DE1494772A1

DE1494772A1 - Behaelterfuellmasse mit verbesserter Festigkeit und Gleichmaessigkeit

Info

Publication number: DE1494772A1
Application number: DE19661494772
Authority: DE
Inventors: Haddeland George E
Original assignee: Coyne Cylinder Co
Current assignee: Coyne Cylinder Co
Priority date: 1965-07-30
Filing date: 1966-06-24
Publication date: 1970-10-22
Also published as: NL6610146A; BE683957A; US3539364A; FR1486360A; SE300280B; GB1158328A

Description

Patentanmeldung

der
Firma American Cryogenics, Inc., 224, Ryan Way, South San Fransisco,

Kalifornien (V.St.A.) Behälterfüllmasse mit verbesserter Festigkeit und Gleichmäßigkeit

Die Erfindung betrifft eine Füllmasse für Behälter zur Lagerung von Gasen, wie Acetylen, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Masse und zum Füllen der Behälter mit dieser Kasse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Füllmasse und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei die Füllmasse durch eine hohe Quetsch- oder Zerdrückfestigkeit und durch eine hohe Gleichmäßigkeit des fertigen Materials ausgezeichnet ist.

Die neue Füllmasse weist eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit und Festigkeit auf, wie sie bei den bisher verfügbaren Produkten nicht zu erreichen waren. Diese wesentlichen Vorteile werden ohne den Zusatz von Hilfsmitteln, wie Suspendier- oder Dispergiermitteln und ohne die Anwendung spezieller Arbeitsweisen bei der Herstellung erreicht; beispielsweise brauchen die Füllstoffkomponenten nicht in einer Kolloidmühle behandelt zu werden.

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Kurz gesagt, besteht die Füllmasse nach der bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen aus Asbest, Holzkohle, Kalk und Kieselsäure. Als Kieselsäure wird ein Gemisch aus gemahlenem Sand und Diatomeenerde verwendet, wobei das Verhältnis zwischen gemahlenem Sand und Diatomeenerde so gewählt wird, daß das Gemisch beim Füllen des Zylinders eine optimale Viskosität aufweist und das ausgehärtete Endprodukt eine optimale Zerdrückfestigkeit erhält. Auf Grund dieser optimalen Viskosität wird ^ die Bildung von durch Luft erzeugten Hohlräumen oder Taschen in der Füllmasse vermieden, wodurch das Endprodukt eine hohe Zerdrückfestigkeit erhält.

Die Verwendung eines Materialgemisches als Kieselsäurekomponente ist nur eine Ursache für die vorteilhaften Eigenschaften des Endproduktes. Es wurde gefunden, daß eine Masse mit einem äußerst geringen Gehalt an sich absetzenden Feststoffen und mit einer hohen Gleichmäßigkeit erhalten· werden kann, wenn der im Ansatz verwendete Kalk durch Wasser hydratisiert wird, das bei Temperaturen von mehr als etwa 82 ⁰C (I80 ⁰F) und während der restlichen Zugabezeit vorzugsweise in der Nähe des Siedepunkts gehalten wird.

Durch Verwendung eines Kieselsäuregemisches und durch Einstellung der Temperatur des zur Hydratisierung des Kalks verwendeten Wassers erreicht man unabhängig das gewünschte Ziel, nämlich die" Verminderung des Absitzens von Feststoffen in dem in den Zylinder eingefüllten Endprodukt. Diese Maßnahmen können bei

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der Herstellung eines solchen Produktes unabhängig voneinander angewendet werden, wobei wesentliche Verbesserungen in der angedeuteten Richtung erhalten werden. Vorzugsweise wendet man erfindungagemäö beide Maßnahmen an, wobei man ein Produkt mit optimalen Eigenschaften erwarten kann.

Zum Verständnis der Bedeutung der vorliegenden Erfindung sei darauf hingewiesen, daß einige Gase, insbesondere Acetylengas, bei Drucken von mehr als etwa 1 atU (15 psig) instabil sind. g Zum Versand muß Acetylengas beispielsweise unter Druck in Aceton aufgelöst und in Zylindern mit geeigneter Festigkeit und Bauweise transportiert werden. Um eine heftige Zersetzung des Acetylene über dem Acetonspiegel zu vermeiden, muß man den Zylinder mit einem porösen, absorbierenden Material mit sehr feinen Sinzelporen füllen. Das Aceton und das Acetylen befinden sich in diesen Poren. Um wirksam zu sein, muß die Füllmasse praktisch frei von Hohlräumen sein und nur einen geringen bis überhaupt keinen Raum zwischen der äußeren Füllstoffläche und den Innenwänden des Behälters freilassen. Ist dies nicht % der Fall, so bildet sich ein Raum für das Acetylen, in dem sich dieses getrennt vom Acetontrager sammelt, wodurch die Gefahr einer Zersetzung hervorgerufen wird. Weiterhin und gleichseitig muß die Füllmasse eine ausreichende Festigkeit und physikalische Widerstandsfähigkeit aufweisen, so daß sie bei normaler Behandlung des Acetylenzylinders nicht bricht, zerkrümelt oder sich absetzt. Andernfalls könnten aus ähnlichen Gründen Zersetzungsprobleme auftreten.

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Die bekannten Füllmassen werden im allgemeinen mit Zement oder einem Kalk-Kieselsäuregemisch als Bindemittel sowie mit Asbest, Holzkohle und/oder anderen Stoffen hergestellt, die die gewünschte Porösität, das Absorptionsvermögen, die Elastizität und Festigkeit ergeben. Zur Herstellung eines ge*· füllten Zylinders wurde ein solches Gemisch zu einer wäßrigen Aufschlämmung suspendiert und diese dann in Form eines Breis in den Zylinder gegossen. Gewöhnlich setzt man die Zylinder höheren Temperaturen und/oder Drücken aus, um die suspendierte fe Masse auszuhärten. Das Wasser wird dann abgedampft, wobei eine poröse, gleichmäßige, monolithische Füllmasse im Zylinder zurückbleibt. Hierbei ist zu beachten, daß die Porosität der Füllmasse in erster Linie durch die zur Herstellung des Breis verwendete Kenge Wasser sowie in geringem Umfang durch die Verhältnisse und Arten der suspendierten Feststoffe in der Füllmasse bestimmt ist.

Damit eine gleichmäßige Füllmasse erhalten wird, ist es äußeret wichtig, daß die feuchten Aufschlämmungen leicht in den Zylin- w der fließen können, ohne daß Luft eingeschlossen wird und ohne daß sich Hohlräume oder Tasphen im Füllmaterial bilden. Es ist bekannt, daß man die Hohlräume vermindern kann, indem man an den gefüllten Zylinder ein Vakuum anlegt und den Zylinder rüttelt. Auf beiden Wegen kann man die Lufteinschlüsae an die Oberfläche des Zylinders und von da aus dem Zylinder herausbringen.

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Die Viskosität des zum Auffüllen des Zylinders verwendeten Gemisches bestimmt weitgehend den Erfolg, mit dem die Hohlräume und Lufteinschlüsse ausgeschaltet werden können, Je geringer die Viskosität des Gemisches ist, desto leichter läßt sich der Zylinder füllen und desto vollständiger lassen sich die eingeschlossenen Gase abtrennen. Andererseits wird es umso schwieriger, die Feststoffe im Gemisch in homogener Suspension zu halten, je geringer die Viskosität des Gemisches wird, mit dem Ergebnis, daß sich die Feststoffe zu stark absetzen und Teile der fertigen Füllmasse sich nicht im ge- I wünschten Sinn verhalten.

Man hat bereits zwei Wege eingeschlagen, um eine geeignete Füllviskosität mit verminderten Absitzproblemen zu erzielen. In Fällen, in denen ein Gemisch aus zwei Arten von Kieselsäure wie im vorliegenden Fall verwendet wurde, war es üblich, dem Gemisch Suspendiermittel, wie Aluminiumsulfat oder Bentonit zuzusetzen. Obgleich man mit diesen Stoffen eine.Masse mit der gewünschten Gleichmäßigkeit, erhalten kann, so tragen g diese Stoffe nicht zur Erhöhung der Festigkeit der Füllmasse bei, da sie sich nicht mit dem Kalk-Kieselsäure-Gerüst verbinden. Durch Bentonit wird die Struktur der Füllmasse eindeutig geschwächt. Weiterhin können gelartige Suspendiermittel die Anschlußstücke des Zylinders und andere Armaturen verstopfen, wenn das Wasser abgedampft und das Gel ausgetrocknet wird.

Ein anderer Weg besteht darin, eine Kolloidmühle zu verwenden,

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um sehr kleine durchschnittliche Teilchenabmeseungen" zu erhalten. Wendet man diese Arbeitsweise bei einem Gemisch an, bei dem gemahlener Sand als einzige Quelle für die Kieselsäure verwendet wird, so kann man ein Endprodukt mit einer verhältnismäßig hohen Zerdrückfestigkeit erhalten. Sin auf diese Weise hergestelltes Material kann die erforderliche Gleichmäßigkeit erreichen und sich nicht absetzen. Jedoch ist die Verwendung einer Kolloidmühle sehr aufwendig, und in jedem Fall wird das Herstellungsverfahren in unzulässiger Weise kompliziert, wodurch notwendigerweise die Kosten des Endproduktes erhöht werden.

Erfindungsgemäß läßt sich das Absitzen vermeiden und ein Endprodukt mit gleichmäßiger Zusammensetzung und einer wesentlich höheren Zerdrückfestigkeit erreichen, ohne daß Suspendiermittel oder spezielle Apparaturen oder Arbeitsweisen, beispielsweise eine Kolloidmühle, verwendet zu werden brauchen, um den Kalk auf der Vorstufe zu mahlen. Das Endprodukt besitzt alle gewünschten Eigenschaften und kann mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand hergestellt werden. Wie schon gesagt, werden diese Eigenschaften durch zwei Abänderungen bei der Herstellung der Füllmassen erhalten. Nach einem Merkmal der Erfindung wird die Temperatur des zur Hydratisierung des Kalks verwendeten / Wassers eingestellt. Nach dem anderen Merkmal der Erfindung wird der angestrebte Zweck durch Zumischen eines Anteils von Diatomeenerde zu gemahlener Kieselsäure erreicht, so daß eine Eindickung der Füllstoffmischung durch Absorption von freiem

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Wasser in den Poren der Diatomeenerde auftritt. Auf diese Weise braucht man keine Suspendiermittel zu verwenden. Durch Einstellung der mit dem gemahlenem Sand vermischten Menge an Diatomeenerde erhält das Gemisch ein ausreichendes Fließverhalten, so daß es leioht in die Zylinder fließt, ohne daß Luft in nennenswerten Mengen eingeschlossen und Hohlräume gebildet werden. Gleichzeitig ist eine ausreichende Menge an gemahlenem Sand vorhanden, wodurch eine hohe Zerdrückfestigkeit erhalten wird.

Die Verbesserung der Zerdrückfestrgkeit der Füllmasse wird dadurch erzielt, daß der Anteil an gemahlenem Sand oder Siliciumdioxyd verhältnismäßig hoch gewählt wird. Vorzugsweise ist das Mischungsverhältnis zwischen gemahlenem Siliciumdioxyd und Diatomeenerde oder Kieselgur etwa so hoch, daß der Anteil an gemahlenem Sand etwa 50 - 90 Gew.96 des Gemisches beträgt. Man erhält ausgezeichnete Ergebnisse, wenn das Gemisoh zu etwa 60 - 80 Gew.% aus gemahlenem Sand besteht. Obgleich sich die Zerdrückfestigkeit proportional mit zunehmender Konzentration an gemahlenem Sand erhöht, beruht die vorliegende | Erfindung auf der Entdeckung, daß 100 1» gemahlenes Siliciumdioxyd als Kieselsäurekomponente unerwünscht ist, da hierdurch der Grad des Absitzens und die Gleichmäßigkeit des Gemisches im ungünstigen Sinn beeinflußt werden.

Erfindungsgemäß soll deshalb ein Gemisch der zwei angegebenen Kieselsäurearten verwendet werden, wenn auch das Mischungsver-

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hältnis über einen weiten Bereich eingestellt werden kann, was von bestimmten gewünschten Endeigenschaften abhängt. Durch Erhöhung der Konzentration der leichten, hochporösen Diatomeenerde wird die Viskosität herabgesetzt, während sich die Zerdrückfestigkeit durch Erhöhung des Anteils des ' schweren, nichtporösen, gemahlenen Sandes erhöhen läßt. Innerhalb der vorstehend angegebenen Verhältnisse erhält man im allgemeinen optimale Zusammensetzungen. In jedem Fall kommt es jedoch auf ein Gemisch an, das einen wirksamen Anteil jeder der beiden Kieselsäurearten enthält, damit man nicht auf die verschiedenen Stabilisierungsmethoden zurückgreifen muß, wie sie bisher als erforderlich angesehen wurden.

V/ird ein Produkt mit optimalen Eigenschaften angestrebt, so kommt der andere Gesichtspunkt der Erfindung zur Geltung, und zwar zusätzlich zur Verwendung eines Kieselsäuregemischee; hierdurch wird ein außergewöhnlich hoher Gleichmäßigkeitsgrad erreicht, und das Absitzen der Füllstoffmasse wird verhindert. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf die Art der Hydratisierung des Kalks vor seiner Vermischung mit den anderen Bestandteilen der Masse, Bisher wurde kein besonderes Gewicht auf die Temperatur des für die Hydratisierung verwendeten V/assers gelegt, mit dem Ergebnis, daß verhältnismäßig niedrige Temperaturen in der Größenordnung von etwa 49 ⁰C (120 ⁰F) angewendet wurden. Es wurde nun gefunden, daß das Hydratisierungswasser, dem der Kalk zugesetzt wird, eine

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Temperatur von mehr als etwa 82 ⁰C (18O ⁰F) haben soll, wenn mit dem Zusatz begonnen wird. Bei weiterem Kalkzusatz soll die Temperatur des Hydratisierungswassers in der Nähe des Siedepunktes gehalten werden, während der restliche Kalk des Ansatzes zugesetzt und hydratisiert wird. Werden diese Temperaturgrenzen eingehalten, so erhält man ein Produkt mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit.

Wie schon gesagt, wurde gefunden, daß die Temperatur des zur Hydratisierung des Kalks verwendeten V/assers die Eigenschaften " des Endproduktes so stark beeinflußt, daß sogar ohne das vorstehend angegebene Kieselsäuregemisch ihre Berücksichtigung im Herstellungsverfahren zu stark verbesserten,gleichmäßigen Produkten führt, wobei sich die poröse Füllstoffmasse nicht absetzt.

Abgesehen davon, daß zwei Kieselsäurearten miteinander vermischt, daß keine Suspendiermittel und keine Kolloidmühlen verwendet werden und daß die Temperatur bei .der Hydratisierung λ des Kalks eingestellt wird, lehnt sich die Erfindung an die bisherigen Verfahren an, beispielsweise hinsichtlich der verwendeten Bestandteile, Mengen und der allgemeinen Verfahrensschritte. So stellt die Füllmasse im wesentlichen eine Kombination aus Kieselsäure, Kalk und Asbest dar. Falls man wünscht, kann man auch Holzkohle in die Masse einarbeiten, da sie offenbar in Gegenwart von Aceton quillt, wodurch die Füllmasse im Zylinder noch weiter verdichtet wird. Man kann jedoch

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zufriedenstellend gefüllte Zylinder auch ohne Holzkohle mit den anderen drei Bestandteilen allein erhalten.

Wie schon gesagt, ist das Verhältnis zwischen V/asser und Peststoffen ziemlich kritisch; damit das Endprodukt eine geeignete Porosität aufweist, liegt dieses Verhältnis vorzugsweise bei etwa 3,5 - 3,8· Ein Verhältnis zwischen Wasser und Feststoffen von etwa 3,64 scheint für viele Zwecke optimal zu sein. Das Verhältnis zwischen Kieselsäure und Kalk ist ebenfalls wichtig; es wird vorzugsweise zwischen 1,6 und 2,4 gehalten, wobei man ausgezeichnete Ergebnisse im Bereich von etwa 1,8 bis 2,0 erhält. Hält man diese Verhältnisse zwischen V/asser und Peststoffen, bzw. zwischen Kieselsäure und Kalk ein, so können die restlichen Komponenten nach Wunsch variiert werden. So kann man den Asbestgehalt variieren, um ein Endprodukt mit der gewünschten Biegsamkeit zu erhalten, und die Holzkohle kann, wie schon gesagt, überhaupt weggelassen werden.

^ Zur Erläuterung der Erfindung wurde ein Füllstoffansatz mit den nachstehenden Bestandteilen hergestellts

	Gew.
Asbest	18,5
Holzkohle	12,5
Kieselsäure	44,0
Kalk	25,0

100,0

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ErfindungsgeaftB wurde der Kieselsäureanteil des Ansatzes aus gemahlenem Sand (95 % kleiner als etwa 0,074 mm (kleiner als 200 mesh)) und Diatomeenerde hergestellt, wobei der gemahlene Sand 70 Gew.Ji der beiden Kieselsäurearten ausmachte.

Ein Füllstoff wird wie folgt hergestellt} Die Holzkohle wird unter Vakuum in Wasser eingeweicht, um sie vor der Zugabe su dem Gemisch mit Wasser zu sättigen. Sann gibt man gebrannten Kalk su dsm auf einer Temperatur von mehr als etwa 82 ⁰C (18O ⁰F) gehaltenen Wasser. Man verwendet bei der Hydratisierung des Kalks das Wasser in «einer Menge, die für eine 14,5 jtige Lttaohkalksuspension ausreicht. Bei der Zugabe des Kalks EU dem Wasser wird die Temperatur des Wassers in der Nähe des Siedepunktes gehalten. Sie eingeweichte Holzkohle, die Lttsohkalksuspension und etwa 95 Liter (25 GaIl.) Wasser werden dann mit den Kieselsäuregemisch und dem Asbest vermischt. Sie in dem Verfahren verwendete Gesamtmenge V/asser ist wie folgts

Liter(Gall.) kg(lbs)

Sättigung der Holzkohle 7,6 (2) 7,25 (16) Wasser für den Kalk 68,1 (18) 68,0 (150) Freies Wasser 94,5 (25) 94,5 (208)

170,2 (45) 169,75 (374)

Das Verhältnis «wischen Wasser und Feststoffen in der Füllmasse beträgt 3,64.

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Sie Feststoffe werden in der angegebenen Reihenfolge dem freien Wasser zugesetzt und eine halbe Stunde durchgemischt, bevor sie in die leeren Zylinder eingefüllt werden. Das Füllen der Zylinder geschieht in der üblichen Weise unter Anlegen . eines Vakuums und Rütteln, falls erforderlich.

Zum Vergleich wurde ein anderer Zylinder mit einer Masse, ähnlich der vorstehend beschriebenen, gefüllt, wobei aber ^ anstelle des Kieselsäuregemisches 100 £ Diatomeenerde verwendet wurden. Nachdem die gefüllten Zylinder in der üblichen Weise ausgehärtet worden waren, wurden die Füllmassen miteinander verglichen. Die aus dem Gemisch aus gemahlener Kieselsäure und Diatdmeenerde hergestellte Füllmasse hatte eine glatte Oberfläche und eine Zerdrückfestigkeit von etwa 29,9 kg/cm² (425 psi). Die aus 100 i» Diatomeenerde hergestellte Füllmasse hatte eine rauhe Oberfläche und eine Zerdrückfestigkeit von nur etwa 22,9 kg/cm² (325 psi).

Die Erfindung wurde zum besseren Verständnis anhand von ' Beispielen beschrieben. Es können jedoch im Rahmen des durch den Schutzumfang der Ansprüche bestimmten Erfindungsgedankens gewisse Änderungen und Abweichungen vorgenommen werden.

- Patentansprüche -

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Claims

U94772 Patentansprüche:

1. Füllmasse für Acetylenzylinder, im wesentlichen bestehend aus Asbest, Kalk und Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure als Gemisch aus gemahlenem Sand und Diatomeenerde in einem Verhältnis vorliegt, das beim Einfüllen der Füllmasse in einen Zylinder eine optimale Viskosität und nach dem Aushärten der Füllmasse im Zylinder eine optimale Zerdrückfestigkeit ergibt. j

2. Füllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Holzkohle enthält.

3. Füllmasse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an gemahlenem Sand etwa 50 bis 90 ft>, vorzugsweise 60 bis 80 # der Gesamtmenge an gemahlenem Sand und Diatomeenerde beträgt.

4. Füllmasse nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, " daß das Gewichtsverhältnis zwischen Kieselsäure und Kalk etwa 1,6 - 2,4, vorzugsweise 1,8 - 2,0, und das Verhältnis zwischen Wasser und Feststoffen etwa 3»5 - 3,8, vorzugsweise 3,64, beträgt.

5. Füllmasse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalk vor der Vereinigung mit den anderen Bestandteilen der Füllmasse bei Temperaturen von etwa 82 ⁰C

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(18O ⁰P) oder darüber hydratisiert wurde.

6. Verfahren zur Herstellung einer Füllmasse für Acetylen-Druck-Zylinder aus einer Aufschlämmung aus KaIk₉ Kieselsäure und Asbest, wobei die Zylinder mit dem breiigen Gemisch gefüllt und dann ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kalk zur Verhinderung des Absitzens der Feststoffe in den gefüllten Zylindern vor seiner Vereinigung mit den anderen Bestandteilen der Füllmasse bei einer Temperatur von mehr als etwa 82 ⁰C (180 ⁰F) hydratisiert.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Kieselsäure und Kalk in einem Verhältnis von etwa 1,8 - 2,0 und Wasser und Feststoffe in einem Verhältnis von etwa 3,5 - 3,8 verwendet und daß man den Kalk hydratisiert, indem man zuerst einen Teil des Kalke bei einer Temperatur von mindestens 82 ⁰C (18O ⁰F) dem Wasser zusetzt und das Wasser dann bei Zugabe des restlichen Kalks auf einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes hält.

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