DE2946080C2

DE2946080C2 - Vorrichtung zum Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen vor einem Ethylenoxiddampf-Zerfall

Info

Publication number: DE2946080C2
Application number: DE19792946080
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. Beestermöller; Georg Dr. Böhm; Hans-Jürgen Dr. 4370 Marl Erberich; Hans Dr. 4358 Haltern Große-Wortmann; Rudolf Dipl.-Ing. Hinz; Hans-Christian Dipl.-Ing. 4370 Marl Kutter; Franz Dipl.-Ing. 4350 Recklinghausen Langheim; Klaus Dr. Rauch; Horst Ueberschaer; Erwin Dr. 4370 Marl Vangermain
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2946080A1

Description

H=S v. ■/,

und dem Querschnitt
F =

ZH

mit S =

V
Q

Ap dp

2Ap d„

Sicherheitsfaktors 1,2
mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammenfroni in der ZerfaJJssperre bei einem Druck oberhalb 15 bar
Zeitbedarf für die Inertisierung der großvolumigen Behälter
mittlerer Volumenstrom des Gases
Dichte des Gases unter Betriebsbedingungen

zulässiger Druckabfall an der Zerfallssperre bei Normalbetrieb
charakteristische Abmessung der Füllkörper.

15

20

25

30 in die abgeschotteten großvolumigen Apparate sicher verhindern.

Die Abmessungen der Zerfallssperren, die für den Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen geeignet sind, lassen sich folgendermaßen ermitteln:

Die Höhe der Zerfallssperren hängt ab von dem Zeitbedarf ti, der für die Inertisierung der großvolumigen Behälter und Apparate, die von den Zerfallssperren jeweils abgeschottet werden, im Störungsfall notwendig ist, sowie von der Standzeit U der Zerfallssperren. Letztere wird bestimmt von der spezifischen Oberfläche der Schüttung und den Zustandsbedingun^en im Störungsfall. Um die Ausbreitung des Zerfalls in die durch die Zerfallssperren jeweils abgeschotteten großvolumigen Behälter zu verhindern, muß t_z> f,sein.

Die Standzeit der Zerfallssperren ist die Zeit, die die Flammenfront zum Durchdringen der Schüttung benötigt; sie ist proportional zur Höhe H der Zerfallssperre und umgekehrt proportional zur mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit v, der Flammenfront in der Schüttung der Zerfallssperre:

t.. JL

V-

Die Patentanmeldung P 28 50 254.7 bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen vor einem Zerfall des Ethylenoxid-Dampfes in Abwesenheit oder Anwesenheit der flüssigen Phase des Ethylenoxids. Gemäß der Erfindung nach der Hauptanmeldung wird die gestellte Aufgabe in Abwesenheit der flüssigen Phase des Ethylenoxids gelöst durch

das Abschotten einzelner oder mehrerer Apparate der Anlage durch den Einbau von an sich bekannten Zerfallssperren bzw. durch Kombination dieser Maßnahme mit der Maßnahme
des druckstoßfesten Auslegens aller Apparate und Rohrleitungen, für die der maximale Druck, der sich beim Zerfall des Ethylenoxids ergibt, mit hinreichend großer Zuverlässigkeit vorausberechnet werden kann, oder mit der Maßnahme
des schnellen Inertisierens des Inhaltes einzelner oder mehrerei Apparate, die nicht dauernd im inertisierten Zustand betrieben werden können, im Falle einer Störung.

Wenn erhebliche Mengen von flüssigem Ethylenoxid in der Anlage anwesend sind, werden alle drei Maßnahmen miteinander kombiniert, da damit eine umfassende und gegenüber dem heutigen Stand der Technik deutlich verbesserte Schutzwirkung erreicht wird.

Obwohl die Zerfallssperren direkt in die Leitungen für die Stoffströme eingebaut sind, sollen sie den Verfahrensablauf unter normalen Betriebsbedingungen nicht beeinträchtigen. Im Falle einer Störung sollen sie jedoch die Ausbreitung des Ethylenoxiddampf-Zerfalls

60 Damit wird

/.■ _ H __s

I₁ v. ■ I₁

H=Sv₂I,

Der Sicherheitsfaktor 5 muß größer als 1 sein; man setzt S> 1,2, vorzugsweise S= 1,3.

In Zerf al Issperren, die mit Paliringen von 15 mm Durchmesser aus V4A-Edelstahl gefüllt sind, beträgt die mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit v₇ der Flammenfront von zerfallendem Ethylenoxiddampf v_z=\ bis 4 cm/s ohne innere Wasserkühlung der Schüttung bei einem Druck oberhalb 15 bar in der Anlage. Unterhalb 15 bar breitet sich die Flammenfront nicht mehr durch die Zerfallssperre aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit läßt sich durch innere Kühlung der Schüttung weiter herabsetzen.

Eine Schüttung aus Paliringen

15 mm χ 15 mm χ 0,4 mm aus V4A-Edelstahl, die durch Rütteln auf ein Schüttgewicht von 500 bis 530 kg/m³ verdichtet ist, hat eine spezifische Oberfläche von 350 bis 370 m²/m³. Werden in Ethylenoxid-Anlagen Zerfallssperren mit anderen Einbauten verwendet, muß deren spezifische Oberfläche in diesem Bereich oder darüber liegen.

Der Querschnitt der Zerfallssperren wird bestimmt durch den Widerstandsbeiwert der Schüttung und den bei Betriebsdruck der Anlage zulässigen Druckabfall des durch die Zerfalissperre strömenden Gases oder Dampfes:

. , Η ι

Dabei ist:

Ap der zulässige Druckabfall an der Zerfallssperre bei Normalbetrieb der Anlage

ξ der Widerstandswert der Schüttung

H die Höhe der Zerfallssperre

dp eine »charakteristische Abmessung« der Füllkörper

ρ die Dichte des Gases unter Betriebsbedingungen

V der mittlere Volumenstrom des Gases durch die Zerfallssperre

F der Querschnitt der Zerfallssperre

Für eine Schüttung aus Pallringen mm χ 15 mm χ 0,4 mm aus V4A-Edelstahl ist:

ζ = 3,5 bis 5,5
d_p = 1,5 cm

Für den Querschnitt der Zerfallssperre folgt daraus

- Y

IAp d.

Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist:
Zur Abtrennung von Ethylenoxid aus einer im wesentlichen mit Acetaldehyd verunreinigten Flüssigkeit wird eine Kolonne mit ca. 2,6 m Durchmesser und ca. 34 m Höhe eingesetzt, die ein Volumen von ca. m³ hat Sie ist ausgerüstet mit 50 Ventilboden im Abstand von jeweils 60 cm. Der Betriebsdruck beträgt 4 bar und die Temperatur im Dampfraum ca. 50° C.

In die Kolonne werden 17 225 kg/h Roh-Ethylenoxid eingegeben, bestehend aus 17 203 kg/h Ethylenoxid und 22 kg/h Acetaldehyd sowie Spuren von Wasser und Formaldehyd. Als Rücklauf werden 48 500 kg/h Rein-Ethylenoxid (mit Spuren von Acetaldehyd, Formaldehyd und Wasser) aufgegeben. Als Dampf werden 65 500 kg/h Rein-Ethylenoxid abgezogen und als Sumpfprodukt 225 kg/h, das ca. 10 Gewichtsprozent ίο Acetaldehyd enthält

In einem Vorratsgefäß mit 60 m³ Inhalt ist Stickstoff bei 25 bar bevorratet der im Störungsfall über drei Ventile in die Kolonne eingespeist wird; diese Ventile sind längs der Kolonnenhöhe angebracht Die Kolonne ist inertisiert wenn der Gehalt an Ethylenoxid im Dampfraum unter 50 Vol.-°/o liegt. Dazu ist bei dieser Anlage eine Inertisierungszeit von 30 Sekunden notwendig.

Alle vier Zerfallssperren (s. F i g. 1 in P 28 50 254.7) sind in einer Höhe von 3 m mit 15-mm-PalIringen aus V4A-Edei£tahl gefüllt; zwischen den Anschweißenden sind die Zerfallssperren 4 bis 5 m hoch. Der Innendurchmesser der Zerfallssperre in der Dampfleitung beträgt 1,6 m, in den drei anderen Leitungen 0,4 m.

Die Kolonne ist für den Nenndruck 16 bar ausgelegt, alle Rohre und kleinvolumigen Apparate dagegen für den Nenndruck 40 bar. Diese Teile können bis 60 bar stoßbelastet werden.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen vor einem Ethylenoxiddampf-Zerfall in Abwesenheit oder Anwesenheit der flüssigen Phase des Ethylenoxids, nach Hauptanmeldung P2850254.7, gekennzeichnet durch Zerfallssperren mit der Höhe