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Behälter mit Auskleidung aus dünnen Blechen korrosionsfester Metalle
Behälter,
deren Wände mit einem aggressiven Medium in Berührung sltehen, werden in der chemischen
Technik vielfach angewendet, z. B. als Behälter, in denen bei: erhöhtein Druck und
oft auch bei erhöhter Temperatur Reaktionen zwischen Flüssigkeiten und/oder Gasen
mit korrodierenden Eigenschaften durchgeführt werden, ferner als Vorratsbehälter,
Rohrleitungen und Wärmeaustauscher für korrodierende Flüssigkeiten usw. Der wirksame
Schutz der Wände dieser Behälter stellt ein schwieriges Problem dar. Die- Oberfläche
eines preiswerten, aber nicht hinreichend korrosionsfesten Materials eines Behälters
kann z. B. nach bekannten Methoden durch eine Auskleidung aus Kautschuk, synthetischem
Kautschuk oder einem der vielen plastischen Stoffe geschützt werden. Diese alle
sind jedoch für erhöhte Temperaturen ungeeignet, haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit
und sind deshalb in vielen Fällen nicht anwendbar.
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Die Wände des Behälters können auch emailliert werden. Emailleüberzüge
jedoch sind keineswegs in allen Fällen anwendbar und bieten wenig Widerstand gegen
StoB und Temperaturänderungen.
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In vielen Fällen kann das Problem nur durch Auskleiden der Wände
mit einem hochwertigen Metall, wie Silber, Gold, Platin oder Tantal, gelöst werden.
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Wegen der hohen Kosten können nur dünne Schichten angewendet werden.
Dies führt wegen des Unterschiedes, des AulsdeEnungskoeffizienten von Auskleidung
und Grundmaterial zu Schwierigkeiten. Die Auskleidungen können manchmal mit dem
Grundmaterial durch Punktschweißung verbunden werden, was jedoch eine geschwächte
Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion an den Schweißpunkten zur Folge hat. In anderen Fällen ist es völlig
unmöglich, die Auskleidung mit dem Grundmaterial zu verbinden.
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Das genannte Problem wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
man als Auskleidung dünne Bleche kor.roisionsfester Metalle und einer Wandstärke
von 0,2 mm odeir darunter verwendet, deren Abstand von der Behälterwand höchstens
etwa 1 mm beträgt und mit der Behälterwand durch Festklemmen verbunden ist. Der
Zwischenraum zwischen Auskleidung und- Behälterwand ist in bekannter Weise mit einer
Flüssigkeit ausgefüllt.
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Diese Flüssigkeit zwischen der Auskleidung und der Behäterwandung,
die im wesentlichen dem gleichen Druck wie das Innere des Behälters unterworfen
ist, entlastet die Auskleidung von dien hohen D.rucken, die iim Behälter henrschen
können. Ferner wird die Auskleidung nicht übermäßig belastet durch die Unterschiede
in der Ausdehnung und Kontraktion zwischen ihr und der Wandung, denn die Flüssigkeit
zwischen ihnen wird diese Differenzen zum Teil kompensieren, während, soweit dies
nicht der Fall ist, die Biegsamkeit der Auskleidung den Vorteil bietet, diese Unterschiede
im Wege geringer Formänderungen aufzunehmen.
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Die zwischen der Wandung und der Auskleidung enzuführende Flüssigkeit
kann z. B. aus Paraffin, Diphenyloxyd, geschmolzenen Salzmassen, wie Metallhalogenide,
oder aus Metallen oder Legierungen, die unter den Arbeitsbedingungen. flüssig sind,
bestehen. Bei der Auswahl der Flüssigkeit müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt
werden. Die Flüssigkeit darf bei Temperaturen- und Drucken, die im Laufe der Operationen
vorkommen, nicht fest werden oder verdampfen; sie darf nicht die Wandung oder die
Auskleidungsstoffe angreifen; sie darf sich in langen Betriebszeiten nicht zersetzen.
Wenn ein Wärmedurchgang durch die Wandung stattfinden muß, ist es vorteilhaft, als
Füllflüssigkeit ein Metall. wie Quecksilber zu wählen, oder, wenn erhöhte. Temperaturen
verwendet werden, ein Metall oder eine Legierung, welche z. B. bei Raumtemperatur
fest, bei Betriebstemperatur aber flüssig ist. Eine bekannte Legierung, welche leicht
bei. verhältnismäßig tiefen Temperaturen schmilzt, ist das sogennante Woodsche Metall.
Bei. Auswahl des Metalls muß natürlich beachtet werden, daß es keine Legierung mit
dem Metall der Behäterwandung oder der Auskleidung bildet.
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Das Verfahren der Herstellung und Anbringung der Auskleidung muß
der Form des auszukleidenden Ggegenstandes und den Arbeitsbedingungen angepaßt werden.
Um die Erfindung zu erläutern, werden drei Ausführungen, dargestellt in den Zeichnungen
durch die Fig. I, 2 und 3, als Beispiele näher geschildert.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Reaktionsbehälters, der für
Reaktion bei hohem Druck bestimmt ist. Der eigentliche Behälter I und der Deckel-
2, der mit ihm durch eine Flanschverbindung verbunden ist, sind mit einer Auskleidung
3, 3' gemäß der Erfindung versehen. Die hier betrachtete Auskleidung besteht aus
Tantal von einer Stärke von 0,I bis 0,2 mm, welches im voraus in die erforderliche
Form gebracht wurde und solche Dimensionen aufweist, daß ein Spielraum von etwa
I mm zwischen der Auskleidung und der Behälterwandung gelassen ist. In der Zeichnung
sind die Auskleidung und der Zwischenraum für den größten Teil gemeinsam als eine
dicke Linie wiedergegeben, aber sind, am Einsatz getrennt gezeichnet. Da es außerordentlich
schwierig, wenn nicht unmöglich ist, Tantal mit anderen Konstruktionsmetallen zu
verschweißen, ist die Auskleidung mit den Behälterteilen durch schwach konische
Ringe 4, 4' befestigt, welche iin entsprechend geformte Nuten in Kammer und Deckel:
eingelassen sind und die Auskleidung innerhalb des Kessels fest einklemmen. Die
Abdichtung zwischen Deckel und Behälter findet innerhalb dieser Ringe statt, so
daß die Räume, die zwischen Mantel und Auskleidung verbleiben, dort gleichzeitig
mit abgeschlossen werden. Am Boden des. Behälters, an dem dieser mit einer Öffnung
5 versehen ist, geht die Auskleidung durch die Öffnung hindurch und ist dort durch
eine Schweißung mit einer flanschförmig geformten Pl'atte 3" verbunden, welche in
ähnlicher Weise zu einem Endstück mit einem konischen Ring gesichert ist Der Deckel
kann ebenfalls mit einer Öffnung versehen sein.
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Der Raum zwischen Auskleidung und Wandung wird mit einer Flüssigkeit
gefüllt, die man z. B. durch Einsaugen der Flüssigkeit durch ein Vakuum in den genannten
Raum einführen kann. Der Abschluß des. Raumes kann erfolgen zur selben Zeit, an
der er gefüllt ist.
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Wenn der Behälter auf erhöhte Temperatur erhitzt wird, wird die Tantallauskleidung
eine größere Ausdehnung aufweisen als -der eigentliche Behälter.
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Dementsprechend kann am Boden des Behälters mehr SpieLraum gelassen
werden als an seinem kreisförmigen Umfang, sodaß der zylindrische Teil der Auskleidung
nach unten expandieren kann.
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Ein Anwachsen des Volumens der Füllflüssigkeit entsprechend der erhöhten
Temperatur wird ohne Schwierigkeit durch lokalisiertes leichtes Ausbiegen des zylindrischen
Teils der Auskleidung nach der Mitte zu, z. B. nach innen von der Kesselwandung
aus, ausgeglichen; falls erwünscht, kann eine Möglichkeit für die Expansion der
Flüssigkeit dadurch geschaffen werden, daß ein Teil der Auskleidung so geformt wird,
daß sie leicht gewölbt wird. Der Druck in dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum ist
immer im wesentlichen dem im Innern des Behälters äquivalent, da die Auskleidung
dank ihrer Biegsamkeit den Druck ohne wesentlichen Verlust überträgt.
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Die Konstruktion nach Fig. 2 ist für einen Wärmeaustauscher bestimmt,
wobei ein innerhalb eines. einseitig geschlossenen Rohres befindliches Heizmedium
die Wärme auf ein korrodierendes Medium überträgt, das um das Rohr herumfließt.
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Die Vorrichtung enthält eine Reihe von solchen Rohren, die in einer
gemeinsamen Rohrplatte 6 be-
festigt sind. Das Rohr ist mit einem
geringen Spielraum von einer Schutzhülse 7', z. B. hergestellt aus Tantal, umgeben,
während die Platte 6 an der Berührungsseite mit dem korrodierenden Medium in gleicher
Weise mit einer Platte 6' aus diesem Material' bedeckt ist. Der Rand der Schutzhülle
und der Rand rund um die Offnung für das Rohr in der Platte 6 werden dort, wo das
Rohr li,n die Platte efw tritt, fest zwischen ionischen Teilen des Rohres und dem
Loch in der Rohrplatte eingeklemmt, wie in der Nebenfigur gezeichnet ist. Die Ränder
können auch miteinander durch andere Mittel, z. B. durch Schweißen, verbunden sein.
Da diese Vorrichtung für die Wärmeübertragung bestimmt ist, wird der Raum zwsichen
der Hülle und den Teilen der Wandung, den sie bedeckt, mit einem Metall oder einer
Metallegierung, wie dem Woodscben Metall, gefüllt. Um eine Ausdehnung dieses Metalls
zu ermöglichen, kann der Querschnitt der Hülle, wenn sie kal't ist, elliptisch anstatt
kreisförmig sein.
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Ein Typ eines. anders konstruierten Wärmeaustauschers, z. B. eines
solchen, der mit Rohren aus gerüstet ist, die zwischen zwei Rohrplatten angeordnet
sind und durch welche die korrodierende Flüssigkeit fließt, ist in Fig. 3 gezeigt.
Wie vorher, ist nur ein Rohr 8 in der Zeichnung wiedergegeben.
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Die Enden dieses, Rohres sind in die Rohrplatten g und g' fest eingelassen.
Das Rohr 8 ist innen mit einer Überkleidung 10 versehen, während die Rohrplatten
durch die Platten 11 und 11' an den Berüb'rungsseiten mit dem korrodierenden Medium
abgedeckt sind. Die gemeinsame Verbindung der verschiedenen Teile der Auskleidung
sind hier mittels Schweißung bewirkt. Ein leichtes Verbiegen der Platten 11 und
11' nach außen zwischen den Öffnungen, in weiche die Auskleidung der Rohre befestigt
wird, wird ausreichend sein, eine Ausdehnung der Füllflüssigkeit zu kompensieren.
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Die gezeigten Ausführungsformen dienen nu!r als Beispiele von Fällen,
in welchen die Erfindung angewendet werden kann. S!ie kann natürlich auch in dem
Fall von anders konstruierten Behältern oder Teilen von Behälteren angewendet werden.
Unter Teilen von Behältern sind alle Glieder verstanden, die in einem solchen Behälter
vorhanden sind, so daß z. B. auch Rührer mit unfaßt werden. Der Begriff »Behälter«
muß ebenfalls im weitesten Sinne aufgefaßt werden, so daß z. B. Rohrleitungen mit
umschlossen werden.