NO167825B - Tetningsanordning mellom en beholder av skjoert material og metall-deler i et apparat for utfoerelse av kjemiske reaksjoner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en tetningsanordning mellom en beholder av skjørt material og metalldeler i et apparat for utførelse av kjemiske reaksjoner, idet en koblingsdel er anordnet rundt den åpne ende av beholderen, mens en pakningsring er anordnet aksialt utenpå denne enden av beholderen, inne i den aksialt ytre enden av kobllngsdelen. Oppfinnelsen angår dessuten en anvendelse av en slik tetningsanordning.

I noen apparater for utførelse av kjemiske reaksjoner er det nødvendig å benytte beholdere av material som ikke påvirkes av de reaksjoner som skjer, i det minste i det parti der det er størst fare for korrosjon. I andre apparater, f.eks. i beholdere med transparente vegger, som benyttes særlig i fotokjemiske reaktorer, som ofte benyttes for forskjellige halogeneringer av hydrokarboner, ved fremstilling av merkaptaner og også for visse polymerisasjoner, er reaktoren hovedsakelig metallisk og omfatter et koaksialt rør av kvarts eller av spesialglass, som omgir en passende lyskilde. I alle disse tilfeller er det ømfintlige parti av installa-sjonen overgangen mellom det skjøre material, særlig glass, kvarts eller keramikk og den metalliske del av apparatet.

Det trengs god tetning mellom disse to elementer i apparatet, for å hindre passasje av material som behandles i den skjøre beholder til metallbeholderen og omvendt. Sammenkobling mellom de to typer materialer oppnås vanligvis ved at en metallisk koblingsdel festes på en av endene til det som oftest forsterkede, skjøre material.

Med slike skjøre materialer som nevnt ovenfor kan det ikke anvendes et slikt pakningstrykk som det som benyttes mellom metalldeler, idet det er nødvendig å begrense seg til elastoplastiske pakninger for å oppnå tetning. Faren for lekkasje i koblingsflåtene mellom det skjøre material og metallet foreligger i en viss grad, og særlig dersom apparatet arbeider under trykk, og når de stoffer som behandles i metallpartiet kan reagere med innholdet i den skjøre beholder og eventuelt bevirke en eksplosjon, utgjør en lekkasje en alvorlig fare. Dette er nettopp tilfelle når det dreier seg om hydrokarboner og/eller svovelholdig hydrogen, halogen, svovelanhydrid osv.

Som eksempler på kjent teknikk knyttet til bruk av pakningsringer skal nevnes følgende: FR-patent 2.166.541 angår forsterkningsmuffer for dannelse av buttforbindelse mellom to rør, og har således ingen sammen-heng med en tetningsanordning mellom en beholder og et kjemisk apparat. Patentets fig. 6 a,b,c viser pakningsringer anordnet som glandpakninger som er aksialt komprimert.

FR-patentsøknad 2.382.928 viser et reaksjonsrør innfestet mellom koblingsdeler ved hver ende. Koblingsdelene fast-holder hver sin pakningsring. Patentet viser også flate ringpakninger under endelokk på de ytre ender av enheten, men disse ringpakninger er ikke i kontakt med røret, som i dette tilfellet må betraktes som analogt med beholderen som tetningsanordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse er beregnet for.

DE-patentsøknad 2.214.855 viser en beholder som har en fortykning rundt en åpen ende, liggende mot en flat ringpakning i en holder. Beholderen trykkes inn i holderen av en innskrudd ring som trykker mot en ringpakning som har anlegg mot fortykningen på den siden som vender bort fra beholderens åpne ende.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en forbedret tetningsanordning mellom partier av skjørt ir.c.terial i et apparat og metallpartier, for å unngå fare for passasje av stoffer mellom de to soner, og for effektivt å

hindre lekkasje av stoffer ut av apparatet. Oppfinnelsen

, muliggjør f.eks. at en reaktor kan arbeide under trykk som kan være f.eks. 25 bar.

I henhold til oppfinnelsen kjennetegnes tetningsanordningen ved at en andre pakningsring befinner seg mellom utsiden av et hode som danner den nevnte enden av beholderen og innsiden av kobllngsdelen, som omfatter en muffe som er koaksial med den nevnte enden av beholderen og befinner seg inne i det øvrige av kobllngsdelen, for komprimering av den førstnevnte pakningsring og den andre pakningsring ved aksial bevegelse av muffen i forhold til koblingsdelen forøvrig, og at en tredje pakningsring befinner seg aksialt innenfor hodet og kan komprimeres ved den nevnte bevegelse av muffen, mellom en aksialt indre skulder på hodet og innsiden av den aksialt indre enden av koblingsdelen, idet skruer for å bevirke den aksiale bevegelse av muffen befinner seg i gjengede hull i en flens på apparatet, beliggende aksialt utenfor hodet.

Pakningsringene kan være dannet på kjent måte, av forskjellige materialer som er mer eller mindre plastiske, slik som lær, gummi, vinylpolymer osv., men en pakningsring som er særlig effektiv, særlig når det gjelder fotokjemisk fremstilling av merkaptaner under trykk, er dannet av en kombinasjon av silikon og polytetrafluoretylen som omgir dette.

Oppfinnelsen vil fremgå klarere av den følgende beskrivelse av en utførelsesform, under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser skjematisk et aksialsnitt gjennom et apparat som omfatter en skjør beholder omgitt av et metallkammer. Fig. 2 viser i aksialsnitt det øvre parti av en fotoreak-tor som er utstyrt med en tetningsanordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser, også i aksialsnitt, et utsnitt av fig. 2. Fig. 1 viser en sylindrisk reaktor 1, av metall, som innvendig gjennomstrømmes av et eller flere stoffer som skal reagere under påvirkning av lys fra en lyskilde 3 inne i reaksjonsrommet. Innstrømning og utstrømning av disse stoffer er vist med piler. Lyskilden 3, som kan være en elektrisk glødetråd, en hydrokarbon- eller hydrogenbrenner,

eller en anordning for elektrisk gassutladning, befinner seg i en rørformet, transparent beholder 2. Som oftest er materialet i beholderen 2 kvarts eller spesialglass. En kvikksølvlampe er et eksempel på det som oftest anvendes. Dessuten er vist en øvre og nedre begrensning, 4 og 5, av apparatet, og i nivå med disse begrensninger, i områdene 6 og 7, befinner overgangen mellom beholderen, som f.eks. er av kvarts, og metallelementet med begrensningene 4 og 5 seg. Det er således i områdene 6 og 7 at det skal dannes tett sammenkobling, slik at det reaktive miljøet A ikke kan kommunisere med det indre rom B i beholderen 2.

I noen tilfeller av fotokjemiske reaksjoner er lampen 3 bare tilkoblet i området 6, og danner en slags ampulle i rommet A, slik at det ikke finnes noen tilkobling til metallet 7 i begrensningen 5. Det skal således dannes tetning mellom kvartsen og metallet enten ved begge ender av beholderen 2, eller bare ved den øvre ende av denne. Tetningsanordningen i henhold til oppfinnelsen kan således anvendes ved begge ender av beholderen 2 eller bare ved en ende av denne.

Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom det øvre parti av

apparatet i fig. 1. Det vesentligste parti av fig. 2 er vist i forstørret målestokk i fig. 3. Beholderen 2 ender øverst i et hode 2', som danner en fortykning på hvilken er anbragt en metallisk koblingsdel 6 som er ført inn i et hull i den øvre vegg 4 til den sylindriske reaktoren 1. For oversiktens skyld er det i fig. 2 og 3 bare vist et parti av veggen 4. Det reaktive miljø A befinner seg rundt hele beholderen 2. Koblingsdelen 6 trykkes mot veggen 4 av en flens 8 ved hjelp av skruer. Mellom den øvre ende av hodet 2' av kvarts og det indre av en muffe 13 er anbragt en elastoplastisk tetningsring 9. Tetning mellom koblingsdelen 6 og veggen 4 til reaktoren er oppnådd ved hjelp av en annen tetningsring 10, og disse er de vanlige og nødvendige tetninger i en tetningsanordning mellom skjøre rør og metalldeler.

I henhold til oppfinnelsen er det foruten disse vanlige pakningsringer anordnet en andre pakningsring 11 som omgir sideveggen til hodet 2', og befinner seg mellom dette og innerveggen til koblingsdelen 6, slik at pakningsringen ligger mot det skjøre material, fortrinnsvis i nærheten av midten av koblingsdelen 6. I praksis foretrekkes at pakningsringen befinner seg i en avstand som ligger i området 1 - 10 cm fra den øvre ende av røret 2.

Det er dessuten anordnet en tredje pakningsring 12 mellom den aksialt indre enden av hodet 2' og innsiden av den aksialt indre enden til koblingsdelen 6.

Som vist i figurene er det fordelaktig å anbringe pakningsringene 9 og 12 mot avfasete flater utvendig på hodet 2'. I henhold til oppfinnelsen er muffen 13 anordnet for uavhengig komprimering av pakningsringene 9 og 11, i koblingsdelen 6, og skruer 14 trykker mot muffen. Skruene 14 er skrudd gjennom gjengede hull i en flens 8 på apparatet. Ved tilskruing av skruene 14 drives muffen 13 inn i koblingsdelen 6, og komprimerer pakningsringene 9 og 11, og indirekte via hodet 2', pakningsringen 12. Muffen 13 beveges således i forhold til flensen 8, og en pakningsring 15 er anordnet mellom muffen 13 og et hull i flensen. Mot hodet 2' ligger en lukkeskive 16.

Komprimeringen av pakningsringene 9, 11 og 12 ved hjelp av muffen 13 skjer uavhengig av komprimeringen ved hjelp av flensen 8, og det er mulig å beregne teoretisk og å justere til det nødvendige minimum denne komprimering, avhengig av de mekaniske egenskaper til det skjøre material, f.eks. kvarts. Tiltrekkingen muliggjør samtidig regulering av kontakttrykket mellom disse deler og pakningene 9, 11 og 12, og trykket fordeler seg til hver pakningsring, som en funksjon av elastisiteten i ringene, slik at den mest påkjente ring og den minst myke, utsettes for det største trykk. Pakningsringen 11 har til oppgave å sentrere hodet 2' og å hindre kontakt mellom stålet og kvartsen. Klaringen mellom delene er vist i fig. 3, og medfører følgende fordeler. Dersom, av mekaniske eller termodynamiske grunner, røret

2, 2' oscillerer på grunn av bøyning og torsjon, varierer kontakttrykket mellom ringene 9, 11, 12 og metalldelene 6, 16 og/eller 13. Dette kan bevirke krefter som gjør hodet 2' ovalt, hvilket kan medføre deformasjoner i omkretsen, og kan bevirke lekkasje fra det reaktive miljøet A. Dessuten vil sigefastheten til pakningsringene 9 og 12 avta med tiden når kontakttrykket varierer, og faren for lekkasje øker. Pakningsringen 11, som befinner seg i et område omtrent ved midten av hodet 2', utsettes ikke for variasjoner, og vil sikre tetning.

Det øverste parti av fig. 2 viser en gassbeholder C, som er tilkoblet et munnstykke, og dette parti av apparatet påvirkes ikke av tetningsanordningen i henhold til oppfinnelsen. Beholderen er utstyrt med et system for automatisk detekte-ring av lekkasje mellom miljøet A og rommet B.

Som et eksempel kan tetningsanordningen anvendes for en fotokjemisk reaktor for fremstilling av merkaptaner ved virkning av H2S på olefiner, under trykk. Apparatet omfatter en reaktor dannet av en sylindrisk vegg av rustfritt stål, med diameter 23,6 cm og høyde på 100 cm (kjent i handelen under betegnelsen 316L). Langs aksen til denne vegg er anordnet en lyskilde som gir 3 kW og en bølgelengde på 3650A. Lampen tilføres elektrisk strøm med spenning på 1800 V, og er anbragt i en kvartskolbe med diameter på 70 mm og tykkelse på 9 mm. Utstrålt effekt med bølgelengde 3650A er 53 W. Belysningen er 40 mW/cm<2>, og den utnyttbare lengde av lyskilden er 500 mm.

Fremstillingen av merkaptaner skjer ved omtrent 10°C under et H2S-trykk på 13 bar.

Apparatet er utstyrt med de pakningsringer som er beskrevet ovenfor og vist i fig. 2 og 3. Disse pakningsringer er dannet av silikon som er dekket av et lag med teflon, og de har en shore-hardhet på 70-80.

Ved bruk av pakningsringen 11 er det ikke konstatert lekkasjer eller eksplosjoner, mens det uten denne pakningsring skjer lekkasjer etter at apparatet har vært i bruk over 2500 timer.

Claims (7)

1. Tetningsanordning mellom en beholder (2) av skjørt material og metalldeler i et apparat (4) for utførelse av kjemiske reaksjoner, idet en koblingsdel (6) er anordnet rundt den åpne ende (2') av beholderen, mens en pakningsring (9) er anordnet aksialt utenpå denne enden (2') av beholderen, inne i den aksialt ytre enden av koblingsdelen (6), karakterisert ved at en andre pakningsring (11) befinner seg mellom utsiden av et hode som danner den nevnte enden (2') av beholderen (2) og innsiden av koblingsdelen (6), som omfatter en muffe (13) som er koaksial med den nevnte enden (2') av beholderen (2) og befinner seg inne i det øvrige av koblingsdelen (6), for komprimering av den førstnevnte pakningsring (9) og den andre pakningsring (11) ved aksial bevegelse av muffen (13) i forhold til koblingsdelen (6) forøvrig, og at en tredje pakningsring (12) befinner seg aksialt innenfor hodet (2') og kan komprimeres ved den nevnte bevegelse av muffen (13), mellom en aksialt indre skulder på hodet (2') og innsiden av den aksialt indre enden av koblingsdelen (6), idet skruer (14) for å bevirke den aksiale bevegelse av muffen (13) befinner seg i gjengede hull i en flens (8) på apparatet, beliggende aksialt utenfor hodet (2).

2. Tetningsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den andre pakningsring (11) er anbragt tilnærmet midtveis langs den aksiale utstrek-ning av koblingsdelen (6).

3. Tetningsanordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den andre pakningsring (11) befinner seg i en avstand på 1 - 10 cm fra den ende av beholderen (2) som koblingsdelen (6) befinner seg på.

4. Tetningsanordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at koblingsdelen (6) innvendig har en ringformet utvidelse for anbringelse av den andre pakningsring (11).

5. Tetningsanordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at utvidelsen rager fra den aksialt ytre enden av koblingsdelen (6) til midten av koblingsdelen, for innføring av muffen (13) for komprimering, idet utvidelsen ender i en skulder som danner anlegg for den andre pakningsring (11).

6. Anvendelse av en tetningsanordning som angitt i krav 1-5, for dannelse av tetning mellom et apparat og en beholder av kvarts eller spesialglass, og som inneholder en strålekilde for katalyse ved halogenering av et hydrokarbon eller ved binding av H2S til et hydrokarbon.

7. Anvendelse av en tetningsanordning som angitt i krav 6, for en beholder og en koblingsdel beregnet til å utsettes for et indre trykk som ligger mellom 5 og 25 bar.