DE2326583B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren und gleichzeitigen Vermengen einer flüssigen Verbindung mit Kohlendioxyd - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gasgemisches bei selbsttätiger Regelung des Mengenverhältnisses seiner Bestandteile, bei dem von Kohlendioxyd und einer Flüssigkeit, beispielsweise einem tertiären Amin. wie Dimethyläthylamin, deren Siedepunkt etwas höher als Zimmertemperatur ist, ausgegangen wird, der Pegel der Flüssigkeit in einem gcichlossenen Behälter auf einer vorbestimmten Höhe gehalten wird. Lind das erhaltene Gasgemisch abgeleilet wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung ium Durchführen des genannten Verfahrens.

Solche Gemische aus Kohlendioxyd und einem Amin, vorzugsweise einem tertiären Amin, können als Katalysator für Polymerisationen verwendet werden.

Für die Herstellung solcher Gemische au«, einer Flüssigkeit und Kohlendioxyd muß die Flüsigkeit verdampft werden, beispielsweise, indem Gas durch sie lindurchgeleitet wird. Wenn von einem flüssigen Amin ■nit Zimmertemperatur ausgegangen wird, besteht bei &° einer Verdampfung unter Durchleiten von Luft die Gefahr, daß sich explosive Gemische bilden.

Entsprechend einer anderen bekannten Technik wird die Flüssigkeit zerstäubt. Dies ist jedoch wegen der zu wählenden Feinheit der Teilchen schwierig und wegen einer geeigneten Einspritzdüse kostspielig.

Fs ist bekannt, daß die meisten Amine über einer gesetzlich festgelegten Konzentration gesundheitsschädlich sind; auch unterhalb dieser Konzentration verursachen sie Schmerzen, so daß es wünschenswert ist, ihre Handhabung in nicht automatisch arbeitenden Einrichtungen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen es möglich ist ausgehend vt.ti einer flüssigen Verbindung in.t Zimmertemperatur und mit einem etwas höheren Siedepunkt als Zimmertemperatur, insbesondere einem tertiären Amin, und ausgehend von einem gasförmigen Kohlensäureanhydrid, ein Gasgemisch herzustellen, in dem das Verhältnis der Bestandteile vorwähibar ist, ohi.e daß bei der Herstellung die Gefahr gesundheitlicher Schäden besteht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß die temperatur der Flüssigkeit auf einem konstanten Wen gehalten wird und Kohlendioxyd dem Behälter derart zugeleitet wird, daß sein Druck im Behälter konstant

ist. ...

Übet der Flüssigkeit befindet sich lii. ^.,uiniiscni:,; Behälter somii. ein Gasgemisch, dessen Zusammensei-/UH" f'ber die Flüs.s.gkeastemperatur und den Kohlend,ox\ddruck geregelt wird. Es ,st bekannt, daß das Veriiaimis der Gewichte von gasförmigen Bestandteilen das gie.che ist wie von Drücken (Partialdrücke) dieser ajsform^en Bestandteile. Der Enupar-nungsdruek von unter erhöhtem Druck befindlichem Kohlendioxyd k'.nn in einfacher Weise geregelt werden; der Dampfdruck einer Flüssigkeit ist eine funktion der Temperatur der Flüssigkeit und läßt sich somit allem aber die Temperatur regeln. Mit dem Partialdruck des Kohlendio^yds im Behälter unter der Temperatur der Flüssigkeit kann somit das Mengenverhältnis der Bestandteile des entstehenden Gasgemisches geregelt werden.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens weist crfindungsgeniäß eine Einrichtung zur Regelung der Flüssigkeitstemperatur, eine Einrichtung zur Zufuhr von Kohlendioxyd in den geschlossenen Behälter und eine Einrichtung zur Regelung des Kohlendioxyddrukkes auf.

Die Einrichtung zur Zufuhr von Kohlendioxyd ist vorteilhafterweise ein Rohr, daß sich beim Eintritt in den Behälter in zwei Teile teilt, dessen einer Teil die Zufuhr von Kohlendioxyd unterhalb des Flüssigkeitspegels gestattet und dessen anderer Teil die Zufuhr von Kohlendioxyd oberhalb des Flüssigkritspegels gestattet wobei jeder Teil mit einem Schieber versehen ist. Das unter dem Flüssigkeitspegel eingeleitete Kohlendioxyd durchperlt die Flüssigkeit, wodurch eine gute Ausbreitung des Gases sowie ein schneller Eintritt von verdampfter Flüssigkeit in die Gasphase im oberen Teil des Behälters sichergestellt wird.

Das in die Flüssigkeit hineinragende Rohr ist vorteilhafterweisc mit einer Einrichtung zur Zerteilung des Gasstromes versehen.

Kohlendioxyd und flüssiges tertiäres Amin werden in praktisch wasserfreiem Zustand verwendet. Das Kohlendioxyd wird dabei aus irgendeinem Aufbewahrungseefäß entnommen, vorzugsweise aus Flaschen mit unter erhöhtem Druck verflüssigtem Kohlendioxyd. Im allgemeinen werden in der Praxis Absolutdrücke zwischen 5 und 70 bar verwendet. Absolutdruck ist hier der tatsächlich auf eine Einheitsfläche der Oberfläche ausgeübte Druck.

Relativdruck ist der Absolutdruck, vermindert um den Atmosphärendruck, der im Mittel I barbeträgt.

In der Vorrichtung wird der Druck der Quelle von

Kohlendioxyd mittels einer Finrichiung zur Druckregelung, meistens einem Druckminderventil, auf den Gebr.iuehsdruck umgesct/t, dessen übliche Werte /wischen I und 5 bar liegen.

Die I ln-.sigk.eu wird dem geschlossenen Behälter n.iitels irgendeiner außerhalb des Behälters angeordneten Quelle durch Zwischenschaltung einer Einrichtung /um (iberführen, im allgemeinen einer Pumpe, beispielsweise einer elektromagnetischen Pumpe, zugeführt; die Zuführung kann auch mittels Überdruckes von Gas, beispielsweise Kohlendioxy J, konrpremierier Luft oder Stickstoff erfolgen, wobei tier Rohrausgang mit einem Sicherheitsventil versehen sein kann.

Die Flüssigkeit wird im allgemeinen bis zur Mitte der Behäiterhöhe eingefüllt; dieser Pegel wird mittels eines Pegelreglers aufrechterhalten. Vorteilhaft ist, wenn der Regler nicht mehr als 5 mm Pegelabweichung erlaubt.

Die Temperatur der Flüssigkeit wird mittels eines Heizelementes geregelt, das mit irgendeiner Energiequelle beispielsweise heil.tem Wasser, Dampf ! nior I k-ki:'i/:ia'. hetncben wird Vorzugsweise wahl, man ιίΓιιίι cicku ischen Widerstand im Fon:: e,nes llc;z:na:i-I _■:·. CIIKr i iei/Schllln '--!11'.'S JlilgckilpSeULTi "'ip'.i.'l- ! t heu '■ !'.-iiients u-.w

Du. ! Liiijii'raiii" der l'kissigkcil Aird miKel¹-. eines -s Ί cniperauirreglers in |··.γ::ί eines 1 hemi· isiaten ijder eines Ku. akuiiermome'.ers und Lihiiiiehem .luirechter "i.iilen.

Die Genauigkeit der Temperaturregelung geschieh! ••iit etwa + 1 C ;,c

Das Kohlendioxyd wird unter vorgegebenem Druck euii.-Lit.MiJi: es treibt den riuss.gker.sduinpi in dir Gas phase, in dem Ausmaß, wie Gasgemisch abgeleitet l)/w. abgelüilt wird, wird dei daraus resultierende Druck ab- !al! automatisch durch Zufuhr \ι,·η Kohlendioxid i:nd ·^: l-lussigkeiisdampf ausgeglichen.

Die Regelung der Bestandteile des Gasgemisches er lol.trt folgendermaßen:

Vorzugsweise wird der Kohlendioxyddriu-k auf einem konsianten Wen gehalten und der erwünschte -to Verhältniswert mittels der Temperatur aufrei hterha ten.

In der Praxis ist es bequem, die 'temperatur auf einem konstanten Wert zu halten und das erwünschte Verhältnis mittels einer Veränderung des Kohicndiluyddnickcs aufrechtzuerhalten.

Die Abmessungen der Vorrichtung werden entsprechend den vom Benutzer geforderten Durchriu'imcntren an Gasgemisch gewählt.

Zur Herstellung der verschiedenen Teile der Vor- <° richtung verwendet man gegenüber Druck und gegen über den Aiisgnngsmaterialien sowie gegenüber der Mischung wiederstandMahige Materialien, vorzugsweise Stahl."

De,- geschlossene Behalier kaiüi irgendeine l-orni aufweisen im allgemeinen ist er zylindrisch, weil er in •li-.'sf.T Form in einfacher Weise die erforderliche Druckfestigkeit aufweist.

Die l'.rfindung wird in- folgender' an I land schema tischer Darstellungen beispielsweise und mit vorteilhaf- ^u ten Einzelheiten erläutert. Es zeigt

E i g. 1 ein Schema einer erfinduiigsgcmäßen \orrichtung,

i^; 1 g. 2 eine abgeänderte Ausfiilirimgsform der erlin dungsgemällen Vorrichtung.

Die in F i g. 1 schcmatisch dargestellte Vorrichtung ist in einem Gehäuse I untergebracht, in dessen Irine rfiii ein Beschlossener Behälter 2 sichtbar ist, der mit einer Leitung 3 zur Zufuhr von Flüssigkeit versehen ist; die Leitung 3 isi über eine Leitung 5 an ein nicht darge-• tellies Versorgungsgefäß mit Flüssigkeit angeschlossen.

Das Niveau der Flüssigkeit im Behälter 2 wird mittels eines Niveaureglers 6 mit einem Schwimmer 6a kontrolliert. Bei normalem Betrieb erreicht die Flüssigkeit ein Niveau zwischen der Hälfte und der Hälfte + 5 mm der Höhe des Behälters 2. Bezugszeichen 7 bezeichnct ein eingekapseltes zylindrisches Heizelement und 8 ein Kontaktfernthermometer zur Regulierung der Temperatur der Flüssigkeit.

Des weiteren ist der Behälter 2 mit einer Zuleitung für Kohlendioxyd versehen, die durch Zwischenschaltung einer Einrichtung 10 zur Druckregelung, im dargestellten Beispiel einem Druckminderer, mit einem außerhalb der Vorrichtung befindlichen und nicht dargestellten Vorratsgefäß für Kohlendioxyd It verbunden ist.

In der Leitung Q ist ein mit 12 bezeichnetes Rückschlag¹.en'il eingebaut. Line nut cnem Ventil 14 verse heile Leitung 13 sichert den Ausg'ig von Gemisch m Richtung zum Gebrauch.

Line mit 15 bezeichnete Skalenscheibe zeigt den verwendeten kohlendioxyddruck an. Line SkaLnscheibe 16 ermöglicht die Ablesung (!er Temperatur mittels eine¹ ' .v, egüchen. an die Einrichtung 8 angeschlosse-, en und die Temperatur der flüssigkeit anzeigenden Kontaktnadel, während eine andere Kontaktnadel üuf die gewünschte Temperatur eingestellt ist und mit der Einrichtung 7 verbunden ist.

Eme elektrische Kontrollampe 17 zeigt den Betrieb oder die Ruhe der gesamten Vorrichtung an; eine Kontrolleuchte IS zeigt die Funktion der Pumpe 4 an, eine K'.op.irolleuchte i9 die des Heizelementes. Ein Schalter 20 steuert die elektrische Stromversorgung der Apparatur. Die Teile 17, 18, 19 und 20 sind mit einer nicht dargestellten elektrischen Schaltung zusammengeschaltet.

Die Aufrechtcrhaitung eines konstanten Wertes des Verhältnisses der Bestandteile der gasförmigen Mischung ist von spezieller Wichtigkeit, insbesondere Acnn die Apparatur zur Abgabe von momentan erhöhten Durchflußmengen von Gasgemischen verwendet wild In der Tat ist es in der Praxis, obwohl man die Möglichkeit hut, die Apparaturen in für die üblicherwcise erforderlichen Durchflußmengen geeigneten Abnicsungen zu bauen, vorteilhaft, den gleichen Apparat zur Abgabe von verschiedenen Gasdurchflußmengen benutzen s.u können, beispielsweise von erhöhten Durchflußmengen mit einer Apparatur von kleineren Abmessungen. Man vermehrt entsprechend den Kohle'üioxyddruck und -egelt den Dampfdruck der Flüssigkeit über die Erwärmung.

Es ist vorioi'haft, die Aiisführiingsform, in der das Kohlendioxyd unter dem Niveau der Flüssigkeit zugeleitet wird, derart zu wählen, daß die ausgeführte Diirchperlung durch das Mitreißen von verdampfter Flüssigkeit in tue Gasphase dazu beiträgt, den erwünschten Dampfdruck in der Gasphase sehr schnell wieder herzustellen. Des weiteren wird die Flüssigkeit durchmischt, was dazu beiträgt, ihre Temperatur sehr schnell überall gleich zu machen.

Mitunter bev< r/ugt man die Verwendung einer zweiten, weiter oben beschriebenen Ausführungsform und leitet das Kohlendioxyd oberhalb des Flüssigkeitsniveaus ein. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn, bei erhöhten Durchflußmengen, es sich als nötig erweist, das

Mitreißen von Flüssigkeilsbläschen /u vermeiden. Sol ehe mitgerissenen Flüssigkeitsbläschen konnten an den Stellen der Apparatur Beschädigungen verursachen, nn denen sie sich durch Kondensation niederschlagen.

Es ist daher vorteilhaft, gleichzeitig die eine oder die andere der oben beschriebenen Ausführungsformen anordnen zu können. Dafür leitet man, in einer abgeänderten AusfUhrungsform, das Kohlendioxyd in den abgeschlossenen Behälter mittels eines beim P.intritt in den Behälter in zwei Teile geteilten Rohres ein, dessen einer Teil die Einleitung von Kohlendioxyd über dem Niveau, der andere Teil unter dem Niveau ermöglicht, und jeder Teil mit einem Einlaßschieber versehen ist.

Es ist vorteilhaft, den Teil des Rohres, der die Einleitung von Kohlendioxyd unterhalb des Niveaus der Flüssigkeit ermöglicht, d. h„ der bis in die Flüssigkeit verlängert ist. mit einer bekannten Vorrichtung zur Teilung des Gasstromes, wie z. B. einem Gitter, einer durchlöcherten Platte, oder mit Ringen nach » R a s c h i g « zu versehen.

In der F i g. 2, die eine Abänderungsform der erfindungsgemäOen Vorrichtung schematisch darstellt, bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 20 gleiche Teile wie in Fig. 1. 21 bezeichnet einen Schieber zum Verschließen der Zuleitung von Kohlendioxyd unterhalb des Niveaus der Flüssigkeit. Mit 22 ist eine Zuleitung bezeichnet, die die Zufuhr von Kohlendioxyd aus der Leitung 9 in die Gasphase über der Flüssigkeit gestattet. 2.3 bezeichnet einen Schieber zum Verschluß des Rohres 22. Bei Verschluß des Schiebers 23 und öffnung des Schiebers 21 arbeitet die Apparatur mit Durchperlung.

Wenn man den Schieber 21 schließt und den Schieber 23 öffnet, bildet sich die Mischung aus Kohlendioxyd-Amin-Dampf gänzlich auf Grund der Einstellung der Temperatur des Amins.

Wenn beide Schieber offen sind, erhält man eine plötzlich stark erhöhte Durchflußmenge.

Man hat auch die Möglichkeit, die Öffnungen der Schieber 21 und 23 zu verändern und so die Durchfluß mengen zu regeln.

Bei einer augenblicklichen Außerbetriebsetzung der Apparatur bewirkt ein Offenlassen der Schieber 21 und 22 einen Ausgleich der Drücke und verhindert jedes mögliche Rücksteigen von Flüssigkeit in das eintauchende Rohr wegen des Überdrucks im Behälter 2.

Bei einer kontinuierlichen Zufuhr von flüssigem Amin und Kohlendioxyd erhält man ein zur Verwendung fertiges Gasgemisch, vorzugsweise als Katalysator zur Polymerisation. Bei dieser Verwendung ist das Kohlendioxyd ein inertes, wegen seiner Diffusionseigenschaften gut verwendbares Gas; als tertiäre Amine wählt man vorteilhafter aliphatisch^ Amine mit niedrigem Molekulargewicht, vorzugsweise Dimethyläthylamin. die als schneller Katalysator für die Polymerisalioii von I Iaiv.cn auf der Basis von Phcnolaldchyder und VMi Polyisocyanaten gute Eigenschaften haben Dinirlhyliithylamin hat bei Temperaturen in dei

Nahe der /inimerti-mperaturen einen beachtlichen line

s ausreichenden Dampfdruck, namentlich um mit den Kohlendioxyd ein als schneller Katalysator verwendba res Gemisch zu bilden.

Beispielsweise erhält man /wischen 20 und 25"C mi einem absoluten Kohlendioxyddruck von 1,2 bis 1,8 bai ίο ein Gasgemisch, dessen Gewichisvcrhältnis /wischer IO und I 5% liegt.

Der Benutzer der Apparatur kann in einem ausgedehnten Bereich das Verhältnis der Bestandteile wäh lcn. und er bestimmt zur Kontrolle dieses Verhältnisse.¹ auf die oben beschriebene Weise die beiden Faktoren für eine einfache Regelung.

Die Apparatur arbeitet kontinuierlich und automatisch, sie macht Eingriff von Hand überflüssig und vcr meidet mögliche Verluste von gesundheitsschädlichen Aminen. Sie ist in einem abgeschlossenen und dichten Gehäuse untergebracht, kompakt und wenig sperrig.

Es folgen zwei Beispiele, die die Erfindung in keiner Weise einschränken.

Beispiel!

Man hat eine Apparatur gebaut, deren äußere Abmessungen in mm die folgenden sind: 430 χ 300 χ 165, die einen geschlossenen zylindrischen Behälter aus Stahl aufweist, dessen äußerer Durchmesser 112 mm und dessen Höhe 192 mm beträgt, und der zur Einleitung der Reagentien mit Stahlrohren mit dem normierten Durchmesser 8x13 versehen sind. Die Einleitung von Kohlendioxyd wird mittels eines Druckminderers geregelt.

Man wählt das flüssige Dimethyläthylamin, dessen

Einleitung mittels einer elektromagnetischen Pumpe von 60 mm Durchmesser und 175 mm Länge geschieht.

Der Pegel der Flüssigkeit wird konstant gehalten, die Temperatur wird auf 20⁰C geregelt und der manometrische Druck des Kohlendioxyds wird bei 1.5 bar gehallen. Am Ausgang der Apparatur sammelt man kontinuierlich ein Gasgemisch unter dem Druck von 1.5 bar mit 60 g Dimethyläthylamin auf 10DOg Kohlendioxyd. Das Verhältnis ist während der gesamten Betriebsdauer konstant.

Beispiel 2

In einer Apparatur nach Beispiel I hält man du· Temperatur auf 20⁰C und den Druck des Kohlendioxyds auf 2 bar. Das erhaltene Gasgemisch hat einen Druck von 2 bar und enthält 40 g Dimethyläthylamin auf 1000 g Kohlendioxyd.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Gasgemisches bei selbsttätiger Regelung des Mengenverhältnisses leiner Bestandteile, bei dem von Kohlendioxyd und finer Flüssigkeit, beispielsweise einem tertiären Amin, wie Dimethyläthylamin, deren Siedepunkt etwas höher als Zimmertemperatur ist, ausgegangen wird, der Pegel der Flüssigkeit in einem gesehlosse Hen Behälter auf einer vorbestimmten Höhe gehallen wird und das erhaltene Gasgemisch abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Flüssigkeit auf einem konstanten Wert gehalten wird und Kohlendioxyd dem Behäller derart zugeleitet wird, daß sein Druck im Behälter konstant ist.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7. 8. 16) zur Regelung der Flüssigkeitstem- [KTiI₁Ur. '.'mi? Einrichtung (9, 10, il) zur Zufuhr von k^hiendioxyd η den geschlossenen Behälter und eine Einrichtung (IS) zur Regelung des Kohiendiowddruckes.

3. Vorrichtung nach Ai .iruch 2. dadurch gekenn- -s zeichnet, daß die Einrich;ung zur Zufuhr von Kenlendiüxyd ein Rohr (9) ist, das sich beim Eintritt in den Behälter (2) in zwei Teile te:'t dessen einer Teil die Zufuhr von Kohlendioxyd unterh.-.ib des Flüssigkeitspegel gestattet, dessen anderer Teil (22) die Zufuhr vor¹ Kohlendioxyd oberhalb des fliissigkeitspegels ge-'attet. und daß jeder Teil mit einem Schieber (21. Ii) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Arsprucl 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Flüssigkeit hineinragende Rohr mit einer Einrichi ig zur Zt-.rteilung des Gas .■stromes versehen ist.