DE3915915C2 - Einrichtung zum Durchführen von thermischen Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Durchführen von thermischen Verfahren, mit einem Gefäß, ggf. in Form eines Autoklaven, das mit einem Wärmezuführraum für ein Wärmeträgermedium versehen ist oder dessen Innenraum mit einem Wärmezuführraum für ein Wärmeträgermedium über ein wärmeleitendes Material verbunden ist, wobei der Wärmezuführraum in Form eines Mantelraumes ausgebildet ist, und einem den Wärmezuführraum enthaltenden Rezirkulationskreis für das Wärmeträgermedium, in den eine Umlaufpumpe eingeschaltet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich besonders für die Anwendung in der Chemie-, Arzneimittel-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie.

Die am meisten verbreitete derartige Einrichtung in den vorher erwähnten Industriezweigen ist das mit einem Mantel oder mit einer anderen wärmedurchlässigen Fläche versehene Gefäß, der sog. Autoklav, welcher für die fraktionierte Durchführung verschiedener chemischer Vorgänge und Reaktionen geeignet ist.

Der Autoklav kann universell angewendet werden, aber die zur Zeit angewendete Art der Einführung der energietragenden Medien in den Mantel bzw. in einen anderen energieleitenden Geräteteil ermöglicht nicht die wirtschaftliche Anwendung, also die genügende Kühlung bzw. Heizung und den zuverlässigen Schutz des Konstruktionsmaterials oder der Umhüllung des Gerätes gegen Wärmeschock.

Deshalb ist die Qualität des erhaltenen Produktes oft nicht adäquat oder die einzelnen Produktionsmengen sind nicht homogen.

Darüber hinaus arbeiten diese Geräte mit Anwendung von viel Material, Energie und Arbeitskraft.

Besonders in der Arzneimittelindustrie kommt es öfter vor, daß in dem gleichen Autoklaven mehrere Produkte hergestellt werden bzw. daß mehrere aufeinander folgende Produktionsschritte bis zum herzustellenden Endprodukt - für die oft eine unterschiedliche Kühlung oder Erwärmung angewendet wird - im gleichen Gerät durchgeführt werden. Dies bedeutet im Autoklaven bei teuren, speziell struktruierten Materialien eine bedeutende Ersparnis, gleichzeitig ist aber die Ausbildung komplizierter Rohrleitungs- und Absperrarmaturensysteme notwendig.

Es ist eine Ausführungsform bekannt, bei der an den Mantel des Autoklaven bzw. an die an eine andere wärmedurchlassende Fläche angrenzende Kontaktfläche die die verschiedenen Wärmeträgermedien enthaltenden Leitungen über Zweistellungs-Schließarmaturen angeschlossen sind. Außerdem sind an den Autoklaven über gesonderte Regelungsventile die Ableitung dieser Wärmeträgermedien sicherstellende Leitungen angeschlossen.

Bei dieser bekannten Ausführungsform wird die Einlaßgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums in den wärmeleitenden Raum bzw. in den Mantelraum des Autoklaven durch den Leitungsdruck des entsprechenden Wärmeträgermediums sowie durch die Einstellung des Regelventils der die Ableitung gewährleistenden Leitung bei Anwendung eines Autoklaven gegebener Konstruktion bestimmt.

Bei dieser bekannten Ausführungsform wird einerseits die adäquate Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums zum Erreichen des gewünschten Wärmeübertragungsfaktors nicht sichergestellt, andererseits benötigt sie eine sehr komplizierte Regelung wegen der gesonderten Regelung des Durchsatzes des Wärmeträgermediums.

Um ein falsches Bedienen zu vermeiden, benötigt diese Ausführungsform eine besonders komplizierte mechanische bzw. elektrische Verriegelung.

Es ist auch eine Ausführungsform bekannt, bei der das jeweilige Wärmeträgermedium zum Mantelraum des Autoklaven von einer Umlaufpumpe bewegt wird, welcher an die Saugseite der Umlaufpumpe über das Leitungsregelungsventil für das wärmableitende Medium angeschlossen ist, von dessen Einstellung das Verhältnis des über die Umlaufpumpe eingesaugten und in den Mantelraum des Autoklaven geleiteten frischen Wärmeträgermediums bestimmt wird, (Chemiker-Zeitung 94 (1970) Nr. 11 Seiten 411-416).

Bei dieser Ausführungsform muß man natürlich mit einer gesonderten Armatur für die Ableitung der durch die frische Wärmeträgermediummenge verdrängten verbrauchten Wärmeträgermediummenge sorgen.

Dies wird im allgemeinen über den in die Rücklaufleitung des jeweiligen Wärmeträgermediums eingeschalteten Druckregler sichergestellt.

Mit dieser bekannten Ausführungsform kann ein relativ guter Wärmeübertragungsfaktor erreicht werden; es ist nur ungünstig, daß für das Wärmeträgermedium ein gesondertes Regelungsventil angeordnet werden muß, währenddessen die Zurückführung des Mediums einen gesonderten, sehr komplizierten Druckregler erfordert.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführungsform ist, daß diese rezirkulierte Mediummenge nur solange unter dem Druck der äußeren, das Wärmeträgermedium enthaltenden Leitung steht, wie das das Wärmeträgermedium ein führende Regelungsventil offen ist.

Wenn das Regelungsventil geschlossen und das System undicht ist, kann es zum Verlust des Wärmeträgermediums, ggf. Flüssigkeit führen.

Dieses erwähnte Rezirkulationssystem ist wegen des vorher beschriebenen Nachteils nicht geeignet, es bei mehrzieligen, mit mehreren Wärmeträgermedium arbeitenden Einrichtungen anzuwenden.

Das Ziel dieser Erfindung ist es, das Anwendungsgebiet für die an sich bekannte Wärmezufuhr bzw. den Wärmeentzug durch rezirkuliertes Wärmeträgermedium zu erweitern und die Verwirklichung der Wärmebehandlungsvorgänge in der Chemie-, Arzneimittel-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie durch eine Vereinfachung der Regelungstechnik sowie eine Steigerung der Wirksamkeit zu vereinfachen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, und derart auszubilden, daß die Anzahl der geregelten Bedienungsorgane der zu ihrer Betätigung auch flüssiges Wärmeträgermedium benötigenden Wärmebehandlungseinrichtung verringert und ferner der während der Zirkulation evtl. auftretenden Flüssigkeitsverlust ersetzt werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung ein von einer Temperatursteuervorrichtung gesteuertes Flüssigkeitsregelungsventil eingeschaltet ist, und daß an den Rezirkulationskreis vor der Umlaufpumpe, die von der Temperatursteuervorrichtung gesteuert wird, wenigstens eine Wärmeträgermedium-Zuführleitung über ein von der Temperatursteuervorrichtung gesteuertes Wärmeträgermedium-Zuführventil angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird bevorzugt, daß an den Rezirkulationskreis als Wärmeträgermedium-Zuführleitungen eine Wasserleitung und eine Salzsoleleitung über ein Wasserzuführventil bzw. ein Salzsolezuführventil angeschlossen sind.

Bei der einen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Wärmeträgermedium- Auslaßleitung an dem oberen Teil des Mantelraumes angeschlossen und an die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung zwischen dem Wärmezuführraum und dem Flüssigkeitsregelungsventil ist über ein Oberventil ein Oberniveauschalter angeschlossen, weiterhin ist zwischen der Saugseite der Umlaufpumpe und dem Mantelraum ein Dampf-Wasser-Mischer und ein Unterniveauschalter eingeschaltet und an den Dampf-Wasser-Mischer ist über ein Dampfregelungsventil eine Dampfleitung angeschlossen, und zwischen der Druckseite der Umlaufpumpe und dem Mantelraum ist ein Umlaufventil angeordnet, wobei das Oberventil, das Umlaufventil und das Dampfregelungsventil an jeweils einen Ausgang der Temperatursteuervorrichtung und der Oberniveauschalter und der Unterniveauschalter an jeweils einen Eingang der Temperatursteuervorrichtung angeschlossen sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist an den Rezirkulationskreis zwischen dem Umlaufventil und dem Mantelraum ein Kondenswasserauslaßventil und ein erstes Auslaßventil angeschlossen, dessen andere Seite an den Rezirkulationskreis zwischen den Dampf-Wasser-Mischer und den Unterniveauschalter geschaltet ist, wobei zwischen dem Rezirkulationskreis hinter der Umlaufpumpe und vor dem Umlaufventil und der Auslaßleitung ein zweites Auslaßventil angeschlossen ist und an die Auslaßleitung ein Wasserauslaßventil und ein Salzsoleauslaßventil angeschlossen sind, wobei weiter zwischen dem Wasserzuführventil und der Wasserzuführleitung ein Druckhaltegefäß und ein Rückschlagventil angeordnet sind und an dem Druckhaltegefäß bevorzugt ein Druckschalter angeschlossen ist, wobei das Kondenswasserauslaßventil, das erste Auslaßventil, das zweite Auslaßventil, das Wasserauslaßventil und das Salzsoleauslaßventil an jeweils einen Ausgang der Temperatursteuervorrichtung und der Druckschalter an einen Eingang der Temperatursteuervorrichtung angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Einrichtung und deren Funktion werden anhand Fig. 1 näher erläutert.

In Fig. 1 ist das Schaltschema der erfindungsgemäßen Ausführungsform zu sehen.

Die aus Fig. 1 ersichtliche erfindungsgemäße Einrichtung weist einen mit einem Außenmantel 22 und mit einem Innenmantel 21 versehenen an sich bekannten Autoklaven 19 auf, in dessen Innenraum 24 ein Mischer 20 angeordnet ist.

Zwischen dem Außenmantel 22 und dem Innenmantel 21 des Autoklaven 19 ist ein Mantelraum 23 ausgebildet.

An den unteren Teil des Mantelraumes 23 ist über ein Umlaufventil 9 die Druckseite der Umlaufpumpe 15 angeschlossen, währenddessen an den oberen Teil der einen Seite des Mantelraumes über den Dampf-Wasser-Mischer 14, die Einlaßleitung 30 und den Unterniveauschalter 12 die Saugseite der Umlaufpumpe 15 angeschlossen ist.

An die Einlaßleitung 30 sind einerseits über das Wasserzuführventil 1, das druckhaltende Gefäß 16 und das Rückschlagventil 18 die Wasserleitung 27, und andererseits über das Salzsolezuführventil 3 die Salzsoleleitung 28 angeschlossen.

An das druckhaltende Gefäß 16 ist der Druckschalter 17 angeschlossen.

Zwischen dem Umlaufventil 9 und dem Mantelraum 23 ist die eine Seite des ersten Auslaßventils 8 angeschlossen, währenddessen die andere Seite des Auslaßventils 8 an die Einlaßleitung 30 abgeschlossen ist.

Die Druckseite der Umlaufpumpe 15 ist über das zweite Auslaßventil 10 an die Auslaßleitung 26 angeschlossen, in die das Wasserauslaßventil 4 und das Salzsoleauslaßventil 5 eingeschaltet sind.

Zwischen dem Umlaufventil 9 und dem Mantelraum 23 ist die eine Seite des Kondenswasserauslaßventil 6 angeschlossen.

An die andere Seite des Mantelraumes 23 ist über das Oberventil 7 ein Oberniveauschalter 13 angeschlossen, weiterhin ist zwischen dieser oberen Seite des Mantelraumes 23 und der Auslaßleitung 26 ein Flüssigkeitsregelungsventil 11 angeordnet.

An den Dampf-Wasser-Mischer 14 ist über das Dampfregelungsventil 2 eine Dampfleitung 29 angeschlossen.

Das Zuführventil 1, das Dampfregelungsventil 2, das Salzsoleeinzuführventil 3, das Wasserauslaßventil 4, das Salzsoleauslaßventil 5, das Kondenswasserauslaßventil 6, das Oberventil 7, das erste Auslaßventil 8, das Umlaufventil 9, das zweite Auslaßventil 10, das Flüssigkeitsregelungsventil 11 sowie der Steuereingang der Umlaufpumpe 15 sind an den Ausgängen der Steuervorrichtung 25, und der Unterniveauschalter 12, der Oberniveauschalter 13 und der Ausgang des Druckschalters 17 sind an den Eingängen der Steuervorrichtung 25 angeschlossen.

Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt:

Bei der flüssigkeitsabkühlenden Betriebsart wird das leere System durch Öffnen des Wasserzuführventils 1 oder des Salzsolezuführventils 3 im geschlossenen Zustand des ersten Auslaßventils 8, des Kondenswasserauslaßventils 6, des zweiten Auslaßventils 10 und des Flüssigkeitsregelungsventils 11 solange aufgefüllt, bis der Oberniveauschalter 13 den aufgefüllten Zustand der Steuervorrichtung 25 anzeigt.

Dann schließt die Steuervorrichtung 25 das Oberventil 7 und schaltet die Umlaufpumpe 15 ein.

Bei der Zirkulation wird das Flüssigkeitsregelungsventil 11, entsprechend der eingestellten Temperaturwerte, von der Steuervorrichtung 25 so weit geöffnet, daß mittels der aus dem Zirkulationskreis der Salzsole beziehungsweise des Wassers abgezogenen Wärmemenge die Innenraumtemperatur 24 des Autoklaven 19 auf dem vorgeschriebenen Temperatur gehalten wird.

Die als Wärmeträgermedium angewendete Flüssigkeit kann natürlich eine beliebige, technologisch geeignete Flüssigkeit, z. B. ggf. auch Petroleum sein.

Während der Zirkulation ist das entsprechende Medium, z. B. das die Einführung des Wassers bzw. Salzsole gewährleistende Zweistellungsventil, z. B. Wasserzuführventil 1 bzw. Salzsolezuführventil 3 ganz offen, so daß evtl. abfließendes Wärmeträgermedium sofort aus der entsprechenden Leitung, z. B. der Wasserleitung 27 bzw. Salzsoleleitung 28 ersetzt wird.

Aus der zirkulierenden Flüssigkeit wird entsprechend der Menge der je nach der jeweiligen Stellung des Flüssigkeitsregelungsventils 11 und den Druckverhältnissen nachgefüllten wärmetragenden Flüssigkeit "erschöpfte" Flüssigkeit entweder über das Flüssigkeitsregelungsventil 11, oder über die Auslaßleitung 26 oder über das Wasserauslaßventil 4 bzw. Salzsoleauslaßventil 5 abgeführt.

Nach dem Abführen der Salzsole durch das Salzsoleauslaßventil 5 kann von der Salzsolekühlung gewechselt werden, was dadurch erleichtert wird, daß das System mit Hilfe der Umlaufpumpe 15 über das erste Auslaßventil 8 sowie das zweite Auslaßventil 10 vollkommen entleert werden kann.

Der entleerte Zustand des Systems wird von dem Unterniveauschalter 12 der Steuervorrichtung 25 angezeigt, welche danach einen Befehl zum Beginnen der nächsten technologischen Arbeit, z. B. Wasserkühlung gibt.

Beim Wechseln von Wasserkühlung zu Wasserheizung wird unter der Steuerung der Steuervorrichtung 25 eine der Stellung des Dampfregelungsventils 2 entsprechende Menge Dampf im Dampf-Wasser-Mischer 14 kondensiert und das Kondensat in das zirkulierende Wasser eingeführt.

Die aus dem im Dampf-Wasser-Mischer 14 kondensierten Dampf gewonnene Wassermenge würde natürlich die Menge des zirkulierenden Wassers erhöhen. Damit dies vermieden werden kann, wird die überflüssige Wassermenge in dem Druckhaltegefäß 16 aufgefangen, worin eine überhöhte Drucksteigerung durch den Druckschalter 17 verhindert wird, welcher beim Erreichen des eingestellten Druckwertes der Steuervorrichtung 25 ein Signal gibt, die daraufhin das Oberventil 7 öffnet, und das Austreten der überflüssigen Wassermenge über den Oberniveauschalter 13 in den Kanal gewährleistet.

Das Eintreten des Kondenswassers in die Wasserleitung 27 wird durch das Rückschlagventil 18 verhindert.

Das System steht natürlich auch bei Wasserheizung unter dem Druck der Wasserleitung 27.

Bei Dampfheizung funktioniert die Umlaufpumpe nicht, weil dann der Dampf aus der Dampfleitung 29 durch das Regelungsventil 2 in den Mantelraum 23 des Autoklaven gelangt und dort kondensiert wird. Die Kondenswasserableitung wird durch die Funktion des an den ersten Teil des Mantelraumes 23 angeschlossenen Kondenswasserauslaßventil 6 sichergestellt.

Aus dem oben erwähnten Ausführungen ist ersichtlich, daß bei der Anwendung irgendeiner Flüssigkeit als Wärmeträgermedium die Menge der ein- bzw. ausströmenden Flüssigkeit in das Umlaufsystem allein durch die jeweilige Stellung des Flüssigkeitsregelungsventils 11 festgelegt wird, natürlich außer dem ständigen Leitungsdruck. So wird bei Anwendung irgendeines flüssigen Wärmeträgermediums des die Änderung der entsprechenden Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme durch das Flüssigkeitsregelungsventil 11 sichergestellt.

Für das Einführen des jeweiligen Wärmeträgermediums wird außerdem nur je ein Zweistellungsventil benötigt, z. B. das Wasserzuführventil 1 bzw. das Salzsolezuführventil 3, weil die Aufgabe der Regelung durch die gesteuerte Betätigung des Flüssigkeitsregelungsventils 11 sichergestellt wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß durch deren geringe Anzahl von gesteuerten Elementen im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen eine wesentlich einfachere Regelung ermöglicht wird, und zwar praktisch bei Anwendung von beliebigen flüssigen Wärmeträgermedien.

Ein anderer Vorteil liegt darin, daß der Übergang beim Wechseln von Kühlung in Heizung praktische vollkommen kontinuierlich geschehen kann, also die Temperaturtransiente verringert bzw. vermieden werden können; so erleidet das im Autoklaven behandelte Material keinen Wärmeschock.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die kontinuierlichen Übergänge zugleich den adäquaten Schutz des Autoklaven gegen zu schnelle, evtl. zu Beschädigungen führende Temperatureinwirkungen gewährleisten.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Durchführen von thermischen Verfahren, mit einem Gefäß, ggf. in Form eines Autoklaven, das mit einem Wärmezuführraum für ein Wärmeträgermedium versehen ist oder dessen Innenraum mit einem Wärmezuführraum für ein Wärmeträgermedium über ein wärmeleitendes Material verbunden ist, wobei der Wärmezuführraum in Form eines Mantelraumes ausgebildet ist, und einem den Wärmezuführraum enthaltenden Rezirkulationskreis für das Wärmeträgermedium, in den eine Umlaufpumpe eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) ein von einer Temperatursteuervorrichtung (25) gesteuertes Flüssigkeitsregelungsventil (11) eingeschaltet ist, und daß an den Rezirkulationskreis vor der Umlaufpumpe (15), die von der Temperatursteuervorrichtung gesteuert wird, wenigstens eine Wärmeträgermedium-Zuführleitung (27, 28) über ein von der Temperatursteuervorrichtung (25) gesteuertes Wärmeträgermedium-Zuführventil (1, 3) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) an den oberen Teil des Wärmezuführraumes (23) angeschlossen ist, daß an die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) zwischen dem Wärmezuführraum (23) und dem Flüssigkeitsregelungsventil (11) ein Oberniveauschalter (13) über ein Oberventil (7) angeschlossen ist, daß in den Rezirkulationskreis vor der Umlaufpumpe (15) ein Dampf-Wasser-Mischer (14) und ein Unterniveauschalter (12) eingeschaltet sind, daß an den Dampf-Wasser-Mischer (14) über ein Dampfregelungsventil (2) eine Dampfleitung (29) angeschlossen ist, daß in den Rezirkulationskreis hinter der Umlaufpumpe (15) ein Umlaufventil (9) eingeschaltet ist, und daß das Oberventil (7), das Umlaufventil (9) und das Dampfregelungsventil (2) an jeweils einen Ausgang der Temperatursteuervorrichtung (25) und der Oberniveauschalter (13) und der Unterniveauschalter (12) an jeweils einen Eingang der Temperatursteuervorrichtung (25) angeschlossen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rezirkulationskreis zwischen dem Umlaufventil (9) und dem Wärmezuführraum (23) ein Kondenswasserauslaßventil (6) und ein erstes Auslaßventil (8) angeschlossen sind, dessen andere Seite an den Rezirkulationskreis zwischen dem Dampf-Wasser-Mischer (14) und dem Unterniveauschalter (12) angeschlossen ist, daß zwischen dem Rezirkulationskreis hinter der Umlaufpumpe (15) und vor dem Umlaufventil (9) und der Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) ein zweites Auslaßventil (10) angeschlossen ist, daß an die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) ein Wasserauslaßventil (4) und ein Salzsoleauslaßventil (5) angeschlossen sind, daß zwischen dem Wasserzuführventil (1) und der Wasserzuführleitung (27) ein Druckhaltegefäß (16) und ein Rückschlagventil (18) angeordnet sind, daß an den Druckhaltegefäß (16) ein Druckschalter (17) angeschlossen ist und daß das Kondenswasserauslaßventil (6), das erste Auslaßventil (8), das zweite Auslaßventil (10), das Wasserauslaßventil (4) und das Salzsoleauslaßventil (5) an jeweils einen Ausgang der Temperatursteuervorrichtung (25) und der Druckschalter (17) an einen Eingang der Temperatursteuervorrichtung (25) angeschlossen sind.