäss nach einem weiteren Merkmal der Erfindung darin, dass bei Förderung von Karbamat Ammoniak, das einen Reaktionspartner des Karbamats bildet, als Sperrflüssigkeit der Stopfbüchse zugeführt wird. Die Erfindung macht sich hiebei den Umstand zunutze, dass die beiden Ausgangsstoffe des hochkorrosive Eigenschaften aufweisenden Karbamats, nämlich Kohlendioxyd einerseits und Ammoniak anderseits, insbesondere jedoch das
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letztere, für sich allein keine oder praktisch keine korrosiven Eigenschaften aufweisen.
Bei der Karbamatsynthese, einer Zwischenstufe zur Harnstofferzeugung, und bei der Harnstoffsynthese selbst, wird mit Ammoniaküberschuss gearbeitet. Es besteht infolgedessen die Möglichkeit, Ammoniak als Sperrflüssigkeit zu benutzen und einen Teil davon der übrigen Flüssigkeit (Karbamat) erst im Förderraum der Pumpe zuzuführen.
Karbamat wird insbesondere für die Herstellung von synthetischem Harnstoff als Düngemittel verwendet. Bei fast allen bekannten Verfahren, die diesem Zweck dienen, findet während des Verfahrens eine Karbamatzerlegung statt, bei der Ammoniak frei wird. Dieses kann gegebenenfalls im Rücklauf dem Karbamat zur Durchführung der Synthese als Sperr-oder Spülflüssigkeit wieder zugeführt werden. Eine besondere Sperrflüssigkeit ist infolgedessen nicht erforderlich bzw. können für die Wiederzuführung des Ammoniaks zum Karbamat besondere zusätzliche Einrichtungen unter Umständen erspart werden.
Wie bereits oben in allgemeiner Hinsicht angedeutet wurde, würde beispielsweise die Verwendung von Wasser als Sperrflüssigkeit die Umsetzungsrate von Karbamat in Harnstoff vermindern. Da sich jeweils nur ein bestimmter Prozentsatz von Karbamat in Harnstoff und Wasser umwandelt, sich also ein bestimmtes chemisches Gleichgewicht innerhalb der Reaktionsschmelze zwischen Karbamat einerseits und Harnstoff und Wasser anderseits einstellt, würde der Zusatz von Wasser zu der von der Pumpe geförderten Karbamatmenge das chemische Gleichgewicht zum Karbamat hin verschieben, d. h. die Umwandlungsrate vom Zwischenprodukt Karbamat zum gewünschten Endprodukt der Synthese Harnstoff würde sich verringern.
Durch die Verwendung von Ammoniak als Reaktionspartner lassen sich die beschriebenen Nachteile grundsätzlich vermeiden.
Die Umwandlungsrate von Karbamat zu Harnstoff und Wasser wird von den molekularen Verhältnissen des Ammoniaks zu Kohlendioxyd und Wasser mitbestimmt. Aus dieser Kenntnis heraus bringt man in das Verfahren wesentlich mehr Ammoniak herein als es das stöchiometrische Verhältnis
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Endprodukt Harnstoff und Wasser positiv beeinflussen und die Umsetzungsrate sogar erhöhen.
Die Erfindung ist nicht auf die Förderung von Karbamat beschränkt, wenn diese auch eine besonders wichtige Anwendung der Erfindung darstellt. Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung Ammoniak als Sperr- oder Spülflüssigkeit auch zur Melaminherstellung verwendet werden. Auch kann das erfindungsgemässe Verfahren bei andern Reaktionen, bei denen gasförmige Reaktionspartner zu einer Reaktionsschmelze führen, in gleicher Weise verwendet werden, etwa bei Halogenen, Halogenwasserstoffen, Olefinen od. dgl., d. h. bei solchen Stoffen, die als wasserfreie Flüssigkeiten nicht korrodierend wirken.
Der Reaktionspartner kann beispielsweise in an sich bekannter Weise als Sperrflüssigkeit im Bereich der Dichtung am Kolben zugeführt und durch einen Drosselkanal, insbesondere einen den Kolben umgebenden Ringspalt, in den Förderraum der Kolbenpumpe gedrückt werden, insbesondere jedoch derart, dass die Zuführung, vom Förderraum aus gesehen, noch vor der Dichtung stattfindet, ein Zutritt von Karbamat bzw. einer andern Reaktionsschmelze zur Dichtung also verhindert wird. Die Zulieferung kann zwecks abgestimmter Dosierung im Takt des Förderkolbens erfolgen, wobei das Zuliefern im Druckhub oder im Saughub stattfinden kann, indem z. B. im ersten Fall der Hilfskolben seinen Druckhub, im zweiten Fall seinen Saughub ausführt, wenn sich der Hauptpumpenkolben im Druckhub befindet.
Doch kann ein Zuliefern der Sperrflüssigkeit auch in beiden Hüben des Hauptpumpenkolbens erfolgen. In diesem Fall kann pro Zylinder der Förderpumpe eine vom Antrieb derselben angetriebene zweizylindrige Pumpe vorgesehen sein.
Wird der Pumpenkolben der Hilfspumpe so gesteuert, dass er Sperrflüssigkeit im Druckhub der Hauptpumpe liefert, ist die Hilfspumpe derart auszulegen, dass sie gegen den Förderdruck der Förderpumpe fördert. Der Förderdruck muss infolgedessen über dem Förderdruck der Förderpumpe liegen.
Lässt man dagegen die Hilfspumpe im Saughub der Förderpumpe arbeiten, d. h. ihren Druckhub ausführen, braucht die Hilfs- oder Spülpumpe nur den Saugdruck der Förderpumpe aufzubringen.
Während die Förderpumpe ihren Saughub ausführt, drückt die Hilfspumpe die Sperrflüssigkeit durch den ringförmigen Spalt, so dass dieser während des Saughubes der Förderpumpe sauber gespült wird.
Vorzugsweise ist die von der Hilfspumpe geförderte Menge der Sperrflüssigkeit, z. B. durch Regelung des Kolbenhubes der Hilfspumpe, regelbar, so dass die pro Hub der Förderpumpe gelieferte Menge an Sperrflüssigkeit dem jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. Selbstverständlich kann auch
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die Fördermenge bzw. der Hub des Kolbens der Förder- oder Hauptpumpe regelbar sein.
Gegebenenfalls kann, sofern zugleich für eine auf die Förderleistung der Fördergruppe abgestimmte Dosierung der Sperrflüssigkeit Sorge getragen wird, auch eine kontinuierlich fördernde Hilfspumpe verwendet werden.
Die Dichtung am Plungerkolben der Förderpumpe kann an sich beliebig ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die Sperrflüssigkeit der Stopfbuchsendichtung, z. B. durch einen Laternenring od. dgl. radial von aussen zugeführt und über Durchtrittsquerschnitte der Dichtungselemente auf die Oberfläche des Plungerkolbens geleitet werden, von wo sie durch einen Ringspalt durch die Saugwirkung der Hauptförderpumpe bzw. die Druckwirkung der Hilfspumpe dem Förderraum der ersteren zur Mischung mit der korrosiven Flüssigkeit, also insbesondere zur Mischung des Ammoniaks mit dem Karbamat, zugefördert wird. Der Ringspalt hat hiebei vorzugsweise bei kleinem Querschnitt eine möglichst grosse Länge, bevor er in den Hauptförderraum mündet.
Gegebenenfalls können im Wege der Sperrflüssigkeit auch Rückschlagventilelemente, z. B. auch nach Art von Rückschlagventilen wirkende Lippendichtungen vorgesehen sein, die sich in Strömungsrichtung der Sperrflüssigkeit öffnen und bei gegebenenfalls stattfindender Umkehr der Strömung sich schliessen.
Infolge des Durchströmens der Sperrflüssigkeit durch die Ringspalte wird ein Spul- un Reinigungseffekt erzielt, der gegebenenfalls in den Spalt eingedrungene Teile der Hauptförderflüssigkeit aus diesem wieder entfernt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Spülung, Abdichtung und/oder Schmierung von korrosionsempfindlichen Stellen wie Laufflächen, Stopfbüchsen od. dgl. in Kolbenpumpen, die der Förderung von Reaktionsschmelzen an sich gasförmiger, jedoch verflüssigter Reaktionspartner dienen, die zu an sich festen, jedoch bei
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dass zur Spülung, Abdichtung und/oder Schmierung der korrosionsempfmdlichen Stellen einer der Reaktionspartner in verflüssigter Form verwendet wird.
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