DE10230857A1

DE10230857A1 - Prozessfenster mit Drucküberwachung

Info

Publication number: DE10230857A1
Application number: DE2002130857
Authority: DE
Inventors: Karl Isbert; Lutz Spauschus
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prozessfenster (1), mindestens enthaltend ein mit einer Rohrleitung oder einem Behälter (17) verbundenen Messzellenkörper (7), einen in dem Messzellenkörper (7) angeordneten Gewindeeinsatz (14) und eine in den Gewindeeinsatz (14) eingesteckte transparente Fensterscheibe (4), einen Deckel (2), der lösbar mit dem Messzellenkörper (7) verbunden ist, sowie eine in den Gewindeeinsatz (14) eingeschraubte Hülse (5), die zwischen der transparenten Fensterscheibe (4) und dem Deckel (2) angeordnet ist und die die transparente Fensterscheibe (4) in dem Gewindeeinsatz (14) in Position hält, DOLLAR A wobei zwischen der transparenten Fensterscheibe (4) und dem Gewindeeinsatz (14) ein zylindrischer Hohlraum (13a) und zwischen dem Gewindeeinsatz (14) und dem Messzellenkörper (7) ein zylindrischer Hohlraum (13b) angebracht ist, die über Bohrungen (8) miteinander verbunden sind und über eine Kontrollbohrung (15) mit einer Drucküberwachungseinrichtung verbunden sind, DOLLAR A und wobei die zylindrischen Hohlräume (13a, 13b) gegen ein in der Rohrleitung oder dem Behälter (17) geführtes Produkt (19) durch statische Dichtungen (10, 11) und gegen die Umgebung (20) durch statische Dichtungen (9, 12) abgedichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prozessfenster zur In-Prozess-Kontrolle für die visuelle oder spektroskopische Untersuchung von unter Druck stehenden Produkten in Rohrleitungen und Reaktoren.

Chemische Produktionsprozesse können effizient gesteuert werden, wenn die aktuelle Zusammensetzung bzw. Qualität des Produktes oder eines Reaktionsgemisches in verschiedenen Stufen des Produktionsprozesses bekannt ist. Mit Hilfe kontinuierlich arbeitender Online Methoden können die benötigten, qualitätsrelevanten Größen ermittelt werden.

Eine besondere Schlüsselstellung bei der Ermittlung dieser Größen besitzen spektroskopische Methoden, da diese aktuelle Produkteigenschaften ermitteln können, ohne dass eine aufwendige Modifikation bzw. Bearbeitung des Produktes notwendig wäre.

In diesem Zusammenhang übliche spektroskopische Methoden sind die UVNIS-Spektroskopie (Messung der Absorption des Produktes im Wellenlängenbereich λ = 200 – 800 nm), die NIR-Spektroskopie (Messung der Absorption des Produktes im Wellenlängenbereich λ = 800 – 2500 nm), die IR-Spektroskopie (Messung der Absorption des Produktes im Wellenzahlbereich ν = 4000 – 400 cm^–1) sowie die Fluoreszenz- und Ramanspektroskopie (Anregung der Fluoreszenz- bzw. Ramanstrahlung mittels intensiver Lichtquellen).

Wesentlich für die Anwendbarkeit dieser Methoden ist die Zugänglichkeit zu dem zu untersuchenden Prozess bzw. Produkt. Chemische Prozesse werden in der Regel in Reaktorbehältern bzw. Rohrleitungen durchgeführt, die erst nach Einbau von Fenstern, die für die spektroskopische Analysenstrahlung transparent sind, eine direkte spektroskopische Messung des darin befindlichen Produktes erlauben.

Wegen möglicher toxischer Eigenschaften der im Prozess zu analysierenden Produkte müssen an die Zuverlässigkeit von Prozessfenstern gegenüber Leckagen hohe Anforderungen gestellt werden. Dies gilt vor allem auch dann, wenn Prozesse unter hohem Druck bzw. hoher Temperatur ausgeführt werden.

Derartige Prozessfenster sind z.B. als Schaugläser verfügbar. Schaugläser sind hauptsächlich für die Sichtkontrolle des Reaktor- bzw. Rohrleitungsinhaltes konzipiert, weniger für spektroskopische Prozessanwendungen, bei denen häufig eine definiert einstellbare Schichtdicke eines zu durchstrahlenden Produktes gefordert ist, damit aus dem Spektrum die gewünschte Produktinformation abgeleitet werden kann.

US-A-5404217 beschreibt ein Prozessfenster, bei dem die Fensterscheibe mittels eines Schraubzylinders mit Außengewinde dichtend gegen den Messzellenkörper verschraubt ist. Das Prozessfenster ermöglicht jedoch nicht die Überwachung einer eventuell auftretenden Leckage.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Prozessfenster bereitzustellen, mit dem vermieden werden kann, dass bei auftretender Undichtigkeit Produkt aus den druckführenden Rohrleitungen in die Umgebung gelangt, und mit dem Messungen auch bei kleinen optischen Messabständen bei gleichzeitig großen geforderten Einbau-Nennweiten durchgeführt werden können.

Die Erfindung betrifft ein Prozessfenster, mindestens enthaltend ein mit einer Rohrleitung oder einem Behälter verbundenen Messzellenkörper, einen in dem Messzellenkörper angeordneten Gewindeeinsatz und eine in den Gewindeeinsatz eingesteckte transparante Fensterscheibe, einen Deckel, der lösbar mit dem Messzellenkörper verbunden ist sowie eine in den Gewindeeinsatz eingeschraubte Hülse, die zwischen der transparenten Fensterscheibe und dem Deckel angeordnet ist und die die transparente Fensterscheibe in dem Gewindeeinsatz in Position hält, wobei zwischen der transparenten Fensterscheibe und dem Gewindeeinsatz ein zylindrischer Hohlraum und zwischen dem Gewindeeinsatz und dem Messzellenkörper ein zylindrischer Hohlraum angebracht ist, die über Bohrungen miteinander verbunden sind und über eine Kontrollbohrung mit einer Drucküberwachungseinrichtung verbunden sind,
und wobei die zylindrischen Hohlräume gegen ein in der Rohrleitung oder dem Behälter geführtes Produkt durch statische Dichtungen und gegen die Umgebung durch statische Dichtungen abgedichtet sind.

Die zylindrischen Hohlräume im Gewindeeinsatz und im Messzellenkörper sowie die Bohrungen und Kontrollbohrungen sind im Betriebszustand mit einem im Allgemeinen gasförmigen Kontrollmedium gefüllt. Auf diese Weise können die zylindrischen Hohlräume mittels einer Drucküberwachungseinrichtung auf Leckage überwacht werden.

Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Prozessfensters wird sichergestellt, dass bereits bei einsetzender Undichtigkeit eine Druckveränderung auftritt die von der Drucküberwachungseinrichtung detektiert wird. Die Undichtigkeit kann dann durch entsprechende Reparaturarbeiten behoben werden, bevor Produkt in die Umgebung gelangt.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Drucküberwachungseinrichtung auch direkt mit der Prozesssteuerung für den in der Rohrleitung oder dem Reaktor ablaufenden Prozess verbunden werden.

Die Fensterscheibe des Prozessfensters weist im mittleren Bereich vorzugsweise eine größere Wandstärke auf, wodurch eine Auflagefläche des Prozessfensters entsteht. Außerdem wird durch die Verkleinerung der produktberührten Seite der Fensterscheibe eine Verringerung des Totraums (zwischen Rohrwand und Fensterscheibe) erreicht.

Als Material für die transparente Fensterscheibe eignen sich z.B. die für die Herstellung von Schaugläsern oder spektroskopischen Fenstern grundsätzlich bekannten Materialien, wie Saphir, Borsilikatglas oder Quarz , die im Bereich der typischen eingangs genannten relevanten Wellenlängen für die optische Sprektroskopie keine oder geringe Absorption zeigen.

Die Anwendung des Prozessfensters ist möglich zur spektroskopischen bzw. visuellen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung, Stoffidentität, Gemischanalyse, Reinheit der die Rohrleitung oder den Reaktor durchströmenden Stoffe sowie zur Bestimmung von Kennzahlen wie z.B. OH- und Säurezahlen (NIR-Spektroskopie), zur Bestimmung von Farbe (VIS-Spektroskopie), zur Bestimmung von Partikel-Verunreinigungen oder Feststoffgehalten (Streulichtmessung) oder zur visuellen Inspektion der Stoffe (mit dem Auge oder mittels Kamera).

Bei einer Durchstrahlungsmessung durch eine Rohrleitung werden zwei der Fenster gegenüberliegend montiert.

Grundsätzlich sind alle Fenstermaterialien geeignet, die im speziellen Anwendungsfall eine ausreichend hohe Transmission, Festigkeit, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit aufweisen.

Als Dichtungen für das Prozessfenster werden bevorzugt O-Ring-Dichtungen eingesetzt.

Die O-Ring-Dichtungen liegen dabei vorzugsweise in Ringnuten. Die Tiefe der Ringnuten ist dabei vorzugsweise geringer als der Durchmesser des O-Ringes. Dies gewährleistet eine genau definierte Vorpressung des O-Ringes bei der Fenstermontage.

Die Auswahl des Dichtungsmaterials richtet sich nach der thermischen und chemischen Beanspruchung. Man verwendet insbesondere elastische Kunststoffe, Pressmassen aus anorganischen Fasern und Bindemitteln, Graphit sowie verformbare Metalle, z.B. Weichkupfer oder spezielle Metalldichtringe.

Bewährte Dichtungsmaterialien sind Fluorelastomere wie z.B. Kalrez^® (Hersteller: DuPont de Nemour) und Viton^® (Hersteller: DuPont de Nemour) sowie Nitrilkautschuk oder Siliconkautschuk. Es können auch Metalldichtringe wie beispielsweise Helicoflex^® (Hersteller: Fa. Garlok ) eingesetzt werden.

Das Prozessfenster dient zur optischen bzw. spektroskopischen Prozesskontrolle, insbesondere von chemischen Reaktionen, sowie von Misch-, Förder- und Trennprozessen.

Die erfindungsgemäße Kombination der transparenten Fensterscheibe und des Gewindeeinsatzes ermöglichen eine Messung bei kleinen optischen Messabständen (z.B. NIR ) und gleichzeitig geforderten großen Einbau-Nennweiten. Durch den Einsatz der Gewindeeinsätze können die kleinen optischen Abstände ohne einschränkende Querschnittsverengungen und/oder den Einbau überlanger, instabiler Prozessfenster erreicht werden kann.

Das Prozessfenster wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schemate Darstellung zweier, sich in einer Rohrleitung gegenüberliegender, erfindungsgemäßer Prozessfensters für die Flanschmontage;
2 eine Seitenansicht der Prozessfenster der 1
Bei dem druckfesten Prozessfenster 1 nach 1 und 2 ist der Messzellenkörper 7 mit der Rohrleitungswand 17 über eine Flanschverbindung lösbar verbunden. In den Messzellenkörper 7 ist ein Gewindeeinsatz 14 eingeschraubt, in den eine transparente Fensterscheibe 4 eingesteckt ist.
Der im Messzellenkörper 7 eingeschraubte Gewindeeinsatz 14 und die in den Gewindeeinsatz 14 eingeschraubte Hülse 5 wird über einen Deckel 2, der mittels Schraubverbindungen 3 lösbar mit dem Messzellenkörper 7 verbunden ist, gegen Lösen gesichert. Auf diese Weise wird die transparente Fensterscheibe 4 in Position gehalten.
Der Gewindeeinsatz 14 weist im Umfangsbereich der Fensterscheibe 4 einen rundumlaufenden, zylindrischen Hohlraum 13a auf. Zwischen dem Messzellenkörper 7 und dem Gewindeeinsatz 14 befindet sich ein weiterer rundumlaufender, zylindrischer Hohlraum 13b, der mit dem zylindrischen Hohlraum 13a im Gewindeeinsatz 14 über eine Bohrung 8 hydraulisch verbunden ist. Der zylindrische Hohlraum 13b ist über Kontrollbohrungen 15 mit einer Drucküberwachungseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden. In den zylindrischen Hohlräumen 13a und 13b sowie in der Bohrung 8 und den Kontrollbohrungen 15 befindet sich im Betriebszustand ein im Allgemeinen gasförmiges Kontrollfluid.
Der zylindrische Hohlraum 13a ist primär, das heißt gegen das Produkt 19, durch eine radiale statische O-Ringdichtung 10 und sekundär, das heißt gegen die Umgebung 20, durch eine radiale statische O-Ringdichtung 9 abgedichtet. Der zylindrische Hohlraum 13b ist primär, das heißt gegen das Produkt 19, durch eine radiale statische O-Ringdichtung 11 und sekundär, das heißt gegen die Umgebung 20, durch eine radiale statische O-Ringdichtung 12 abgedichtet.
Durch die rundumlaufende Nut 18 in den beiden Dichtflächen des Messzellenkörpers 7, die mit den Kontrollbohrungen 15 verbunden ist, kann die Drucküberwachung auch in Doppelmantelrohrleitungen durchgeführt werden.
Der über die Drucküberwachungseinrichtung erfasste Druckabfall wird in ein Warnsignal oder in ein direkt in die Prozesssteuerung wirksames Signal, dass beispielsweise zur Abschaltung einer Pumpe führt, umgesetzt. Nach Ergreifen der in dem jeweiligen Prozess notwendigen Maßnahmen kann die Dichtheit des Messzellenkörpers durch Austausch der Dichtringe 9,10,11 oder 12 wieder hergestellt werden.
Trotz einer auftretenden Undichtigkeit kann auf diese Weise der Austritt von Produkt in die Umgebung vermieden werden.

Claims

Die Erfindung betrifft ein Prozessfenster (1), mindestens enthaltend ein mit einer Rohrleitung oder einem Behälter (17) verbundenen Messzellenkörper (7), einen in dem Messzellenkörper (7) angeordneten Gewindeeinsatz (14) und eine in den Gewindeeinsatz (14) eingesteckte transparente Fensterscheibe (4), einen Deckel (2), der lösbar mit dem Messzellenkörper (7) verbunden ist sowie eine in den Gewindeeinsatz (14) eingeschraubte Hülse (5), die zwischen der transparenten Fensterscheibe (4) und dem Deckel (2) angeordnet ist und die die transparente Fensterscheibe (4) in dem Gewindeeinsatz (14) in Position hält, wobei zwischen der transparenten Fensterscheibe (4) und dem Gewindeeinsatz (14) ein zylindrischer Hohlraum (13a) und zwischen dem Gewindeeinsatz (14) und dem Messzellenkörper (7) ein zylindrischer Hohlraum (13b) angebracht ist, die über Bohrungen (8) miteinander verbunden sind und über eine Kontrollbohrung (15) mit einer Drucküberwachungseinrichtung verbunden sind, und wobei die zylindrischen Hohlräume (13a, 13b) gegen ein in der Rohrleitung oder dem Behälter (17) geführtes Produkt (19) durch statische Dichtungen (10,11) und gegen die Umgebung (20) durch statische Dichtungen (9, 12) abgedichtet sind.
Verwendung des druckfesten Prozessfensters (1) nach Anspruch 1 zur optischen oder spektroskopischen Prozesskontrolle.