DE3604910C2

DE3604910C2 - Process for evacuating vacuum systems with zeolite filling

Info

Publication number: DE3604910C2
Application number: DE19863604910
Authority: DE
Inventors: Fritz Kaubek; Peter Maier-Laxhuber
Original assignee: Zeolith Tech; Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH
Current assignee: Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2006-02-18
Also published as: DE3604910A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evakuieren von Vakuumsystemen mit Zeolithfüllungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for evacuation of vacuum systems with zeolite fillings after the Preamble of claim 1.

Zeolithe sind kristalline Allumino-Silikate mit einer regelmäßigen Hohlraumstruktur. In den Hohlräumen können Wassermoleküle reversibel adsorbiert werden. Bei der Adsorption wird Adsorptionswärme frei. Zur Freisetzung des adsorbierten Wassers ist bei erhöhten Temperaturen Desorptionswärme zuzuführen. Mit Hilfe der Desorptions wärme wird das Wasser aus der zeolithischen Bindung freigesetzt und verdampft. Die Desorption ist somit von einer Dampfströmung aus der Zeolithfüllung beglei tet. Die in der Zeolithfüllung herrschenden Wasserbe ladungen hängen von der Zeolithtemperatur und dem Wasserdampfdruck ab.Zeolites are crystalline Allumino silicates with one regular cavity structure. Can in the cavities Water molecules are reversibly adsorbed. In the Adsorption releases heat of adsorption. For release of the adsorbed water is at elevated temperatures Apply desorption heat. With the help of desorption the water from the zeolitic bond becomes warm released and evaporated. The desorption is thus accompanied by a steam flow from the zeolite filling tet. The water in the zeolite filling charges depend on the zeolite temperature and the Water vapor pressure.

Bei der Zeolithherstellung werden die Kristalle aus wässrigen Lösungen synthetisiert. Vor einer Verarbei tung müssen die Kristalle aus der wässrigen Lösung abgeschieden und durch Erhitzen getrocknet werden. The crystals are made during zeolite production synthesized aqueous solutions. Before processing the crystals must be removed from the aqueous solution separated and dried by heating.

Um auch das in den Hohlräumen befindliche Wasser zu entfernen, müssen Zeolithe auf Temperaturen zwischen 250-700°C erhitzt werden. Der dabei entstehende wasser freie Zeolith hat dann in der Regel noch eine Wasser restbeladung von 0,5-2,0 Gew.-%. In diesem Zustand ist er stark hygroskopisch. Er muß in trockener Umgebung transportiert, gelagert und verarbeitet werden.To also the water in the cavities remove zeolites at temperatures between 250-700 ° C to be heated. The resulting water Free zeolite usually still has water residual loading of 0.5-2.0% by weight. Is in this state he is very hygroscopic. It must be in a dry environment transported, stored and processed.

Interessante Anwendungen für wasserfreie Zeolithe er geben sich, wenn im Vakuum die Wasserdampfströmung zum und vom Zeolith ungehindert erfolgen kann. Die DE 34 25 419 A1 beschreibt transportable Vakuum systeme mit voneinander getrennten Zeolith- und Wasser füllungen. Nach Lösen der Trennvorrichtung kann Wasser dampf zur Zeolithfüllung strömen. Die Zeolithfüllung adsorbiert den Dampf unter Freisetzung von Adsorptions wärme. Aus der Wasserfüllung verdampft weiterer Wasser dampf. Das Wasser kühlt sich dadurch ab und gefriert zu Eis.Interesting applications for anhydrous zeolites give themselves when the water vapor flow to the vacuum and can take place unhindered by the zeolite. DE 34 25 419 A1 describes transportable vacuum systems with separated zeolite and water fillings. After removing the separator, water can Flow steam to the zeolite filling. The zeolite filling adsorbs the vapor releasing adsorption warmth. Further water evaporates from the water filling steam. This cools the water and freezes it to ice.

Um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu ermöglichen, muß im Vakuumsystem ein besonders niedriger Gaspartial druck vorhanden sein. Um diesen zu erreichen, schlägt die DE 34 25 419 A1 vor, die Zeolithfüllung innerhalb des Systems auf Temperaturen zwischen 250-700°C zu erhitzen. Über eine kleine Öffnung kann aus der Zeolithfüllung Wasser dampf abströmen und die im System befindlichen Gase mitreißen. Die Öffnung wird anschließend luftdicht ver schlossen. Nach Abkühlung ist die Zeolithfüllung aus reichend wasserfrei und das System auf niedrigem Gas partialdruck.To enable a high reaction speed, must have a particularly low gas partial in the vacuum system pressure. To achieve this, the DE 34 25 419 A1, the zeolite filling within the system heat to temperatures between 250-700 ° C. about a small opening can contain water from the zeolite filling steam and the gases in the system sweep away. The opening is then airtight closed. After cooling, the zeolite filling is out sufficient water-free and the system on low gas partial pressure.

Das beschriebene Herstellverfahren erfordert keine Vakuum pumpen. Dafür muß aber die Zeolithfüllung innerhalb des Systems erhitzt werden. Dies erfordert geeignete Wärmeübertragungsflächen, um Desorptionswärme von außen in die schlecht wärmeleitende Zeolithfüllung zu leiten. Die Wärmeübertragungsflächen erfordern auf wendige Geometrien, die, besonders für Einweg-Produkte, nicht wirtschaftlich sind. Aufgrund der schlechten Wärme leitung ist die Wärmeübertragungszeit lang und für schnelle Produktionsverfahren ungeeignet. Die hohen Wärme übertragungstemperaturen erfordern besonders hitzebe ständige und teuere Werkstoffe.The manufacturing process described does not require a vacuum pump. But the zeolite filling must be within the System are heated. This requires appropriate ones Heat transfer surfaces to heat of desorption outside in the poorly heat-conductive zeolite filling to lead. The heat transfer surfaces require agile geometries that, especially for disposable products, are not economical. Because of the bad heat the heat transfer time is long and for fast production processes unsuitable. The high heat Transmission temperatures require particularly high temperatures permanent and expensive materials.

Andere Verfahren, welche kalten, wasserfreien Zeolith in die Systeme einfüllen und anschließend mittels starker Vakuumpumpen evakuieren, führen wegen der starken Adsorptionskraft der Zeolithe nicht zu dem erforderlichen Gaspartialdruck.Other processes using cold, anhydrous zeolite fill into the systems and then by means of evacuate strong vacuum pumps, because of the strong adsorption power of the zeolites not to that required gas partial pressure.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein effektives Verfahren zum Evakuieren von Vakuumsystemen mit Zeolithfüllungen, bereitzustellen.The object of the invention is to provide an effective method for Evacuation of vacuum systems with zeolite fillings to provide.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des 1. Patentanspruches. Eine Zeolithmenge wird zunächst getrennt vom Vakuumsystem mittels bekannter Heizverfahren auf eine Rest beladung zwischen 7-0,5 Gew.-% vorgetrocknet. Die dazu notwendigen Trocknungstemperaturen ergeben sich aus den jeweiligen Beladungsisosteren der Zeolithtypen. Der Zeolith kann sich während dieser Vortrocknung noch außerhalb des späteren Vakuumsystems befinden. Besonders effektiv ist eine Vortrocknung in heißen Luft- oder Gasströmen oder in geschlossenen Öfen ohne Luft wechsel. Der bei der Trocknung herrschende Wasserdampf partialdruck muß höher sein als der spätere Enddruck der Vakuumpumpe. The task is solved according to the characteristic Part of the 1st claim. An amount of zeolite will initially separated from the vacuum system by means of known heating processes load pre-dried between 7-0.5% by weight. The necessary drying temperatures result from the respective loading isosteres of the zeolite types. The zeolite can still develop during this predrying are outside the later vacuum system. Predrying in hot air is particularly effective. or gas flows or in closed ovens without air change. The water vapor prevailing during drying partial pressure must be higher than the final pressure the vacuum pump.

Die heiße Zeolithmenge wird daraufhin in das Vakuum system eingebracht und unter den zuvor herrschenden Wasserdampfpartialdruck evakuiert. Aus der Zeolith füllung wird dadurch Wasserdampf abgesaugt. Der ab strömende Dampf reißt vorhandene Luft und Restgase aus dem Vakuumsystem mit. Im Zeolith wird dadurch die Restbeladung erniedrigt. Für diese Desorption ist Desorptionswärme aufzubringen. Falls hierzu keine äußere Wärmezufuhr erfolgen kann, wird die Desorptions wärme aus der fühlbaren Wärme der Zeolithfüllung aufge bracht. Die Zeolithfüllung kühlt sich dementsprechend ab. Zum Abpumpen des Dampf/Luft-Gemisches können Vakuumpumpen direkt an das Vakuumsystem angeschlossen werden. Die Anschlußstelle läßt sich nach Erreichen des Enddruckes luftdicht verschließen. Es ist aber auch von Vorteil, die Vakuumsysteme selbst in größere Vakuumgefäße einzubringen und dort zu evakuieren. Das Verschließen der Öffnungen kann in diesem Fall nach verschiedenen bekannten Verfahren erfolgen. Bei einer Reduzierung der Wasserbeladung um nur 1 Gew.-% sinkt die Zeolithtemperatur je nach Zeolithtyp und Restbe ladung um 20-40 K. Wird eine Zeolithmenge vom Typ Na-A in einer Heizvorrichtung bei einem Wasserdampf partialdruck von 900 mbar auf 300°C erhitzt, führt dies zu einer Restbeladung von 6 Gew.-%. Die Zeolith menge kann anschließend in ein Vakuumsystem einge bracht und auf beispielsweise 50 mbar evakuiert werden. Bei fehlender äußerer Wärmezufuhr sinkt die Zeolith temperatur von 300°C auf 245°C. Die Restbeladung er niedrigt sich von 6 Gew.-% auf 4 Gew.-%. Der abgezo gene Wasserdampf hat die ursprünglich im System vor handene Luft mitgerissen. The hot amount of zeolite is then placed in the vacuum system introduced and among the previous ones Water vapor partial pressure evacuated. From the zeolite filling is sucked off as a result. The off flowing steam tears existing air and residual gases from the vacuum system with. This makes the Residual load reduced. For this desorption is Apply desorption heat. If none external heat can be added, the desorption heat from the sensible warmth of the zeolite filling brings. The zeolite filling cools accordingly from. For pumping the steam / air mixture Vacuum pumps connected directly to the vacuum system become. The junction can be reached after reaching seal the final pressure airtight. It is also beneficial to vacuum systems even in larger ones Insert vacuum vessels and evacuate there. The In this case, the openings can be closed again various known methods. At a Reduction of the water load decreases by only 1% by weight the zeolite temperature depending on the zeolite type and residual charge around 20-40 K. If a quantity of zeolite of type Na-A in a heater with a steam partial pressure of 900 mbar heated to 300 ° C, leads this to a residual loading of 6 wt .-%. The zeolite quantity can then be put into a vacuum system brought and evacuated to, for example, 50 mbar. If there is no external heat supply, the zeolite sinks temperature from 300 ° C to 245 ° C. The remaining load lowers from 6% by weight to 4% by weight. The deducted Genetic water vapor has originally in the system entrained air.

Gegenüber den bekannten Verfahren kann gemäß dieser Erfindung auf aufwendige Wärmeübertragungsflächen ver zichtet werden. Damit sind Behälterkonstruktionen mög lich, welche die Zeolithfüllung nur an wenigen Stütz stellen fixieren. Die Behälterwände des Vakuumsystems lassen sich damit aus billigen und weniger temperatur beständigen Materialien herstellen.Compared to the known methods, according to this Invention on complex heat transfer surfaces ver to be waived. This makes container designs possible Lich, the zeolite filling only on a few supports put fix. The container walls of the vacuum system can be made from cheap and less temperature manufacture durable materials.

Ein Teil der für die Trocknung der Zeolithe aufzuwendenden Energie läßt sich zur Erzeugung des erforderlichen Vakuums benutzen. Da die Zeolithe erst bei der Ver arbeitung getrocknet werden, können sie im beladenen Zustand transportiert und gelagert werden.Part of the expenditure for drying the zeolites Energy can be used to generate the necessary Use vacuum. Since the zeolites were not released until Ver work can be dried in the loaded Condition transported and stored.

An die Vakuumpumpen werden keine besonderen Anforde rungen gestellt. In vielen Fällen genügen bereits Enddrücke von über 500 mbar.There are no special requirements for the vacuum pumps stakes. In many cases it is enough Final pressures of over 500 mbar.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur Zeolithe, sondern alle bekannten Sorptionsmittel, wie beispielsweise Silikagele, Bentonite, Kalzium chlorid oder Aktivkohle abfüllen. Neben Wasser sind auch alle anderen Kältemittel, wie beispielsweise Alkohol oder Ammoniak geeignet. Die Sorptionsmittel lassen sich sowohl als Pulver oder Granulat als auch als Flüssigkeit oder vorgeformte Paßstücke in das Vakuumsystem einbringen.The process according to the invention cannot be used only zeolites, but all known sorbents, such as silica gels, bentonites, calcium fill with chloride or activated carbon. In addition to water also all other refrigerants, such as Suitable alcohol or ammonia. The sorbents can be used as powder or granules as well as a liquid or preformed adapters in it Introduce vacuum system.

Claims

1. A method for evacuating vacuum systems which contain a zeolite filling, characterized in that
that the zeolite filling is heated outside the vacuum system and a residual water load of between 7-0.5% by weight is set under thermodynamic equilibrium conditions at water vapor pressures between 5-1,500 mbar,
the zeolite filling in the still heated state is then introduced into the vacuum system and is evacuated by means of a vacuum pump under the equilibrium water vapor pressure until the residual water load decreases and the gases still present in the vacuum system are entrained by the outflowing water vapor and the vacuum system is then sealed airtight.

2. The method according to claim 1, characterized in that

1. that the zeolite filling is heated in air.

3. The method according to claim 1, characterized in

1. that the zeolite filling is not heated during evacuation in a vacuum system and the desorption heat required to reduce the residual water load comes from the sensible heat of the zeolite filling.

4. The method according to claim 1, characterized in

1. that the zeolite filling is sealed airtight after evacuation and can then cool.

5. The method according to claim 1, characterized in

1. that the water vapor pressure is higher than the air pressure during the heating and to reduce the residual water load, the water vapor overpressure flows into the atmosphere without a vacuum being generated by vacuum pumping.