DE102004008395A1

DE102004008395A1 - Inertgasschleuse

Info

Publication number: DE102004008395A1
Application number: DE200410008395
Authority: DE
Inventors: Hans-Rudolf Himmen
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: DE102004008395B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasschleuse mit einem ringförmigen Schleusengrundkörper. Der Schleusengrundkörper besitzt eine Durchlassöffnung und ist mit einer Gaszuführung und einem Gasauslass versehen, wobei der Gasauslass so angeordnet ist, dass aus dem Gasauslass austretendes Gas in Richtung der Durchlassöffnung strömt. Ferner ist ein verstellbarer Verschlusskörper (9, 39) vorgesehen, der eine Änderung des freien Strömungsquerschnitts für das aus dem Gasauslass austretende Gas erlaubt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasschleuse mit einem ringförmigen Schleusengrundkörper, durch den eine Durchlassöffnung begrenzt wird, und mit einer Gaszuführung und mindestens einem mit der Gaszuführung strömungsseitig verbundenen Gasauslass, wobei der Gasauslass so angeordnet ist, dass aus dem Gasauslass austretendes Gas in Richtung der Durchlassöffnung strömt.

In in der chemischen Industrie eingesetzten Behältern, wie zum Beispiel Reaktoren oder Mischern, muss häufig eine inerte Atmosphäre aufrechterhalten werden, um beispielsweise unerwünschte Oxidationsreaktionen zu vermeiden. Teilweise ist es bei solchen Behältern verfahrensbedingt nicht möglich, das zu inertisierende Volumen zu verschließen. Insbesondere beim Befüllen der Behälter oder beim Einbringen von Zusatzstoffen besteht die Gefahr, dass mit den Zugabestoffen auch Umgebungsluft in den Behälter eingezogen wird.

Es ist bereits bekannt, zum Schutz vor Oxidationen oder Explosionen den Luftsauerstoff durch Inertgase aus dem Behälter zu verdrängen. Hierzu wird beispielsweise auf die Behälteröffnung eine Schleuse mit einer Durchlassöffnung aufgesetzt, wobei Inertgas in die Durchlassöffnung der Schleuse eingespeist und so eine inerte Pufferschicht erzeugt wird.

Die Inertgasdosierung erfolgt bei diesen Systemen über entsprechende Einstellungen an einer in der Regel nicht in der Nähe der Schleuse befindlichen Mess- und Regeltafel. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Inertgasstrom nicht direkt an der Einspeisestelle beziehungsweise Schleuse verändert werden kann und deshalb eine Anpassung der Inertgasmenge an sich ändernde Verfahrensbedingungen kaum möglich ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine Inertgasschleuse zu entwickeln, bei der die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Inertgasschleuse der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein verstellbarer Verschlusskörper vorgesehen ist, der eine Änderung des freien Strömungsquerschnitts für das aus dem Gasauslass austretende Gas erlaubt.

Die Gasschleuse eignet sich insbesondere zur Inertisierung bei der Befüllung von Behältern, die auf ihrer Oberseite eine zumindest zeitweise nicht verschlossene Befüllöffnung besitzen. Die Gasschleuse wird auf den offenen Behälter aufgesetzt und die einzufüllende Substanz durch die Durchlassöffnung der Gasschleuse in den Behälter eingebracht. Aus Platzgründen ist es teilweise günstiger, die Gasschleuse nicht auf den Behälter aufzusetzen, sondern innerhalb der Befüllöffnung festzuklemmen, so dass keine Erhöhung des Behälters entsteht. Das Gas kann dann beispielsweise seitlich durch Bohrungen zugeführt werden.

Als Inertgase kommen insbesondere Stickstoff und Kohlendioxid in Betracht. Es ist aber erfindungsgemäß ebenso möglich, in einem Behälter keine inerte Atmosphäre, sondern im Gegenteil eine Atmosphäre mit erhöhtem Sauerstoffgehalt aufrechtzuerhalten. In diesem Fall wird über die Gasschleuse Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft dem Behälter zugeführt.

Vorzugsweise ist der Gasauslass so angeordnet ist, dass aus dem Gasauslass austretendes Gas im Wesentlichen parallel zur Querschnittsfläche der Durchlassöffnung der Gasschleuse strömt. Es hat sich aber auch als günstig erwiesen, einen solchen Gasauslass vorzusehen, dass das Gas unter einem definierten Winkel zur Horizontalen ausströmt. So kann durch einen schräg nach oben geneigten Gasauslass eine aus dem zu füllenden Behälter hinaus gerichtete Gasströmung erzeugt werden, die den Eintritt von Luftsauerstoff oder anderen unerwünschten Gasen wirkungsvoll verhindert. Umgekehrt kann es auch sinnvoll sein, den Gasauslass schräg nach unten auszurichten, so dass eine in das Behälterinnere gerichtete Gasströmung entsteht. Hierdurch können beispielsweise beim Einfüllen von pulverförmigen Substanzen in den Behälter entstehende Stäube in dem Behälter gehalten werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Schleusengrundkörper selbst einen Teil der Gasleitung. Hierzu wird der Schleusengrundkörper zumindest teilweise hohl ausgeführt und die Gaszuführung wird in das Innere des Schleusengrundkörpers geführt. Die Inertgasschleuse gestaltet sich dadurch konstruktiv besonders einfach.

Eine bevorzugte Variante der oben genannten Ausführungsform mit hohlem Schleusengrundkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schleusengrundkörper eine Austrittsöffnung besitzt, die im Wesentlichen parallel zur Querschnittsfläche der Durchlassöffnung ausgerichtet ist. Der Verschlusskörper wird so angeordnet, dass der Gasauslass durch den Schleusengrundkörper und den Verschlusskörper begrenzt wird. Das aus der Austrittsöffnung austretende Gas strömt zwischen dem Schleusengrundkörper, genauer zwischen der Seite des Schleusengrundkörpers, in dem sich die Austrittsöffnung oder die Austrittsöffnungen befinden, und dem Verschlusskörper in Richtung der Durchlassöffnung der Gasschleuse.

Der Gasauslass und / oder die Austrittsöffnungen können auf verschiedenste Arten ausgeführt werden. Es ist beispielsweise möglich, eine Vielzahl von Gasauslässen oder Austrittsöffnungen gleichmäßig um den Umfang des Schleusengrundkörpers verteilt vorzusehen oder auch einen einzigen sich über den gesamten Umfang erstreckenden Schlitz oder Spalt als Gasauslass und / oder Austrittsöffnung zu verwenden.

Aus konstruktiven Gründen ist es besonders vorteilhaft, den Verschlusskörper als einen L-förmigen Ring auszuführen, der mit dem Schleusengrundkörper verbunden und relativ zu diesem verstellbar ist. Der senkrechte Schenkel des L-förmigen Rings wird auf der Außenseite des Schleusengrundkörpers positioniert, während sich dessen waagrechter Schenkel unterhalb des Schleusengrundkörpers befindet. Der waagrechte Schenkel ist dabei soweit in Richtung der Schleusenachse gezogen, dass die sich auf der Unterseite des Schleusengrundkörpers befindlichen Austrittsöffnungen abgedeckt sind. Aus den Austrittsöffnungen austretendes Gas wird durch den L-förmigen Ring radial nach innen in Richtung der Durchlassöffnung abgelenkt, wobei die ausströmende Gasmenge durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Spaltes zwischen dem Ring und dem Schleusengrundkörper beeinflusst werden kann.

In einer Variante der Erfindung ist die Verstellung des Verschlusskörpers, beispielsweise des beschriebenen L-förmigen Rings, fernsteuerbar.

In einer weiteren Ausführungsform befindet sich der Gasauslass im Zentrum der Durchlassöffnung. In diesem Fall wird die Gaszuführungsleitung vom Rand des Schleusengrundkörpers bis in die Mitte der Durchlassöffnung gezogen. Das zugeführte Gas strömt vorzugsweise im Wesentlichen geneigt zur Querschnittsfläche der Durchlassöffnung vom Zentrum aus an die Ränder der Durchlassöffnung. Unter Zentrum wird insbesondere ein Flächenbereich um die Symmetrieachse des Schleusengrundkörpers verstanden, der bis zu 30 % der Gesamtfläche der Durchlassöffnung, bevorzugt bis zu 20 % der Gesamtfläche der Durchlassöffnung einnimmt.

Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Schleusensystemen. So ist die Menge beziehungsweise der Durchfluss des Gases direkt an der Schleuse einstellbar. Hierdurch lassen sich mehrere Schleusen an eine Gasversorgung anschließen und mit einer gemeinsamen Mess- und Regeltafel ansteuern. Mit einer an der Mess- und Regeltafel vorgenommenen Durchflussgrundeinstellung lassen sich ohne zusätzliche Regelarmaturen an jeder Schleuse individuelle Durchflussmengen einstellen. Die Gasmenge kann besser dosiert werden, so dass ein wirtschaftlicherer Gaseinsatz erreicht wird.

Bei geänderten Vordrücken in der Gasversorgung oder der Änderung anderer Verfahrensparameter lässt sich der Gasdurchfluss an bzw. in der Schleuse schnell und einfach nachregulieren. Dadurch wird eine hohe verfahrenstechnische Flexibilität erzielt.

Die Konstruktion und der Aufbau der erfindungsgemäßen Gasschleuse ist einfach und robust, wodurch ein störungsfreier Betrieb auch unter erschwerten Bedingungen gewährleistet wird. Die Gasschleuse ist einfach anzuwenden: Sie wird lediglich in die Befüllöffnung des betroffenen Behälters eingehängt und gegebenenfalls zwischen den Behälterflansch und einen Befülldeckel eingeklemmt. Die Dimensionen der Gasschleuse müssen in diesem Fall selbstverständlich an die Behälteröffnung angepasst sein.

Die Erfindung eignet sich zur Einstellung und Aufrechterhaltung einer definierten Gasatmosphäre in einem Behälter, insbesondere während der Behälter mit Zuschlagstoffen gefüllt wird. Luftsauerstoff kann aus dem Behälterinneren verdrängt und durch ein inertes Gas ersetzt werden. Die Erfindung stellt so einen wirkungvollen Schutz vor unerwünschten Oxidationsreaktionen, Bränden oder Explosionen dar. Als Gas werden bevorzugt Stickstoff oder Kohlendioxid eingesetzt. Bevorzugte Einsatzgebiete der Erfindung sind die Inertisierung von chemischen Reaktoren und Behältern, die beispielsweise zum Lagern, Mischen oder zur chemischen Umsetzung von Substanzen dienen.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Inertgasschleuse,
2 eine Detailansicht der Inertgasschleuse gemäß 1 und
3 eine alternative Ausführung der Erfindung.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Inertgasschleuse dargestellt, die bei der Befüllung von Behältern in der chemischen Industrie eingesetzt wird. In dem Behälter 1 sollen gegenüber Oxidation empfindliche Produkte gelagert oder verarbeitet werden. Aus diesem Grund muss beim Befüllen oder Nachfüllen des Behälters 1 ein Sauerstoffeinbruch in das Behälterinnere vermieden werden. Zum Füllen des Behälters 1 wird daher die erfindungsgemäße Inertgasschleuse eingesetzt.
Die Schleuse besitzt einen im Wesentlichen hohlen, ringförmigen Schleusengrundkörper 2, der eine sich konisch verjüngende Durchlassöffnung 3 begrenzt, durch die Substanzen in den Behälter 1 eingebracht werden können.
Der Schleusengrundkörper 2 ist an die Größe der Öffnung des zu befüllenden Behälters 1 angepasst und an seinem oberen Ende mit einem ringförmigen Überstand 4 versehen. Der Schleusengrundkörper kann so in die Befüllöffnung des Behälters 1 gehängt werden, wobei der Überstand 4 auf dem Rand der Behälteröffnung 5 zu liegen kommt und den Schleusengrundkörper 2 trägt.
Der Überstand 4 weist drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Bohrungen 6 auf, die in das hohle Innere des Grundkörpers 2 führen und an die jeweils eine Inertgaszuführung 7 angeschlossen werden kann. Der Grundkörper 2 besitzt an seiner Unterseite zahlreiche, über den gesamten Umfang des Grundkörpers 2 verteilte Austrittsöffnungen 8. Anstelle der einzelnen Austrittsöffnungen 8 kann auch ein durchgehender kreisförmiger Schlitz vorgesehen sein.
Mit dem unteren Ende des Schleusengrundkörpers 2 ist ein L-förmiger Ring 9 verbunden. Der L-förmige Ring 9 besteht aus einer kreisringflächigen Grundplatte 10 und einer mit dem äußeren Umfang der Grundplatte 10 verbundenen zylinderförmigen Seitenwand 11. Die Seitenwand 11 besitzt mehrere Schlitzöffnungen 12, die schräg zur Unterkante der Seitenwand 11 orientiert sind. Durch die Schlitzöffnungen 12 führen Schrauben oder Bolzen 13, über die der L-förmige Ring 9 an dem Schleusengrundkörper 2 befestigt ist.
Die Schlitzöffnungen 12 sind so ausgeführt, dass sich der L-förmige Ring bei einer Drehung in Umfangsrichtung auch in axialer Richtung bewegt. Je nach Drehrichtung kann somit der Spalt zwischen der Unterseite des Schleusengrundkörpers 2 und der Grundplatte 10 des L-förmigen Rings 9 weiter geöffnet oder geschlossen werden. Durch in der Zeichnung nicht dargestellte Kontermuttern kann die eingestellte Höhe des Spalts fixiert werden.
Zum Befüllen des Behälters 1 wird die erfindungsgemäße Inertgasschleuse in die Befüllöffnung des Behälters 1 gehängt. Die Inertgaszuführungen 6 werden an eine gemeinsame Stickstoffversorgung angeschlossen. Gasförmiger Stickstoff strömt über die Zuführungen 7 durch die Bohrungen 6 in den Innenraum des Schleusengrundkörpers 2 und wird dort gleichmäßig verteilt.
Der Stickstoff verlässt das Innere des Schleusengrundkörpers 2 durch die Austrittsöffnungen 8, trifft auf den L-förmigen Ring 9, wird umgelenkt und tritt dann horizontal in Richtung der Mitte der Befüllöffnung aus. Hierbei bildet sich eine relativ stabile Inertgasschicht, die den Behälter 1 abschließt und verhindert, dass zuviel Umgebungsluft während des Füllvorgangs in den Behälter 1 eingetragen wird.
Durch entsprechende Einstellung des Spalts zwischen dem Schleusengrundkörper 2 und dem L-förmigen Ring 8 lässt sich die ausströmende Stickstoffmenge ohne zusätzliche Regelarmaturen individuell einstellen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführung wird der Stickstoff durch den L-förmigen Ring in horizontale Richtung umgelenkt. Anstelle dieses horizontalen Inertgasaustritts hat es sich auch als günstig erwiesen, das Inertgas unter einem definierten Winkel zur Horizontale, entweder nach unten oder nach oben geneigt, ausströmen zu lassen.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei wird der Schleusengrundkörper 31 auf den zu befüllenden Behälter 1 aufgesetzt und mittels eines ringförmigen Überstandes 32 gehalten. Der Grundkörper 31 weist mehrere radiale Speichen 33 auf, von denen eine Speiche 34 als Inertgaszuleitung ausgeführt ist. Die Speichen 33, 34 laufen in der Achse des Schleusengrundkörpers 31 zusammen und tragen einen kegelförmigen Gasverteiler 35. Der Gasverteiler 35 besteht aus einem Grundkegel 36 mit einem senkrechten Zentralrohr 37, welches an die Inertgaszuleitung 34 angeschlossen ist. In dem Grundkegel 36 ist eine senkrechte Gewindestange 38 befestigt, auf die ein kegelförmiger Deckel 39 aufgeschraubt ist. Der Abstand zwischen dem Grundkegel 36 und dem Deckel 39 kann damit durch Drehung des Deckels 39 variiert werden.
Zum Aufbau einer Inertgasschutzschicht wird über die Inertgaszuleitung 34 Stickstoff dem Grundkegel 36 zugeführt. Der Stickstoff strömt durch das Zentralrohr 37 senkrecht aus und wird dann durch den Deckel 39 radial schräg nach außen abgelenkt. Die ausströmende Stickstoffmenge kann durch entsprechende Einstellung des Spaltes zwischen dem Grundkegel 36 und dem Deckel 39 optimiert werden.

Claims

Gasschleuse mit einem ringförmigen Schleusengrundkörper, durch den eine Durchlassöffnung begrenzt wird, und mit einer Gaszuführung und mindestens einem mit der Gaszuführung strömungsseitig verbundenen Gasauslass, wobei der Gasauslass so angeordnet ist, dass aus dem Gasauslass austretendes Gas in Richtung der Durchlassöffnung strömt, dadurch gekennzeichnet, dass ein verstellbarer Verschlusskörper (9, 39) vorgesehen ist, der eine Änderung des freien Strömungsquerschnitts für das aus dem Gasauslass austretende Gas erlaubt.
Gasschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass so angeordnet ist, dass aus dem Gasauslass austretendes Gas im Wesentlichen parallel zur Querschnittsfläche der Durchlassöffnung (3) strömt.
Gasschleuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleusengrundkörper (2) zumindest teilweise hohl ausgeführt ist und die Gaszuführung (6, 7) in das Innere des Schleusengrundkörpers (2) führt.
Gasschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleusengrundkörper (2) eine Austrittsöffnung (8) besitzt, die im Wesentlichen parallel zur Querschnittsfläche der Durchlassöffnung (3) ausgerichtet ist und dass der Gasauslass durch den Schleusengrundkörper (2) und den Verschlusskörper (9) begrenzt wird.
Gasschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper als ein L-förmiger Ring (9) ausgeführt ist, der das untere Ende des Schleusengrundkörpers (2) zumindest teilweise umgreift.
Gasschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Verschlusskörpers (9) fernsteuerbar ist.
Gasschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gasauslass im Zentrum der Durchlassöffnung (3) befindet.
Gasschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (7) mit einer Inertgasversorgung verbunden ist.
Gasschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (3) konisch ausgeführt ist.
Gasschleusensystem mit mindestens zwei Gasschleusen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptgaszuführung vorgesehen ist, an die die Gaszuführungen (7) der Gasschleusen angeschlossen sind, wobei die Gaszuführungen (7) keine Mittel zur Regelung des Gasdurchflusses aufweisen.