DE60302109T2

DE60302109T2 - Berstscheibenanordnung

Info

Publication number: DE60302109T2
Application number: DE2003602109
Authority: DE
Inventors: Michael Stanley Decourcy; Connie Sue Williams; David Alec Williams
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2023-06-24
Also published as: ZA200305028B; US7128085B2; US20070006535A1; US20050252551A1; AU2009200250A1; SG113470A1; ATE308703T1; TW200406556A; BR0302336B1; AU2003204925A1; BR0302336A; CN100439777C; AU2009200249A1; AU2009200249B2; JP2004131179A; US7556055B2; AU2003204925B2; EP1378694A3; US6983758B2; EP1378694B1

Description

Die Anhäufung bzw. Ansammlung von unerwünschtem Material in Bereichen bzw. Regionen mit geringem Durchfluß einer Prozeßausrüstung ist ein Problem, welches die Industrien eines chemischen Prozesses alltäglich nachteilig beeinflußt. Unerwünschte Materialien können Nebenprodukte, Rückstände, Polymere, Zunder bzw. Kesselstein, Stäube, Korrosionsprodukte, Niederschläge bzw. Ausfällungen oder andere Feststoffe, Flüssigkeiten oder Dämpfe umfassen. Unerwünschte Materialien können Prozeßflüsse bzw. -ströme einschränken, unerwünschte Nebenreaktionen (wie zum Beispiel Spannungsrißkorrosion) initiieren, ein Polymerwachstum einleiten, und sekundäre Prozeßvorrichtungen, wie zum Beispiel Ventile und Instrumentierungen nicht betriebsfähig machen. Die Anhäufung von unerwünschtem Material ist insofern kostspielig, als sie Stillstandszeit des Verfahrens bzw. Prozesses und menschliche Arbeitskraft erfordert, um diese Materialien zu entfernen und um damit verbundenen Schaden an der Prozeßausrüstung und einer Rohrleitung zu reparieren, der möglicherweise aufgetreten ist. Außerdem können sich gefährliche Situationen ergeben, wenn Sicherheitsausrüstung, wie zum Beispiel Druckentlastungsvorrichtungen, vom Prozeß durch die Anhäufung von unerwünschten Materialien in den Prozeßverbindungsstücken bzw. -verbindungen isoliert wird, an die sie angefügt sind.
Eine Druckentlastungsvorrichtung ist in DE 31 02 828 geoffenbart. Diese Vorrichtung umfaßt eine Berstscheibe, die zwischen zwei ringförmigen Ringen zurückgehalten ist bzw. wird. Die Berstscheibe erstreckt sich über eine Fluidleitung und dichtet sie ab.
In den chemischen Prozeßindustrien bzw. Industrien eines chemischen Prozesses ist eine besonders weit verbreitete Kategorie einer unerwünschten Materialanhäufung die Ausbildung von "Kondensations-Polymer". Ein Kondensations-Polymer bildet sich aus, wenn Monomere in Dampfphase auf Ausrüstungsoberflächen bei Fehlen bzw. in Abwesenheit von geeigneten Polymerisationsinhibitoren kondensieren und dann einer Polymerisation unterliegen. Monomere, die dafür bekannt sind, einer Kondensations-Polymerisation zu unterliegen, beinhalten bzw. umfassen, sind aber nicht beschränkt auf (Meth)acrylsäure und ihre Ester, Vinylchlorid, Cyanwasserstoff, Acrylnitril, Styrol, und andere Vinylmonomere.
Eine bekannte Methode zum Bekämpfen von Kondensations-Polymerisation in den Dampfräumen von Prozeßausrüstung bzw. -ausstattung, wie zum Beispiel Lagerbehälter, Reaktionskessel und Destillationskolonnen, besteht darin, die Oberflächentemperatur der Ausrüstung oberhalb des Taupunkts des Monomers bzw. der Monomere zu halten; ein Ummanteln, eine Isolierung und elektrische oder Dampfverfolgung von Prozeßausrüstung hat sich als relativ wirksam in "Open-flow" Bereichen bzw. Regionen erwiesen, d.h. Bereichen, wo das Dampfphasen-Monomer ungehindert von den erwärmten Oberflächen weg fließen bzw. strömen kann. Dieser Ansatz ist jedoch in Bereichen mit geringem Durchfluß, wie zum Beispiel Prozeßverbindungen unwirksam, wo die Monomerdämpfe stocken und abgefangen bzw. abgeschieden werden können; diese Situation wird weiter verschlimmert, wenn die Prozeßverbindung eine Behälterdüse ist, die vertikal an dem obersten Kopf der vorliegenden Prozeßausrüstung ausgerichtet bzw. orientiert ist.
Eine Zugabe von Dampfphaseninhibitoren wurde auch als ein Mittel zum Verhindern von Kondensations-Polymerisation innerhalb einer Prozeßausrüstung, wie zum Beispiel Destillationskolonnen versucht. Beispiele von solchen Inhibitoren beinhalten SO₂ bei Cyanwasserstoff-Betrieb und NPH bei (Meth)acrylsäure-Betrieb. Da Bereiche mit geringem Durchfluß bzw. geringer Strömung, wie zum Beispiel Düsen, im wesentlichen stockend sind, neigen jedoch Dampfphasen-Inhibitoren dazu, nicht in diese zu fließen bzw. zu strömen und eine nerwünschte Materialanhäufung kann im wesentlichen unvermindert fortschreiten.
Eine andere Methode zum Bekämpfen von Kondensations-Polymerisation in den Dampfräumen von Prozessausrüstung besteht in der Verwendung von internen Zerstäubungs- bzw. Sprühvorrichtungen. Die veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 1 044 957 A1 lehrt die Verwendung von "Zerstäubungs- bzw. Sprüh- und Zuführmitteln", die innerhalb einer Destillationskolonne plaziert sind, um Flüssigkeit auf Innenoberflächen der Destillationskolonne zu zerstäuben bzw. zu sprühen, mit der Absicht, eine Polymerbildung zu hemmen. Durch Design bzw. Konstruktion ist dieser Typ einer Sprühvorrichtungstyp besonders wirksam, wenn er an Polymerwachstum in großen, "open-flow" Bereichen bzw. Regionen eines offenen bzw. freien Stroms, wie zum Beispiel dem obersten Kopf einer Destillationskolonne oder eines Lagerbehälters gerichtet ist. Dieser Ansatz verfehlt die gleichzeitige Anhäufung von Material in kleinen Bereichen mit geringem Durchfluß hinreichend bzw. adäquat zu verhindern, wie zum Beispiel Prozeßverbindungen an den obersten Köpfen von Behältern und Kolonnen bzw. Säulen.
In jenen Fällen, wo Anhäufungen auch in kleinen Prozeßverbindungen, wie zum Beispiel Behälterstutzen bzw. -düsen verhindert. werden müssen, schlägt die veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 1 044 957 A1 vor, daß eine oder mehrere Zerstäubungs- bzw. Sprühdüsen zusätzlich verwendet werden können, um speziell diese Verbindungen zu besprühen. 10 der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht bzw. illustriert eine solche Ausführungsform, wobei ein Sprüh- und Zuführmittel in Kombination mit einer Verbindung des obersten Kopfs verwendet wird, eine Entlastungsvorrichtung (typischerweise eine Berstscheiben- und Entlastungs- bzw. Sicherheitsventil-Anordnung) festgelegt ist. Die Einfügung einer einzigen Sprühdüse in das Prozessverbindungsstück von unten ist veranschaulicht; bei dieser Anordnung würde ein Flüssigkeitssprühnebel direkt nach oben in die stockende bzw. stagnierende Prozeßverbindung sein. Der Einbau bzw. die Installation der Zerstäubungs- bzw. Sprühdüse ist mechanisch kompliziert bzw. komplex sowie mit einem Eingriff am Behälter verbunden, was ein gesondertes Durchdringen (nicht gezeigt) des Behälters und ein Positionieren der Leitung(en) innerhalb des Behälters für ein Zuführen der Flüssigkeit zur Sprühdüse erfordert. Bei diesem Ansatz sind die Höhe und die Ausrichtung der Zerstäuberdüse selbst, sowie die Strömungs- bzw. Durchflußrate und das Zerstäubungsmuster entscheidend bzw. kritisch, und in der Praxis ist es ziemlich schwierig, die richtige bzw. ordnungsgemäße Kombination dieser Variablen zu erhalten, damit eine Polymeranhäufung gänzlich verhindert wird. Während die Effizienz einer solchen Anordnung durch die Verwendung einer Mehrfach-Zerstäuberdüse und einer überwältigend großen Menge an Flüssigkeitssprühnebel verbessert werden könnte, ist ein solcher Ansatz kostspielig und nicht praktikabel in kommerziellen Vorgängen. Außerdem schafft die physische Gegenwart der Zerstäuberdüse(n) und ihrer Versorgungsleitung(en) ein unerwünschtes Hindernis in der Prozeßverbindung, wodurch sie den ungehinderten Materialfluß durch die beigefügte Entlastungsvorrichtung beeinflussen, und diese Bestandteile bzw. Komponenten selbst schaffen bzw. erzeugen auch neue Oberflächen für die Anhäufung von Kondensations-Polymer. In einigen Fällen kann die direkte Einwirkung bzw. der direkte Aufprall von mit unter Druck gesetzter bzw. stehender Zerstäuberflüssigkeit auf die Entlastungsvorrichtung auch mechanische Ermüdung verursachen, wodurch die Nutzungsdauer der Berstscheibe verkürzt wird. Aufgrund dieser Be- bzw. Einschränkungen ist der vorgeschlagene Prozeß eines Inhibierens einer Polymerisation nicht praktikabel, wenn er auf die kleinen Bereiche mit geringem Durchfluß angewendet wird, die mit Prozeßverbindungen, wie zum Beispiel Entlastungsleitungen in Verbindung stehen bzw. assoziiert sind.
Die Verwendung von Zerstäubungs- bzw. Sprühringen verschiedener Designs ist auch im Stand der Technik als Mittel für ein Reinigen der Innenoberflächen von Schaugläsern bekannt. Zahlreiche Patente wurden für diese Vorrichtungen und Verbesserungen daran erteilt, beinhaltend U.S. Patent Nr. 3,402,418, U.S. Patent Nr. 4,158,508 und U.S. Patent Nr. 4,541,277. Trotz einer Vertrautheit mit den Bedürfnissen der chemischen Prozeß-Industrie haben die Fachleute auf dem Gebiet des Designs von Zerstäubungs- bzw. Sprühringen für Schaugläser die Verwendung solcher Vorrichtungen zur Verhinderung von unerwünschter Materialanhäufung in Zonen mit geringem Durchfluß, wie zum Beispiel Prozeßverbindungen, nicht erwartet bzw. vorausgesehen.
Tatsächlich verbleibt trotz dieser bekannten Verfahren eine lange gefühlte Notwendigkeit, vereinfachte, verläßliche, preiswerte und wirksame Mittel zum Verhindern einer unerwünschten Materialanhäufung in Bereichen mit geringem Durchfluß, wie zum Beispiel Prozeßverbindungen bereitzustellen. Diese Notwendigkeit ist speziell in dem Fall groß, wo Sicherheitsentlastungssysteme an Prozeßverbindungen angefügt sind, die Bereiche mit geringem Durchfluß umfassen; wobei die Anhäufung von unerwünschtem Material in diesen Düsen den ungehinderten Durchfluß von Material durch die Düse einschränkt, wenn von der Entlastungsvorrichtung erwartet wird, daß sie arbeitet, wodurch die Leistungsfähigkeit der Entlastungsvorrichtung beschränkt wird und ein unsicherer bzw. gefährlicher Zustand geschaffen wird. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Unzulänglichkeiten des Standes der Technik, während sie den Bedürfnissen der chemischen Prozeß-Industrien entgegenkommt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Berstscheibenanordnung bereitgestellt bzw. zur Verfügung gestellt, umfassend eine Berstscheibe und einen Berstscheibenhalter, der operativ die Berstscheibe ergreift; wobei der Berstscheibenhalter umfaßt ein erstes ringförmiges Glied, das in einer stromabwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe angeordnet ist, und ein zweites ringförmiges Glied, das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe angeordnet ist; wobei ein Außenumfangsabschnitt der Berstscheibe sandwichartig zwischen dem ersten ringförmigen Glied und dem zweiten ringförmigen Glied aufgenommen ist; wobei das zweite ringförmige Glied wenigstens eine Fluidöffnung beinhaltet, die auf die Berstscheibe abzielt.
Alternativ wird in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Berstscheibenanordnung bereitgestellt, die eine Berstscheibe und einen Berstscheibenhalter umfaßt, der operativ die Berstscheibe ergreift; wobei der Berstscheibenhalter umfaßt ein erstes ringförmiges Glied, das in einer stromabwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe angeordnet ist, ein zweites ringförmiges Glied, das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der genannten Berstscheibe angeordnet ist, und ein drittes ringförmiges Glied, das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe angeordnet ist; wobei ein Außenumfangsabschnitt der Berstscheibe sandwichartig zwischen dem ersten ringförmigen Glied und dem dritten ringförmigen Glied aufgenommen ist; wobei das dritte ringförmige Glied sandwichartig zwischen dem Außenumfangsabschnitt der Berstscheibe und dem zweiten ringförmigen Glied aufgenommen ist; wobei das zweite ringförmige Glied wenigstens eine Fluidöffnung beinhaltet, die auf die Berstscheibe abzielt.
1 ist eine teilweise Schnittansicht einer Berstscheibenanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine teilweise Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Berstscheibenanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine teilweise Schnittansicht einer Entlastungsvorrichtungsanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine teilweise Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Spülrings in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine teilweise Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Spülrings in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine teilweise Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer Berstscheibenanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine teilweise Schnittansicht einer Ventilmontageanordnung, die nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
8 ist eine teilweise Schnittansicht einer Berstscheibenanordnung des in 1 dargestellten Typs, die in der Druckentlastungsleitung an einem chemischen Reaktor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
9 ist eine teilweise Schnittansicht eines Spülrings, der in der Bodenentleerungsverbindung eines mit Flüssigkeit gefüllten Rohproduktbehälters eingebaut ist, welcher nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
10 ist eine teilweise Schnittansicht einer Entlastungsvorrichtungsanordnung unter Verwendung eines Sprühdüsensystems.
In den Zeichnungen sind gleiche bzw. ähnliche Elemente gleich numeriert.
In der folgenden Beschreibung sind bzw. werden mit dem Ausdruck "Prozeßausrüstung" Behälter gemeint, wie zum Beispiel Destillationskolonnen, Tanks und Reaktoren, und Prozeßrohrleitungssysteme. Durch "Prozeßverbindungen" ist jegliche Erweiterung einer Prozeßausrüstung gemeint, die für die Anfügung von sekundären Prozeßvorrichtungen verwendet werden kann, wie zum Beispiel Ventile, Instrumentierungen bzw. Meßgeräteausrüstung, Pumpen oder Druckentlastungsvorrichtungen. Prozeßverbindungsstücke bzw. -verbindungen beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Zapfauslässe, Verrohrungs- bzw. Rohrleitungsverzweigungen (z.B. Rohrlei tungs-T-Stücke), Mannlöcher, Handlöcher und geflanschte bzw. mit Flanschen versehene Stutzen bzw. Düsen.
Wie nachstehend ersichtlich werden wird, ist eine Schlüsselkomponente der vorliegenden Erfindung ein Schwall- bzw. Spülring, d.h. ein ringförmiges Glied, das eine oder mehrere Fluidöffnung(en) besitzt, wobei die eine oder die mehreren Fluidöffnungen dazu dient bzw. dienen, ein Spülfluid einwärts der ringförmigen Vorrichtung, vorzugsweise zu der Achse des Rings zu lenken. Das ringförmige Glied umfaßt bzw. beinhaltet auch einen Innenkanal, der die eine oder die mehreren Öffnung(en) mit einer äußeren bzw. externen Quelle des Spülfluids fluidmäßig verbindet. Es ist bevorzugt, daß das ringförmige Glied einen konstanten Außendurchmesser aufweist. Es ist auch bevorzugt, daß das ringförmige Glied einen konstanten Innendurchmesser aufweist. Es ist weiters bevorzugt, daß das ringförmige Glied glatte und im wesentlichen zueinander parallele obere und untere Oberflächen einer solchen Qualität umfaßt, um ein Abdichten zu erleichtern, wenn es mit herkömmlichen Dichtungen in einem Stück einer Prozeßausrüstung eingebaut wird.
Jedes beliebige gasförmige oder flüssige Material, das mit dem Betrieb des Prozesses verträglich bzw. kompatibel ist, kann als das Spülfluid verwendet werden. Das Spülfluid kann kontinuierlich oder stoßweise bzw. intermittierend zugeführt werden, wie dies erforderlich ist.
Wenn er in einem Bereich mit geringem Durchfluß eingebaut wird bzw. ist, dient der Spülring dazu, unerwünschte Materialien aus dem Bereich mit geringem Durchfluß zu spülen, wodurch ihre Anhäufung verhindert wird und die zuvor beschriebenen Be- bzw. Verarbeitungsschwierigkeiten vermieden werden, die mit der Anhäufung von unerwünschten Materialien verbunden bzw. assoziiert sind.
Der Spülring kann wahlweise mit einer Durchflußmeß/Steuervorrichtung (wie zum Beispiel einem Steuer- bzw. Regelventil, einem Nadelventil oder einem Rotometer) an der Spülfluid-Zufuhrverbindung installiert sein bzw. werden. Dies dient dazu, daß der richtige Spülfluiddurchfluß bzw. -strom, wie er beabsichtigt ist, jederzeit aufrecht erhalten wird.
1 illustriert eine Ausführungsform eines Spülrings in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein ringförmiger Kanal und Fluidöffnungen direkt in einen Berstscheibenhalter aufgenommen bzw. integriert. Wenn so verfahren wird, kann ein Fluidschwall bereitgestellt werden, um die Anhäufung von unerwünschtem Material, wie zum Beispiel einem Kondensations-Polymer, im Bereich mit geringem Durchfluß stromaufwärts von einer Berstscheibe zu verhindern.
Die Berstscheibenanordnung 101 ist repräsentativ für herkömmliche Anordnungen, die in industriellen chemischen Prozessen verwendet werden, und umfaßt eine Berstscheibe 103, die in einem zweistückigen Berstscheibenhalter enthalten ist, umfassend ein erstes ringförmiges Glied 105, das in einer stromabwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe 103 angeordnet ist, und ein zweites ringförmiges Glied 107, das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe 103 angeordnet ist. Ein Außenumfangsabschnitt 109 der Berstscheibe 103 ist sandwichartig zwischen dem ersten ringförmigen Glied 105 und dem zweiten ringförmigen Glied 107 aufgenommen bzw. eingeschlossen. Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet jedoch das zweite ringförmige Glied 107 eine Mehrzahl von Fluidöffnungen 111 auf seiner Innenfläche 113, durch welche ein Spülfluid durchgeleitet werden kann. Die Öffnungen 111 sind unter zwei verschiedenen Winkeln in bezug auf die Achse 115 des zweiten ringförmigen Glieds 107 ausgerichtet bzw. orientiert, um das Spülfluid (durch die Pfeile illustriert) zu mehrfachen Punkten entlang der unteren Oberfläche 117 der Berstscheibe 103 zu lenken. Das Spülfluid wird über ein Verbindungsstück bzw. eine Verbindung 119 mit einer Spülfluid-Quelle (nicht gezeigt) und einen ringförmigen Innenkanal 121 zugeführt, der betrieblich mit jeder der Öffnungen 111 durch jeweilige Zufuhrkanäle 123 verbunden ist.
2 illustriert eine Ausführungsform des Spülrings in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei nur zwei Fluidöffnungen verwendet werden. Insbesondere ist eine Fluidöffnung 211a unter einem ersten Winkel in bezug auf die Achse 215 des zweiten ringförmigen Glieds 207 ausgerichtet und leitet Spülfluid (durch die Pfeile illustriert) zu einem ersten Gebiet bzw. Bereich an der unteren Oberfläche 217 der Berstscheibe 203. Die Fluidöffnung 211a wird über ein radial ausgerichtetes Loch 225a und einen Zuführungskanal 223a im zweiten ringförmigen Glied 207 versorgt. Das radial ausgerichtete Loch 225a dient dazu, ein Spülfluid aus dem Verbinder 219a zu leiten, welcher seinerseits mit einer Spülfluid-Quelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Ähnlich ist eine Fluidöffnung 211b (welche auf der diametral entgegengesetzten Seite des zweiten ringförmigen Glieds angeordnet ist) unter einem zweiten Winkel (verschieden vom ersten Winkel) in bezug auf die Achse 215 ausgerichtet und leitet Fluid zu einem zweiten Gebiet an der unteren Oberfläche 217 der Berstscheibe 203. Die Fluidöffnung 211b wird über ein radial ausgerichtetes bzw. orientiertes Loch 225b und einen Zuführungskanal 223b im zweiten ringförmigen Glied 207 versorgt. Das radial ausgerichtete Loch 225b dient dazu, um Spülfluid aus dem Verbinder 219b zu leiten, welcher seinerseits mit einer Spülfluid-Quelle (nicht gezeigt) verbunden ist.
Der Verbinder 219a und der Verbinder bzw. das Anschlußteil 219b können Spülfluid aus derselben Quelle entnehmen oder können fakultativ verschiedene Spülfluide verwenden – beispielsweise kann ein Fluid Wasser enthalten und das andere Fluid kann ein organisches Lösungsmittel, wie zum Beispiel Hexan, enthalten, oder alternativ kann ein Fluid eine phenolische Inhibitor-Lösung enthalten und das andere kann ein sauerstoffhältiges Gas enthalten.
3 illustriert eine andere Ausführungsform des Spülrings in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung, der, obwohl funktionell ähnlich zu dem Gerät von 1 und 2, ein unabhängiges Teil ist. Dieser unabhängige Spülring wird verwendet, um die Anhäufung von unerwünschtem Material, wie zum Beispiel Kondensations-Polymer, im Bereich mit geringem Durchfluß, der allgemein mit 327 bezeichnet ist, stromaufwärts von einer Entlastungsvorrichtungsanordnung zu verhindern, welche allgemein mit 329 bezeichnet ist. Die Entlastungsvorrichtungsanordnung 329 ist repräsentativ für herkömmliche bzw. konventionelle Anordnungen, die in industriellen chemischen Prozessen verwendet werden, wobei ein Beispiel davon in U.S. Patent Nr. 6,311,715 beschrieben ist. Die Entlastungsvorrichtungsanordnung in dieser bevorzugten Ausführungsform umfaßt eine sich umgekehrt bzw. rückwärts verbiegende bzw. krümmende Berstscheibe 304 (die in einem zweistückigen Berstscheibenhalter enthalten ist, der ein erstes ringförmiges Glied 305 und ein zweites ringförmiges Glied 307 umfaßt). Geeignete sich umgekehrt verbiegende Berstscheiben sind im Handel von Continental Disc Corporation^TM, Fike^TM und Oseco^TM erhältlich. Die Entlastungsvorrichtung umfaßt auch ein stromabwärtiges Entlastungs- bzw. Sicherheitsventil 330, das durch einen kurzen Rohrspulenkörper 331 vom Berstscheibenhalter getrennt ist. Die Anordnung der Berstscheibe stromaufwärts vom Entlastungs- bzw. Sicherheitsventil dient dazu, eine Verschmutzung bzw. Verstopfung der Einlaßöffnung des Entlastungsventils zu verhindern, und minimiert auch potentielle Emissionen, falls das Entlastungsventil versagen sollte, unter normalen Betriebsbedingungen einen dichten Verschluß aufrechtzuerhalten.
Die Entlastungsvorrichtungsanordnung beinhaltet auch ein Manometer bzw. Druckmeßgerät 333, das mit einem Rohrspulenkörper 331 verbunden ist; dieses Meßgerät stellt eine Außenanzeige einer Druckänderung zwischen der Berstscheibe und dem Ventil bereit, wodurch signalisiert bzw. gemeldet wird, wenn die Berstscheibe geborsten ist und wenn eine Auswechselung erforderlich ist. In dieser Ausführungsform ist bzw. wird der Spülring 335 stromaufwärts (unterhalb) und angrenzend an das zweite ringförmige Glied 307 des Berstscheibenhalters eingebaut und kann mit einer Durchgangsverschraubung oder anderen herkömmlichen Mitteln (nicht gezeigt) am Platz gehalten werden. Eine Zufuhr von Spülfluid ist mit dem Ring über eine Leitung 337 verbunden und das Spülfluid strömt bzw. fließt in einen Innenkanal des Rings. Der Innenkanal ist ringförmig und verteilt das Spülfluid auf eine Mehrzahl von Öffnungen, die radial entlang des Innenumfangs des Spülrings angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist ein Satz von Öffnungen unter einem ersten Ausrichtungswinkel in bezug auf die Achse des Rings positioniert und ein anderer Satz von Öffnungen ist unter einem zweiten (verschiedenen) Orientierungs- bzw. Ausrichtungswinkel in bezug auf die Achse des Rings positioniert. Wenn Spülfluid durch die Öffnungen ausgestoßen wird, wird es nach oben in Richtung zu den offenliegenden bzw. freigelegten stromaufwärtigen Oberflächen der Berstscheibe gelenkt bzw. gerichtet, wie dies durch die Pfeile gezeigt ist, wodurch die sonst stockenden Inhalte vom Bereich 327 mit geringem Durchfluß verdrängt bzw. verlagert werden und die Anhäufung von unerwünschten Materialien in diesem Bereich bzw. dieser Region verhindert wird.
4 ist eine teilweise Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Spülrings 435 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie er zum Beispiel in der Anordnung von 3 verwendet wurde. Insbesondere umfaßt der Spülring 435 ein ringförmiges Glied 439, beinhaltend eine Mehrzahl von Fluidöffnungen 411 in seiner Innenfläche 413, durch welche ein Spülfluid durchgeleitet werden kann. Die Öffnungen 411 sind unter zwei verschiedenen Winkeln in bezug auf eine Achse 415 des ringförmigen Glieds 439 ausgerichtet, um das Spülfluid (durch die Pfeile veranschaulicht bzw. illustriert) in Richtung zu mehrfachen Punkten entlang der Oberfläche einer Berstscheibe (nicht gezeigt) zu lenken. Das Spülfluid wird über eine Verbindung 419 zu einer Spülfluid-Quelle (nicht gezeigt) und einen ringförmigen internen bzw. Innenkanal 421 zugeführt, der betrieblich mit jeder der Öffnungen 411 durch jeweilige Zufuhrkanäle 423 verbunden ist.
5 ist eine teilweise Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Spülrings 535 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie er zum Beispiel in der Anordnung von 3 verwendet werden kann. Insbesondere umfaßt der Spülring 535 ein ringförmiges Glied 539 und eine ringförmige Scheibe 541. Das ringförmige Glied 539 beinhaltet eine Mehrzahl von Fluidöffnungen 511 in seiner Innenfläche 513, durch welche ein Spülmittel durchgeleitet werden kann. Die Öffnungen 511 sind unter zwei verschiedenen Winkeln in bezug auf die Achse 515 des ringförmigen Glieds 539 ausgerichtet, um das Spülfluid (durch die Pfeile illustriert) hin zu mehrfachen Punkten entlang der Oberfläche einer Berstscheibe (nicht gezeigt) zu lenken. Das Spülfluid wird über eine Verbindung 519 zu einer Quelle von Spülfluid (nicht gezeigt) und über einen ringförmigen Innenkanal 521 zugeführt, der betrieblich mit jeder der Öffnungen 511 durch jeweilige Zufuhrkanäle 523 verbunden ist. Die ringförmige Scheibe 541 weist vorzugsweise einen Innendurchmesser ID gleich jenem des ringförmigen Glieds 539 auf. Ähnlich weist die ringförmige Scheibe 541 vorzugsweise einen Außendurchmesser OD gleich jenem des ringförmigen Glieds 539 auf. Die ringförmige Scheibe 541 ist mit der unteren Fläche 543 des ringförmigen Glieds 539 fluiddicht (z.B. durch ein Schweißen) verschlossen, um so den ringförmigen Innenkanal 521 fluiddicht zu verschließen, um dadurch sicherzustellen, daß es daraus keine Leckage von Spülfluid gibt.
6 ist eine teilweise Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer Berstscheibenanordnung 601 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, welche eine Berstscheibe 603 umfaßt, die in einem zweistückigen Berstscheibenhalter enthalten ist, umfassend ein erstes ringför miges Glied 605, das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe 603 angeordnet ist, und ein drittes ringförmiges Glied 607, das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe 603 angeordnet ist. Ein äußerer bzw. Außenumfangsabschnitt 609 der Berstscheibe 603 ist sandwichartig zwischen dem ersten ringförmigen Glied 605 und dem dritten ringförmigen Glied 607 aufgenommen. Ein Spülring 635, welcher ein zweites ringförmiges Glied 639 und eine ringförmige Scheibe 641 umfaßt, welches fluiddicht daran angeschlossen ist, ist in einer stromaufwärtigen Position relativ zu dem dritten ringförmigen Glied 607 angeordnet. Das dritte ringförmige Glied 607 ist sandwichartig zwischen dem Außenumfangsabschnitt 609 der Berstscheibe 603 und dem Spülring 635 aufgenommen. Eine Dichtung 645 ist zwischen dem dritten ringförmigen Glied 607 und dem Spülring 635 eingelegt bzw. zwischengeschaltet, um so einen fluiddichten Verschluß dazwischen sicherzustellen. Das zweite ringförmige Glied 639 beinhaltet eine Mehrzahl von Fluidöffnungen 611 an seiner inneren Fläche 613, durch welche ein Spülfluid durchgeleitet werden kann. Die Öffnungen 611 sind unter zwei verschiedenen Winkeln in bezug auf die Achse 615 des zweiten ringförmigen Glieds 639 ausgerichtet, um das Spülfluid (durch die Pfeile illustriert) in Richtung zu mehrfachen Punkten entlang der unteren Oberfläche 617 der Berstscheibe 603 zu lenken. Das Spülfluid wird über eine Verbindung 619 zu einer Spülfluid-Quelle (nicht gezeigt) und einen geschlossenen ringförmigen Innenkanal 621 zugeführt, der betrieblich mit jeder der Öffnungen 611 durch jeweilige Zufuhrkanäle 623 verbunden ist.
Obwohl sich die vorangehende Erörterung überwiegend auf geflanschte Düsen konzentriert, die an Prozeßbehälter angefügt sind, kann man sich vorstellen, daß auch andere Berei che mit geringem Durchfluß aus der vorliegenden Erfindung Nutzen ziehen können.
In einer Ausführungsform, die nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung bildet (siehe 7), befindet sich der Bereich 727 mit geringem Durchfluß innerhalb eines kurzen Rohrleitungsabschnitts 732, angrenzend an ein Ventil 747 in der Ausgangsleitung 749 für einen Cyanwasserstoff-Reaktor 751. Während der Prozeß in Unordnung gerät, kann das Ventil geöffnet werden, um zu ermöglichen, daß das Cyanwasserstoff enthaltende Produktgas zu einer Fackel zwecks sicherer Zerstörung bzw. Entsorgung abgeleitet wird. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Ventil 747 geschlossen, wodurch an seiner Fläche bzw. Stirnfläche ein Bereich mit geringem Durchfluß geschaffen wird, der unerwünschtes Material, wie zum Beispiel Cyanid-Polymer, anhäufen bzw. ansammeln könnte. Durch Anordnung eines Spülrings 735 angrenzend zum Ventil, wie dies gezeigt ist, und Einführen bzw. Einbringen eines Spülfluids über den Ring, wird die Anhäufung von unerwünschten Materialien verhindert und eine Betriebsfähigkeit des Ventils wird aufrecht erhalten. Geeignete Spülfluide können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf N₂, SO₂, Dampf, CH₄, H₂ und Luft. Das Spülfluid kann fakultativ bzw. gegebenenfalls erwärmt werden und die Durchflußrate des Fluids kann, falls erwünscht, verändert werden.
In einer anderen Ausführungsform (siehe 8) befindet sich der Bereich 827 mit geringem Durchfluß in der Druckentlastungsleitung 853 an einem chemischen Reaktor 855, z.B. einem Batch- bzw. Chargen-Emulsions-Polymerisationsreaktor. Eine Berstscheibe 803 ist im waagrechten bzw. horizontalen Abschnitt der Druckentlastungsleitung eingebaut, und im Verlauf einer Batch-Polymerisation können sich in der Dampfphase befindliche Monomere in der Entlastungsleitung stromaufwärts von der Berstscheibe anhäufen. Durch Anordnung eines Spülrings 835 der vorliegenden Erfindung angrenzend zur Berstscheibe, wie dies gezeigt ist, und Einleiten bzw. Einbringen eines Spülfluids, das ein Reinigungslösungsmittel enthält, nachfolgend auf die Fertigstellung jeder Charge, werden die Berstscheibe und die Entlastungsleitung regelmäßig gereinigt und bleiben frei von einer unerwünschten Materialanhäufung bzw. Ansammlung von unerwünschtem Material.
In einer anderen Ausführungsform, die nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung bildet (siehe 9), befindet sich der Bereich 927 mit geringern Durchfluß innerhalb der mit einer Abschirmung bzw. einem Blinddeckel versehenen Bodenentleerungs-Verbindung 957 an einem mit Flüssigkeit gefüllten Rohproduktbehälter 959. Unter normalen Bedingungen ist der Blinddeckel 961 an der Entleerungs-Verbindung vorhanden, um einen flüssigkeitsdichten Abschluß am Behälter bzw. Tank bereitzustellen. Verschiedene unerwünschte Materialien, wie zum Beispiel Niederschläge bzw. Ausfällungen, Korrosionsprodukte, unlösliche Verunreinigungen und dgl. können auch vorhanden sein. Während Wartungsperioden bzw. Instandhaltungszeiten ist es erwünscht, die Abschirmung bzw. den Blinddeckel zu entfernen und die Ablaßverbindung als eine Leitung zu nutzen, durch welche die Inhalte des Behälters entfernt werden können. Durch Anordnung eines Spülrings 935, angrenzend an den Blinddeckel, wie dies gezeigt ist, und Einführen eines Spülfluids über den Ring, wird die Anhäufung von unerwünschtem Material verhindert und die Ablaßverbindung ist bei Bedarf für einen Gebrauch bereit. Geeignete Spülfluide können N₂, Luft, oder ein Nachstrom von Rohprodukt sein.
Es versteht sich, daß das Spülfluid ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann und kontinuierlich oder stoßweise bzw. intermittierend, wie erforderlich, zugeführt werden kann. Jegliches Gas oder flüssige Material, das mit dem Betrieb des speziellen vorliegenden bzw. fraglichen Prozesses verträglich bzw. vereinbar ist, kann als das Spülfluid verwendet werden. Beispielsweise beinhalten beim Betrieb einer Destillationskolonne für die Herstellung von (Meth)acrylsäure oder Estern davon geeignete Materialien, sind aber nicht beschränkt auf sauerstoffhaltiges Gas (z.B. Luft), Dampfphasen-Polymerisations-Inhibitoren, Wasser, (Meth)acrylsäure, Methylisobutylketon (MIBK), Toluol und Aceton. In einigen Ausführungsformen kann das Spülfluid Rücklauf einer Destillationskolonne oder ungereinigtes Beschickungsmaterial einer Destillationskolonne umfassen. Das Spülmittel kann gegebenenfalls durch einen Wärmetauscher zur Steuerung bzw. Regelung seiner Temperatur durchgeleitet werden und kann gegebenenfalls einen oder mehrere Polymerisationsinhibitor(en) umfassen.
Es versteht sich weiters, daß der Spülring eine oder mehrere Öffnung(en) umfassen kann, und daß die Öffnungen unter einem oder mehreren Ausrichtungswinkel(n) in bezug auf die Achse des Spülrings sein bzw. liegen können. Geeignete Orientierungs- bzw. Ausrichtungswinkel sind bzw. liegen zwischen 0 und 90 Grad in bezug auf die Achse des Spülrings. Die Auswahl der Ausrichtungswinkel, sowie die Größe und Anzahl von Öffnungen, und die Spülfluid-Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit sind eine Funktion des Innendurchmessers des Spülrings, der Ausrichtung der zu behandelnden Oberfläche (z.B. im Fall einer Berstscheibe, ob die Oberfläche konkav oder konvex ist) und des Abstands zwischen den Öffnungen und der zu behandelnden Oberfläche. Aufgrund ihres Designs können sowohl der Spülring als auch das relevante Element der Prozeßausrüstung (z.B. Berstscheibenhalter) im Laboratorium wiederholt in derselben Baustruktur bzw. Konfiguration zusammengestellt werden, wie es in dem Prozeß erforderlich ist, was es einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ermöglicht, im Laboratorium durch einfache visuelle Beobachtung unter Spülfluid-Durchflußbedingungen zu überprüfen, daß die richtigen bzw. ordnungsgemäßen Design-Variablen ausgewählt worden sind. Zum Beispiel würde es, wenn Wasser als das Spülfluid verwendet wird, augenscheinlich bzw. ersichtlich sein, daß die richtigen Variablen ausgewählt worden sind, wenn durch visuelle Beobachtung unter Betriebsbedingungen festgestellt wird, daß die Berstscheibe vollständig durch den Wasserschwall befeuchtet wird.
Mit dem Nutzen der Offenbarung der vorliegenden Erfindung kann man sich vorstellen, daß für bestimmte Prozeßanwendungen die Vorteile des Spülrings einigermaßen durch die Installation einer im Handel erhältlichen Zerstäubungs- bzw. Sprühringvorrichtung angenähert werden kann. Solche Sprühringvorrichtungen werden auf den Markt gebracht zum Zwecke einer Reinigung von Schaugläsern und können in Standardgrößen von LJStarInc^TM (Twinsburg, OH) oder Canty^TM (Buffalo, NY) käuflich erworben werden. Da diese Vorrichtungen für einen unterschiedlichen Zweck ausgelegt sind, ist die Verwendung der vorstehend erwähnten visuellen Prüfmethode I unentbehrlich um zu überprüfen, daß die ausgewählte "Standard"-Vorrichtung die Anforderungen des Prozeßbetriebs erfüllen kann.
BEISPIEL
Ein Spülring wird benachbart zum Berstscheibenhalter auf der oberen Prozeß-Verbindungsdüse mit 20,3 cm (8 Zoll) Durchmesser einer Acrylsäure-Destillationskolonne in der in 3 gezeigten Weise angeordnet. Eine 316-Teflon-316 Verbund-Berstscheibe (erhältlich von Continental Disc Corp^TM) wurde in dem Halter installiert. Der Spülring hatte einen Innendurchmesser von 19,1 cm (7 1/2 Zoll) und umfaßte zwei Sätze von Fluidöffnungen. Der erste Satz von Öffnungen umfaßt 8 gleich beabstandete Öffnungen mit 0,238 cm (3/32 Zoll) Durchmesser, die unter einem Winkel von zwischen 45 und 90 Grad relativ zur Achse des Rings eingestellt sind. Der zweite Satz von Öffnungen umfaßt Öffnungen mit 8 gleich beabstandete 0,238 cm (3/32 Zoll) Durchmesser, die unter einem Winkel zwischen 0 und 45 Grad relativ zur Achse des Rings eingestellt sind. Der Spülring umfaßt weiters einen offenen Verteilungskanal, der beim Einbau dicht gegen einen Standard-Dichtungsflansch abgedichtet wird. Nach einer Installation wird ein Spülfluid durch den Ring eingeführt bzw. eingebracht, welches das Entfernen von kondensiertem, polymerisierbarem Acrylsäuremonomer von den stromaufwärtigen (unteren) Innenflächen der Berstscheibe erleichtert, wodurch eine Anhäufung von unerwünschtem Polymer verhindert wird. Das Spülfluid ist eine Flüssigkeitsmischung, umfassend Acrylsäure (Destillationskolonnen-Beschickungsmaterial), Essigsäure und Hydrochinon-Inhibitor, und wird bei einer kontinuierlichen Durchflußrate von annähernd 7,57 1/min (2 gpm) zugeführt. Sauerstoffhaltiges Gas ist in den Dampfräumen der Kolonne beim Betrieb der Destillationskolonne routinemäßig vorhanden. Die Acrylsäure-Destillationskolonne wurde mit dem Spülring in dieser Baustruktur bzw. Konfiguration 6 Monate lang betrieben, wobei in dieser Zeit die Scheibe und die Prozeßverbindungsdüse insgesamt 5 mal kontrolliert wurden. Bei jeder Kontrolle wurden sowohl die Scheibe als auch die Prozeßdüsenverbindung kontrolliert bzw. überprüft und als frei von Polymeranhäufung befunden.
VERGLEICHSBEISPIEL
An der gleichen oberen Prozeßverbindungsdüse mit 20,3 cm (8 Zoll) Durchmesser wurde ein einzelne Spiraljet^® Vollkonus-Zerstäubungsdüse mit 0,953cm (3/8 Zoll) (Spraying Systems Co^TM, Wheaton, Ill.) auf die Art, die in 10 gezeigt ist, in einem Versuch installiert, eine Polymeranhäufung an der vorstehend erwähnten Verbund-Berstscheibe zu verhindern. Eine unter Druck stehende Flüssigkeitsmischung, umfassend Acrylsäure (Destillationskolonnen-Beschickungsmaterial), Essigsäure und Hydrochinon-Inhibitor wurden bei einer kontinuierlichen Durchflußrate von annähernd 7,57 1/min (2 gpm) der Spiraljet^® Zerstäubungsdüse zugeführt und anschließend in die Prozeßverbindungsdüse und auf den unteren Abschnitt der Berstscheibe gesprüht. Routinemäßig war beim Betrieb der Destillationskolonne sauerstoffhaltiges Gas in den Dampfräumen der Kolonne vorhanden. Die Acrylsäure-Destillationskolonne wurde mit dieser Bauweise betrieben, während welcher Zeit die Scheibe und die Prozeßverbindungsdüse mehrmals kontrolliert wurden. Über sich ändernde Betriebszeiträumen – einige nur etwa drei Wochen – wurde festgestellt, daß sich merkliche Mengen an Polymer innerhalb der Prozeßverbindungsdüse und auf der Berstscheibe selbst angehäuft bzw. angesammelt haben, was eine Reinigung der Prozeßverbindungsdüse und einen Austausch der Berstscheibe erforderlich machte. Typischerweise wurde bei einer Überprüfung bzw. Inspektion gefunden, daß der Querschnitt der Prozeßverbindungsdüse zu 60 – 90 % mit Polymer verstopft war.

Claims

Berstscheibenanordnung, umfassend: (i) eine Berstscheibe (103); und (ii) einen Berstscheibenhalter, der operativ die Berstscheibe (103) ergreift, wobei der Berstscheibenhalter umfaßt: (a) ein erstes ringförmiges Glied (105), das in einer stromabwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe (103) angeordnet ist; und (b) ein zweites ringförmiges Glied (107), das in einer stromaufwärtigen Position relativ zu der Berstscheibe (103) angeordnet ist; wobei ein Außenumfangsabschnitt der Berstscheibe (103) sandwichartig zwischen dem ersten ringförmigen Glied (105) und dem zweiten ringförmigen Glied (107) aufgenommen ist; dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ringförmige Glied (107) wenigstens eine Fluidöffnung (111) beinhaltet, die auf die Berstscheibe (103) abzielt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite ringförmige Glied (107) eine Mehrzahl von Fluidöffnungen (111) beinhaltet, die auf die Berstscheibe (103) gerichtet sind.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste ringförmige Glied (105) eine Achse (115) aufweist, das zweite ringförmige Glied (107) eine Achse (115) aufweist, und das erste ringförmige Glied (105) und das zweite ringförmige Glied (107) koaxial in bezug aufeinander angeordnet sind.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Innendurchmesser des ersten ringförmigen Glieds (105) konstant ist, ein Innendurchmesser des zweiten ringförmigen Glieds (107) konstant ist und der Innendurchmesser des ersten ringförmigen Glieds (105) gleich dem Innendurchmesser des zweiten ringförmigen Glieds (107) ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Außendurchmesser des ersten ringförmigen Glieds (105) konstant ist, ein Außendurchmesser des zweiten ringförmigen Glieds (107) konstant ist und der Außendurchmesser des ersten ringförmigen Glieds (105) gleich dem Außendurchmesser des zweiten ringförmigen Glieds (107) ist.
Berstscheibenanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: (c) ein drittes ringförmiges Glied (607), das in einer stromaufwärtigen Position relativ zur Berstscheibe (603) angeordnet ist; wobei ein Außenumfangsabschnitt der Berstscheibe (603) sandwichartig zwischen dem ersten ringförmigen Glied (605) und dem dritten ringförmigen Glied (607) aufgenommen ist; wobei das dritte ringförmige Glied (607) sandwichartig zwischen dem Außenumfangsabschnitt der Berstscheibe (603) und dem zweiten ringförmigen Glied (639) aufgenommen ist.