DE102011075998B3

DE102011075998B3 - Behälter, Rohr oder chemischer Apparat mit Farbindikator und Verbundhalbzeug mit Farbindikator zur Herstellung eines Behälters, Rohrs oder chemischen Apparats

Info

Publication number: DE102011075998B3
Application number: DE102011075998A
Authority: DE
Inventors: Achim Litzenburger
Original assignee: Simona AG
Current assignee: Simona AG
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: CN103596752A; WO2012156201A1; US20140065031A1; CA2834658A1; EP2709841A1; MA35178B1; BR112013027791A2

Abstract

Behälter, Rohr oder chemischer Apparat insbesondere für den chemischen Apparatebau zur Aufbewahrung oder zum Transport von aggressiven Einlagerungsmedien mit einer massiven Innenschicht, auf deren Innenseite das Einlagerungsmedium zur Anlage kommen kann und die aus einem gegen das Einlagerungsmedium beständigen Thermoplast hergestellt ist, mit einer auf der Außenseite der Innenschicht angebrachten Haftvermittlungsschicht, die aus einem textilem Flächengebilde besteht, und mit einer auf der Außenseite der Haftvermittlungsschicht angebrachten Trägerschicht zur mechanischen Abstützung des Schichtaufbaus, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenschicht und der Außenschicht eine Indikatorschicht vorgesehen ist, wobei das Material der Indikatorschicht von durch die Innenschicht permeierenden Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt wird, wobei die Haftvermittlungsschicht als Indikatorschicht dient und das Material der Haftvermittlungsschicht von durch die Innenschicht permeierenden Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter, Rohr oder chemischen Apparat insbesondere für den chemischen Apparatebau zur Aufbewahrung oder zum Transport von aggressiven Einlagerungsmedien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Weiter betrifft die Erfindung Verbundhalbzeuge zur Herstellung solcher Behälter, Rohre oder chemischen Apparaten.
Gattungsgemäße Bauteile für den chemischen Apparatebau sind aus der EP 0 577 134 B1 und der US 3,723,234 bekannt. Die dort beschriebenen Bauteile weisen einen mehrschichtigen Aufbau auf. Die Innenschicht wird dabei von einem gegen das aufzunehmende Einlagerungsmedium beständigen Thermoplast gebildet. Die Eigenschaften des Thermoplasts, der bei den gattungsgemäßen Bauteilen eine massive Innenschicht bildet, sind spezifisch auf die Beständigkeit gegen das an der Innenseite zur Anlage kommende Einlagerungsmedium spezifizierbar. Aufgrund ihrer inneren Struktur sind diese Thermoplaste, insbesondere bei höheren Temperaturen, aus mechanischer Sicht nur ungenügend stabil. Es ist deshalb vorgesehen, dass auf der Außenseite der Innenschicht eine Haftvermittlungsschicht mit einer flächigen Textilstruktur angebracht wird. Bei dieser Haftvermittlungsschicht kann es sich beispielsweise um ein gestricktes, gewebtes oder gewirktes Glasfaserelement mit flächiger Textilstruktur handeln. Die Haftvermittlungsschicht hat die Aufgabe die Anbringung einer die Innenschicht abstützenden Trägerschicht zu ermöglichen. Durch die Haftvermittlungsschicht wird dabei eine so hohe Haftung zwischen der Innenschicht und der äußeren Trägerschicht realisiert, dass die chemisch beständige Innenschicht durch die mechanisch hochfeste Trägerschicht ausreichend abgestützt wird.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die gattungsgemäßen Bauteile einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, deren massive innere Schicht gegenüber den jeweils anfallenden chemischen Angriffen, beispielsweise durch aggressive Chemikalien, beständig sind, wobei die Haftvermittlungsschicht die notwendige Haftung zwischen der inerten bzw. chemisch resistenten Innenschicht und der äußeren, mechanisch hochfesten Trägerschicht vermittelt. Soweit es sich um Verbundhalbzeuge handelt, weisen diese Verbundhalbzeuge zunächst nur die chemisch inerte Innenschicht und die darauf angebrachte Haftvermittlungsschicht auf. Diese Verbundhalbzeuge können dann durch Anbringung der äußeren Trägerschicht vom jeweiligen Verwender vervollständigt werden, um die erfindungsgemäßen Verbundbauteile herzustellen.
Die bekannten Verbundbauteile von dem chemischen Apparatebau werden in verschiedensten Anwendungen verwendet, um chemischaggressive Einlagerungsmedien, beispielsweise starke Säuren und Laugen, aufzubewahren oder zu transportieren. Die aggressiven Einlagerungsmedien haben dabei die Eigenschaft, dass Bestandteile dieser Einlagerungsmedien in das thermoplastische Material eindiffundieren und dort für eine Materialschädigung sorgen. Schäden an den bekannten Verbundbauteilen treten dabei insbesondere dann auf, wenn die Bestandteile der Einlagerungsmedien bis zur Haftvermittlungsschicht eindiffundieren und dort zu einer Delaminierung zwischen der Innenschicht und der Trägerschicht führen. Bei einer solchen Delaminierung wird der mechanische Zusammenhalt zwischen der Trägerschicht und der Innenschicht geschädigt und dadurch die mechanische Festigkeit des entsprechenden Bauteils stark herabgesetzt. Da das Eindiffundieren von Bestandteilen des Einlagerungsmediums in das Material der Innenschicht nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, müssen die bekannten Bauteile bisher regelmäßig überprüft und gegebenenfalls ersetzt werden, wobei bestimmte Prüf- und Wechselrhythmen einzuhalten sind. Diese Prüf- und Wechselrhythmen gehen dabei von einer Standardbelastung des Materials aus, ohne auf die konkrete Belastung des Materials durch eindiffundierende Bestandteile der Einlagerungsmedien Rücksicht nehmen zu können.
Rohr oder Rohrhalbzeuge im Sinne der Erfindung sollen alle Verbundbauteile mit geschlossenem Querschnitt sein. Insbesondere sind auch Fittings zur Herstellung von Rohrverbindungen Rohre im Sinne der Erfindung.
Zur Realisierung einer Überwachung der Leckage von Flüssigkeit durch die Innenschicht und zugleich der Realisierung einer erhöhten Steifigkeit des Verbundes aus Innenschicht und Außenschicht ist aus der Veröffentlichung EP 0 520 978 A1 ein Tank bekannt, welcher eine Innenwand aus einem dem einzufüllenden Fluid beständigen Material aufweist sowie einer Außenwand zur Gewährleistung der erforderlichen Stabilität sowohl hinsichtlich des Innendrucks als auch hinsichtlich äußerer Belastungen. Zur Erzielung einer hohen Steifigkeit des Tanks ist hierbei vorgesehen, dass die Innenwand und die Außenwand mit einer Gewebeschicht verbunden sind. Hierbei ist dieses um zugleich eine Indikatorschicht zu realisieren in Form eines Abstandsgewebes unter Bildung eines Hohlraums ausgeführt. Das heißt, dass zwischen der Innenwand und der Außenwand ein Freiraum verbleibt, in welchem sich eine Leckageflüssigkeit ansammeln kann. Unklar bleibt jedoch, wie die Leckage nunmehr zu diagnostizieren ist. Im einfachsten Falle ist es hierbei denkbar, dass die sich im Leckageraum ansammelnde Flüssigkeit direkt durch eine optische Überwachung erkannt werden kann. Es ist jeoch offensichtlich, dass hierbei eine Leckage erst bei einem größeren Schadensereignis erkannt werden kann und nicht sogleich bei geringen Schäden beispielsweise Rissen oder dergleichen zuverlässig wirkt.
Weiterhin sind aus den Schriften DE 28 54 016 A1 sowie aus der WO 1994/02772 A1 zwei Schlauchsysteme bekannt, bei denen jeweils eine Innenwandung und Außenwandung vorhanden ist, wobei zwischen Innenwandung und Außenwandung ein abgeschlossenes Volumen geschaffen wird. Hierbei ist in diesem Zwischenvolumen ein Indikatormedium eingefüllt, welches sich bei einem Kontakt mit dem im Schlauch transportierten Fluid optisch verfärbt. Aufgrund der durchsichtigen Außenwandung kann somit ein Schaden an der Innenwandung schnell und zuverlässig erkannt werden, noch bevor ein größerer Schaden entsteht. Sofern jedoch größere Festigkeiten geforder werden, so erfordert dieses einen komplexeren Aufbau. Diesbezüglich wird vorgeschlagen, in diesem Fall die Innenwandung gleichfalls als mehrschichtigen Gewebeschlauch auszuführen und um diesen Gewebeschlauch außen umgebend die Indikatorschicht umgebend die Indikatorschicht mit abschließender Außenwandung auszuführen. Es ist offensichtlich, dass somit die Außenwandung keinerlei Beitrag zur Festigkeit der Innenwandung leisten kann. Vielmehr bedarf es einer hinreichend steifen Innenwandung sowie einer bei äußeren Belastung hinreichend steifen Außenwandung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung neue Verbundbauteile bzw. Verbundhalbzeuge zur Herstellung von Behältern, Rohren oder chemischen Apparaten vorzuschlagen bei denen die konkrete Belastung und Schädigung des Materials durch eindiffundierende Bestandteile des Einlagerungsmediums problemlos erkannt werden können, um gegebenenfalls und nur bedarfsgerecht für eine Auswechselung der entsprechenden Bauteile/Bestandteile zu sorgen.
Diese Aufgabe wird durch einen Behälter, ein Rohr oder einen chemischen Apparat nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch ein Verbundhalbzeug des nebengeordneten Hauptanspruchs gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zwischen der Innenschicht und der Außenschicht eine Indikatorschicht vorgesehen ist. Das Material der Indikatorschicht ist dabei dadurch charakterisiert, dass die Bestandteile des Einlagerungsmediums, die die Innenschicht permeiert haben, eine Farbreaktion in der Indikatorschicht auslösen. Dies bedeutet also mit anderen Worten, dass die Indikatorschicht durch die Bestandteile des Einlagerungsmediums, die die Innenschicht durchdrungen haben, verfärbt wird. Diese Verfärbung kann dann durch die üblicherweise transparente Trägerschicht bzw. bei geeignetem Laminataufbau durch die Trägerschicht hindurch beobachtet und dadurch auf eine entsprechende Schädigung rückgeschlossen werden. Je nach Abhängigkeit des Grads der Verfärbung kann dann eine entsprechende Maßnahme, insbesondere der Austausch des entsprechenden Bauteils, ergriffen werden.
Um das erfindungsgemäße Prinzip einer Indikatorschicht zu realisieren, wird entgegen den bekannten Ausführungen aus dem Stand der Technik auf ein zusätzliches Material zwischen der Innenschicht und der Trägerschicht verzichtet. Vielmehr dient im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Herstellung die Haftvermittlungsschicht in Funktionseinheit auch als Indikatorschicht. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Material der Haftvermittlungsschicht von den die Innenschicht permeierenden Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt werden kann. Im Ergebnis folgt also die erfindungsgemäße Farbreaktion durch eine chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen des Einlagerungsmediums, die die Innenschicht durchdrungen haben, und dem Material der Haftvermittlungsschicht. Ein zusätzliches Material kann auf diese Weise entfallen, was eine signifikante Einsparung von Bearbeitungsaufwand bedeutet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass die Indikatorschicht bzw. die als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht durch Säurebestandteile verfärbt wird, da starke Säuren zu massiven Schädigungen des Verbundbauteils führen können.
In welcher Weise die erfindungsgemäße Farbreaktion zwischen den Bestandteilen des Einlagerungsmediums und der Indikatorschicht bzw. der als Indikatorschicht dienenden Haftvermittlungsschicht erzielt wird, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Indikatorschicht bzw. die Haftvermittlungsschicht organische oder anorganische Verbindungen, insbesondere Verbindungen der Nebengruppenmetalle, beispielsweise Eisenoxid, enthält. Insbesondere die Innenschicht permeierende Säurebestandteile können eine Farbreaktion mit diesen Verbindungen verursachen und damit die erfindungsgemäße Indikatorwirkung erzeugen.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Indikatorschicht oder die als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht zumindest teilweise aus Glasfasern hergestellt sind. Enthalten diese Glasfasern Verbindungen mit Nebengruppenmetallen, beispielsweise Eisenoxid, so können die Glasfasern durch die die Innenschicht permeierenden Bestandteile verfärbt werden und dadurch die erfindungsgemäße Farbreaktion auslösen. Es können auch Haftvermittlerschichten in Hybridform eingesetzt werden. Gemeint ist damit, dass neben der verfärbbaren Glasfaser zumindest eine weitere eventuell ebenfalls zur Farbreaktion neigenden Faser eingesetzt wird, um gemeinsam die Haftvermittlerschicht zu bilden. Der Vorteil dieser Kombination liegt darin, dass im Falle absinkender Haftfestigkeiten der sich verfärbenden Glasfaser infolge chemischen Angriffs die mechanische Funktionalität des Aggregates bis zum seinen Ersatz durch die zusätzlichen Fasern gewährleistet wird.
Die Glasfasern der Indikatorschicht bzw. die Glasfasern der als Indikatorschicht dienenden Haftvermittlungsschicht können dabei ein Gewebe, Gewirke, Gestricke oder andere textile Flächengebilde bilden. Derartige textile Flächengebilde aus Glasfasergewebe, Glasfasergewirk oder Glasfasergestrick sind besonders geeignet einen bruchfesten mechanischen Verbund aus der Innenschicht, der Haftvermittlungsschicht und der Trägerschicht zu bilden.
Das Glasfasermaterial zur Bildung der Indikatorschicht bzw. der als Indikatorschicht dienenden Haftvermittlungsschicht sollte bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von größer als 3000 MPa aufweisen. Außerdem sollte die Zugfestigkeit der Glasfasern bei steigenden Temperaturen höher liegen als die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zugfestigkeit der Glasfasern bei ca. 250°C mindestens 10% oberhalb der Zugfestigkeit der Glasfasern bei Raumtemperatur liegt.
Der E-Modul der die Indikatorschicht bzw. der Haftvermittlungsschicht bindenden Glasfasern sollte bevorzugt im Bereich von größer oder gleich 80 GPa liegen.
Die Bruchdehnung der Glasfasern sollte bevorzugt im Bereich von größer oder gleich 3% liegen.
Die Dichte der Glasfasern sollte bevorzugt im Bereich von größer oder gleich 2,5 g/cm³ liegen.
Die Erweichungstemperatur der als Indikatorschicht bzw. als Haftvermittlungsschicht dienenden Glasfasern sollte bevorzugt größer oder gleich 900°C sein.
Die Schmelztemperatur sollte bevorzugt bei größer oder gleich 1300°C liegen.
Erfindungsgemäß werden nicht nur Verbundbauteile, nämlich Behälter, Rohre oder chemische Apparate mit einer Indikatorschicht vorgeschlagen, sondern auch Verbundhalbzeuge, bei denen eine entsprechende Indikatorschicht bereits angelegt ist, die zur Herstellung entsprechender Verbundbauteile, nämlich Behälter, Rohre oder chemische Apparate verwendet werden können. Die Verbundhalbzeuge sind dadurch charakterisiert, dass sie bereits die chemisch inerte Innenschicht und die Haftvermittlungsschicht und die Indikatorschicht enthalten. Dient die Haftvermittlungsschicht selbst als Indikatorschicht, so enthalten die erfindungsgemäßen Verbundhalbzeuge lediglich die chemisch inerte Innenschicht und die als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht.

Claims

Behälter, Rohr oder chemischer Apparat insbesondere für den chemischen Apparatebau zur Aufbewahrung oder zum Transport von aggressiven Einlagerungsmedien mit einer massiven Innenschicht, auf deren Innenseite das Einlagerungsmedium zur Anlage kommen kann und die aus einem gegen das Einlagerungsmedium beständigen Thermoplast hergestellt ist, mit einer auf der Außenseite der Innenschicht angebrachten Haftvermittlungsschicht, die aus einem textilem Flächengebilde besteht, und mit einer auf der Außenseite der Haftvermittlungsschicht angebrachten Trägerschicht zur mechanischen Abstützung des Schichtaufbaus, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenschicht und der Außenschicht eine Indikatorschicht vorgesehen ist, wobei das Material der Indikatorschicht von durch die Innenschicht permeierenden Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt wird, wobei die Haftvermittlungsschicht als Indikatorschicht dient und das Material der Haftvermittlungsschicht von durch die Innenschicht permeierenden Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt wird.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorschicht oder die als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht von durch die Innenschicht permeierende Säurebestandteilen verfärbt wird.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorschicht oder die als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht organische oder anorganische Verbindungen, insbesondere Verbindungen der Nebengruppenmetalle, beispielsweise Eisenoxid, enthält, die mit durch die Innenschicht permeierende Bestandteilen des Einlagerungsmediums sich verfärbend reagieren.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorschicht oder die als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht zumindest teilweise aus Glasfasern hergestellt ist, wobei die Glasfasern von den die Innenschicht permeierende Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt wird.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht ein Gewebe oder Gewirk oder Gestrick bilden.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von größer 3000 MPa aufweisen.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit der Glasfasern in der Indikatorschicht oder die Zugfestigkeit der Glasfasern in der als Indikatorschicht dienenden Haftvermittlungsschicht bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur ansteigt, insbesondere dass die Zugfestigkeit der Glasfasern in der Indikatorschicht oder die Zugfestigkeit der Glasfasern in der als Indikatorschicht dienenden Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von 250°C mindestens 10% oberhalb der Zugfestigkeit der Glasfasern bei Raumtemperatur liegt.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht einen E-Modul von größer oder gleich 80 GPa aufweisen.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht eine Bruchdehnung von größer oder gleich 3% aufweisen.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht eine Dichte von größer oder gleich 2,5 g/cm³ aufweisen.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht eine Erweichungstemperatur von größer oder gleich 900°C aufweisen.
Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern der Indikatorschicht oder die Glasfasern der als Indikatorschicht dienende Haftvermittlungsschicht eine Schmelztemperatur von größer oder gleich 1300°C aufweisen.
Verbundhalbzeug zur Herstellung eines Behälters, Rohrs oder chemischer Apparats, mit einer massiven Innenschicht, auf deren Innenseite das Einlagerungsmedium zur Anlage kommen kann und die aus einem gegen das Einlagerungsmedium beständigen Thermoplast hergestellt ist, und mit einer auf der Außenseite der Innenschicht angebrachten Haftvermittlungsschicht, die aus einem textilem Flächengebilde besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht eine Indikatorschicht bildet, wobei das Material der Indikatorschicht von durch die Innenschicht permeierende Bestandteilen des Einlagerungsmediums verfärbt wird, wobei durch Anbringung einer zur mechanischen Abstützung des Schichtaufbaus vorgesehenen Trägerschicht auf der Außenseite der Haftvermittlungsschicht ein Behälter, Rohr oder chemischer Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 12 gebildet werden kann.