DE2653567A1

DE2653567A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbewahren von materialien

Info

Publication number: DE2653567A1
Application number: DE19762653567
Authority: DE
Inventors: George Tunnicliffe
Original assignee: Corning Ltd
Current assignee: Corning Ltd
Priority date: 1975-12-01
Filing date: 1976-11-25
Publication date: 1977-06-08
Also published as: FR2333723A1; US4105061A; JPS5281619A

Description

PATENTANWÄLTE

Dlpl.-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dipl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

28H34 β FRANKFURT AM MAIN

TELEFON (0611)

287014 GH. ESCHENHEIMER STRASSE 39

Gu/ki 23. November 1976

CORNING LIMITED Wear Glass Works, Sunderland, England

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbewahren von Materialien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbewahren von Materialien unter einem vorbestimmten Überdruck oder Unterdruck unter Verwendung eines in einem Außenbehälter befindlichen Innenbehälters. Die Vorrichtung kann dabei als Reaktorgefäß verwendet werden. Als Behälter können Gefäße oder Rohre Verwendung finden«

Bei zahlreichen Anwendungsgebieten, beispielsweise im chemischen Apparatebauwesen, in chemischen Laboratorien oder bei der experimentellen Analyse, müssen Materialien in flüssigem, gasförmigem oder auch festem Zustand unter Druck oder unter Bedingungen aufbewahrt oder gefördert werden, bei denen die Materialien einem Überdruck oder Unterdruck oder auch einem Teilvakuum ausgesetzt sind. Bisher hierfür verwendete Vorrats-

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behälter sind so ausgebildet, daß sie der Druckdifferenz zwischen Behälteraußenseite und Behälterinnenseite widerstehen können. In zahlreichen Fällen haben die aufzubewahrenden Materialien korrosive Eigenschaften. Dann müssen die Vorratsbehälter auch gegen Korrosion widerstandsfähig sein. Die Behälterwände haben daher eine beträchtliche Dicke. Insbesondere wenn sie aus gegen Korrosion widerstandsfähigem Material bestehen, sind sie teuer und wiegen viel. Dies trifft insbesondere bei Reaktor gefäß en zu, bei denen der Innendruck während einer Reaktion zwischen bestimmten Reaktionsteilnehmern ansteigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, und eine Vorrichtung zum Aufbewahren von Materialien unter Überdruck oder Unterdruck vorzuschlagen, wobei die erwähnten Nachteile vermieden oder beträchtlich verringert werden«

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zerbrechlicher Vorratsbehälter in einen gasdichten Außenbehälter eingesetzt und abgedichtet wird, der einer Druckdifferenz an seinen Wänden standhält, die größer oder kleiner als der erwähnte Überdruck bzw. Unterdruck ist, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern im wesentlichen mit einer Flüssigkeit angefüllt wird und der zerbrechliche Behälter eine Einrichtung zum Druckausgleich aufweist, wobei der Druck an den Wänden des zerbrechlichen Behälters beim Auftreten des Überdrucks oder Unterdrucks innerhalb des zerbrechlichen Behälters ausgeglichen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Flüssigkeit nicht den gesamten Zwischenraum ein, sondern läßt im oberen Teil des Zwischenraumes eine Gasballastzone frei, die eine kleine Expansionskammer für die Flüssigkeit ausbildet, weil die Zone bzw. das Gas kompressibel ist.

Die Einrichtung für den Druckausgleich kann eine biegsame

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Membran enthalten, die in oder ringsum eine öffnung in der Wand des zerbrechlichen Behälters angeordnet ist, wobei bei wachsendem oder fallendem Druck im zerbrechlichen Behälter die Membrane gebogen wird, wodurch die Druckänderung auf die Flüssigkeit übertragen wird, so daß der Druck innerhalb oder außerhalb des zerbrechlichen Behälters ausgeglichen wird. Die Wand des zerbrechlichen Behälters unterliegt also keinen Druckdifferenzen (Differenzaußendruck gegen Differenzinnendruck an der Wand).

Eine solche Membran kann flexibel sein oder auch als flexibler Balg ausgebildet sein. Alternativ kann ein Teil der Wand des zerbrechlichen Behälters oder auch dessen gesamte Wand aus flexiblem Material bestehen, welches sich innerhalb seiner elastischen Grenzen biegen kann, um den Druckausgleich zu erhalten.

Der zerbrechliche Behälter kann einen Halsteil oder einen anderen Teil haben, der sich durch eine gasdichte Stoffbüchse oder Dichtung im Außenbehälter erstreckt, und in die Verschlußmittel gasdicht eingesetzt sind. Durch den Verschluß können Zusatzeinrichtungen gehen, beispielsweise eine Rühranordnung, ein Sprührohr oder ein Thermometer.

Innerhalb des Außenbehälters und/oder innerhalb des zerbrechlichen Behälters können Heizanordnungen, Kühlanordnungen oder Gefrieranordnungen angeordnet sein, um die Temperatur innerhalb des zerbrechlichen Behälters abzuändern. Um eine Druckänderung im zerbrechlichen Behälter und/oder im Inneren eines der beiden Behälter oder beider Behälter hervorzurufen, kann die Dichtung oder Stoffbüchse mit einer überdruck- oder Unterdruckquelle verbunden sein, beispielsweise mit einer Pumpe; wodurch der Druck im zerbrechlichen Behälter geändert wird.

Der zerbrechliche Behälter kann aus dünnem Glas oder Metallfolie bestehen, beispielsweise einer Tantalfolie in Papier-

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stärke, weil der Behälter keinerlei Druckdifferenz von innen oder außen her ausgesetzt wird.

Bei einer abgeänderten Konstruktion kann der Behälter ein Rohr oder eine längliche Rohrleitung sein, in der- der zerbrechliche Behälter sich in Form eines Rohres mit kleinerem Durchmesser befindet. Die Flüssigkeit füllt dabei den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren im wesentlichen aus.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Aufbewahren von Materialien unter Überdruck oder Unterdruck, die gekennzeichnet ist durch einen zerbrechlichen, abdichtbaren Vorratsbehälter, der sich innerhalb eines gasdichten Außenbehälters befindet, der einer Druckdifferenz an den Behälterwänden widerstehen kann, die größer bzw. kleiner ist als der vorbestimmte Überdruck bzw. Unterdruck, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und eine Einrichtung zum Druckausgleich sich im zerbrechlichen Behälter befindet, wobei der Druck an den entgegengesetzten Seiten der Wand des zerbrechlichen Behälters beim Entstehen des vorbestimmten Überdrucks oder Unterdrucks innerhalb des zerbrechlichen Behälters ausgeglichen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Zusatzeinrichtungen;

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform, ebenfalls mit Zusatzeinrichtungen«

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Fig. 1 zeigt einen Vorratsbehälter 1 aus zerbrechlichem bzw. wenig widerstandsfähigem Material, der sich innerhalb eines Außenbehälters 2 befindet. Der Zwischenraum 3 zwischen den beiden Behältern ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, während der zerbrechliche Behälter 1 eine Einrichtung 4 zum Druckausgleich hat, mit der der Druck an den Wänden de3 zerbrechlichen Behälters beim Entstehen eines vorbestimmten Über« drucks oder Unterdrucks innerhalb des zerbrechlichen Behälters ausgeglichen wird. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.

Der zerbrechliche Innenbehälter 1 hat beim gezeigten Ausführungsbeispiel einen Hals 5 an einem Ende, der durch eine druckdichte Dichtung verschlossen ist, die den im Behälter 1 vorliegenden Druck aushalten kann. Die Dichtung kann Bohrungen aufweisen, um Einsteckenden 7 von weiter unten noch näher erläuterten Einrichtungen aufzunehmen. Alternativ kann der Behälter 1 ohne Hals ausgebildet sein und am oberen Ende geschlossen sein.

Am unteren Ende des Behälters 1 ist ein weiterer Hals 8 vorgesehen, mit dem die Einrichtung 4 für den Druckausgleich flüssigkeitsdicht verbunden ist. Diese Einrichtung ist als Balg dargestellt. In Fig. 1 ist der Balg in ausgezogener Lage eingezeichnet, und zwar als Resultat eines Innendrucks im Behälter 1. Der Boden der Balgeinrichtung ist auf geeignete Weise gasdicht abgeschlossen. In der Zeichnung ist hierfür eine Kappe 19 verwendet.

Bei einer alternativen Konstruktion kann anstelle der Balgkonstruktion eine Membrane aus biegsamem Material vorgesehen sein, die den Hals 8 oder eine andere öffnung in der Wand des Behälters 1 abdichtet. Bei einer weiteren Ausführungs« form kann die Wand des Behälters 1 oder ein Teil der Wand ausreichend flexibel sein, um als Einrichtung zum Druckausgleich zu dienen.

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Die Wand des zerbrechlichen Behälters 1 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise Glas, Keramik, Kunststoff, Metall, beispielsweise Tantal oder rostfreier Stahl, oder auch aus anderem geeigneten Material, welches für den jeweiligen Verwendungszweck des Vorratsbehälters paßt. Die Dicke der Behälterwand ist derart, daß die Behälterwand keinem fühlbaren Druck im Behälter standhält. Wegen der Druckausgleichseinrichtung unterliegt die Wand aber keinerlei Druckdifferenz. Der Behälter kann also aus sehr dünnem Material, praktisch in Papierstärke, bestehen, ohne daß eine Zerstörungsgefahr wegen eines im Inneren des Behälters herrschenden Überdrucks oder Unterdrucks besteht.

Der Außenbehälter 2 besteht aus geeignetem Material. Seine Wand ist so dick, daß sie der Druckdifferenz an der Wand widerstehen kann, die von dem Druck innerhalb des zerbrechlichen Behälters 1 ausgeübt wird.

Der Behälter 2 ist an einem Ende flüssigkeitsdicht geschlossen, und zwar über eine oder mehrere Kappen 10. Die Befestigung dieser Kappen an den Behälterenden kann, wie strichpunktiert angedeutet, über Bolzen 11 erfolgen. Stattdessen können aber auch andere geeignete Mittel vorgesehen sein. Die zeichnerisch dargestellte Kappe 10 hat eine öffnung zur Aufnahme des Halses 5 des Innenbehälters und eine flüssigkeitsdichte Stoffbüchse 12 ist zwischen der öffnung der Kappe und dem Hals des Innenbehälters vorgesehen.

Eine Dichtung 6 im Hals 5 kann die Bohrungen für die Glieder 7 aufweisen, die zu Zusatzgeräten führen, beispielsweise Manometern, Thermometern, Steuereinrichtungen, Rührflügeln, Sprührohren und dergleichen.

Der Innenbehälter 1 kann mit einem Heizelement13 versehen, sein, das elektrische Heizspulen aufweist oder eine andere geeignete

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Heizeinrichtung, beispielsweise eine mit Dampf betriebene Heizeinrichtung. Der Innenbehälter kann auch Heizspulen 14 aufweisen, die mit elektrischem Strom oder Dampf beheizt werden, wobei die Energie über Leiter 15 zugeführt wird, die durch die Kappe 10 geführt sind.

Flüssigkeit im Zwischenraum 3 ist vorzugsweise nicht zu. leicht flüchtig. Beispielsweise kann es Diphenyloxid sein oder ein anderee Wärmeübertragungsöl oder auch ein Transformatoröl, welches als Kühlöl geringer Flüchtigkeit wirkt. Dieses öl braucht den Zwischenraum zwischen den Behältern nicht vollständig auszufüllen, so daß im oberen Teil ein Gasraum 16 ausgebildet wird. Die thermische Expansion des Hydrauliköls wird größtenteils von der Einrichtung 4 aufgenommen oder der inerte Gasballast oberhalb des Flüssigkeitsniveaus kann hierfür verwendet werden, weil das Gas kompreseibel ist und die thermische Expansion des Hydraulikmediums aufnehmen kann, wodurch der Betrieb der Einrichtung 4 nicht beeinträchtigt wird.

Steuereinrichtungen, beispielsweise Schalter, können in der Einrichtung 4 vorgesehen sein und auf die Temperatur oder den Druck innerhalb des zerbrechlichen Behälters und/oder im Zwischenraum ansprechen, so daß der Behälter 1 automatisch abgeschaltet wird, wenn die Verformung der Einrichtung 4 ein gefährliches Maß erreicht. Es kann dann die Beheizung oder jedes andere Verfahren, welches sich im Behälter 1 abspielt, selbsttätig abgeschaltet werden. Dies kann auch dann erfolgen, wenn ein Ölleck im Zwischenraum zwischen den Be* hältern entstanden ist, wodurch Gefahrenzustände für den Innenbehälter 1 hervorgerufen werden können.

In der Zeichnung ist der Behälter 1 im wesentlichen zylinderförmig dargestellt. Er kann aber auch kugelförmig sein oder anders geformt sein, um der Profilierung des Außenbehälters

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zu entsprechen. Beide Behälter können so geformt sein, daß sie geeignet ineinander passen.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei der zerbrechliche Innenbehälter als Rohr 21 ausgebildet ist. Das Rohr 21 befindet sich innerhalb eines weiteren Rohres 22, wobei der Zwischenraum 23 zwischen den Rohren mit öl gefüllt ist.

Bei allen Ausführungsformen können Haltemittel 17 und 27 vorgesehen sein, um den Innenbehälter innerhalb des Außenbehälters stabil zu halten.

Durch Verwendung einer Rohrleitung nach Fig. 2 schützt das Öl das zerbrechliche oder spröde Rohr 21. Wenn das Rohr 21 aus Glas besteht, so ist das Rohr vom Punkt des Entstehens eines Überdrucks an geschützt, in dem die Kraft auf das Außanrohr über das gesamte Hydrauliksystem v/eiter geleitet wird. Das Innenrohr kann auch linienförmig durch eine Spule 24 beheizt werden, die um das Innenrohr gewickelt ist, wenn dies gewünscht wird, und/oder die Flüssigkeit kann beheizt und in heißem Zustand durch den Zwischenraum gepumpt werden.

Im vorstehenden wurden bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung beschrieben. Die Einrichtung für den Druckausgleich kann aber auch als Kolben ausgebildet sein, der flüssigkeitsdicht in einem Zylinder gleitet. Die Bewegung des Kolbens bei ansteigendem Druck könnte gegen die Wirkung eines Federelementes oder eines anderen elastischen Gliedes erfolgen, beispielsweise einer Gasblase, die sich im Zylinder befindet, und die lediglich die Expansion der aufbewahrten Materialien im Gefäß 1 aufzunehmen braucht.

Wird das Gefäß 1 als Reaktor verwendet, so können die Reaktionskomponenten durch eine Membran getrennt werden,

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die durch eine chemische oder physikalische Einwirkung eines oder beider Reaktionsmittel zerrissen wird.

Der dünnwandige Behälter kann also aus biegsamem oder zerbrechlichem Material oder Materialien bestehen, die eine Druckdifferenz nicht aushalten können. Falls ein solcher Behälter aus teurem Material bestehen muß, wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine wesentliche Kostenverringerung erreicht, weil nur sehr wenige dieser Materialien verwendet werden müssen» Auch können durch die Maßnahmen nach der Erfindung gefährliche Materialien, die unter Überdruck oder Unterdruck aufbewahrt werden müssen, verglichen mit bekannten Vorrichtungen unter wesentlich verringerter Explosions« und Leckgefahr aufbewahrt werden.

- Ansprüche -

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Claims

23. November 1976 CORNING LIMITED Wear Glass Work, Sunderland, England Patent- bzw. Schutzansprüche

1. Verfahren zum Aufbewahren von Materialien unter einem vorbestimmten Überdruck oder Unterdruck unter Verwendung eines in einem Außenbehälter befindlichen Innenbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß ein zerbrechlicher Innenbehälter (1) flüssigkeitsdicht innerhalb eines Außenbehälters (2) eingesetzt wird, der einen Differenzdruck aushalten kann, der größer bzw. kleiner als der vorbe« stimmte Überdruck bzw. Unterdruck ist, und daß der Zwischenraum (3) zwischen den beiden Behältern (1, 2) im wesentlichen mit einer Flüssigkeit ausgefüllt wird, wobei der Innenbehälter (1) eine Druckausgleichsanordnung (4) 'aufweist, wodurch ein Druckausgleich an den entgegengesetzten Seiten der Wände des Innenbehälters erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einfüllen der Flüssigkeit in den Zwischenraum (3) eine kompressible Gasballastzone oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche im Zwischenraum frei gelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsanordnung (4) eine flexible Membran aufweist, die in oder ringsum eine öffnung in der Wand des Innenbehälters (1) dichtend eingepaßt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsanordnung eine flexible Membran oder eine Balganordnung oder einen Kolben aufweist, der in einem Zylinder gleiten kann.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichseinrichtung (4) dadurch ausgebildet wird, da3 wenigstens ein Teil dar Wand des Inner/behälters (1) aus flexiblem Material besteht, welches sich innerhalb seiner elastischen Grenzen biegen kann.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung, Kocheinrichtung oder Kühleinrichtung im Zwischenraum (3) angeordnet wird, bevor der Außenbehälter (2) abgedichtet wird.

7. Vorrichtung zum Aufbewahren von Materialien unter einem vorbestimmten Überdruck oder Unterdruck mit einem Innenbehälter, der sich in einem Außenbehälter befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) aus zerbrechlichem Material besteht und flüssigkeitsdicht abdichtbar ist, daß der Außenbehälter (2) flüssigkeitsdicht abdichtbar ist und einem Differenz druck an den Behälterwänden widerstehen kann, der größer ist als der Überdruck bzw. Unterdruck, daß der Zwischenraum (3) zwischen den Behältern (1, 2) mit einer Flüssigkeit angefüllt ist, und daß eine Druckausgleichsanordnung (4) am Innenbehälter (1) angeordnet ist, mit der der Druck an den Wänden des Innenbehälters ausgeglichen werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Zwischenraum (3) diesen nicht vollständig ausfüllt und einen Gasraum (16) über der Flüssigkeit ausbildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsanordnung (4) eine biegsame Membran aufweist, die in oder ringsum eine Öffnung (8) in der Wand des Innenbehälters (1) dichtend angeordnet ist oder die einen Teil dieser Wand ausbildet.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine flexible Membran ist, eine Balganordnung oder eine kompres3ible Einrichtung.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Behälter (1, 2) als Rohre oder Röhren (21, 22) verschiedener Durchmesser ausgebildet sind, von denen sich eines innerhalb des anderen befindet, und die durch einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Zwischenraum (23) voneinander getrennt sind, wobei die Enden der Rohre oder Röhren flüssigkeitsdicht abgedichtet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß· der Innenbehälter (1) eine Öffnung (5) aufweist, die sich durch eine flüssigkeitsdichte Abdichtung (12) in der Wand des Außenbehälters (2) erstreckt, in der eine Dichtung (6) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (6) Leitungen durch die Abdichtung aufweist, in die Meßeinrichtungen oder Rohre (7) flüssigkeitsdicht eingesetzt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-13» dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Heizen, Kühlen oder Tiefkühlen (14) innerhalb des Außenbehälters (2) vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-14, dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen oder Meßeinrichtungen mit der Druckausgleichsanordnung (4) verbunden sind, die auf die Temperatur und/oder den Druck innerhalb des Innenbehälters (1) ansprechen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) aus Glas oder einer

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Metallfolie, beispielsweise Tantal in Papierstärke, besteht.

Der Patentanwaürb

, D. /Gudel

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