SE513147C2 - Sätt och anordning för reglering av en atmosfär - Google Patents

Description

513 147 2 okondenserade gasströmmen återförs till ugnen i en takt som beror på avkända förändringar i koncentrationen av lösnings- medelsånga. Därigenom massbalanserar de kombinerade hastig- heterna med vilka lösningsmedelsånga bildas i ugnen och med vilken den okondenserade gasströmmen återförs till ugnen den hastighet med vilken ugnsatmosfären leds bort från ugnen.

Ett problem med det beskrivna sättet och anordningen är att kraven på låga utsläpp av VOC ej uppfylls på ett kostnadseffek- tivt sätt.

Andamål med uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt och en anordning för reglering av atmosfären i ett väsent- ligen slutet utrymme, varvid ovannämnda nackdelar vid känd teknik undvikes eller åtminstone minskas och som är kostnads- effektiva och begränsar mängden utsläppt VOC.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen baseras på insikten, att det utgående processgas- flödet kan renas på ett kostnadseffektivt sätt genom en kombi- nation av en koncentrator och en kondensationsanläggning.

Enligt en första aspekt av uppfinningen åstadkommes ett sätt att reglera en atmosfär i ett väsentligen slutet utrymme, vilken atmosfär innehåller ett kondenserbart ämne, inert gas och oxygen, innefattande följande steg: a) att man leder bort nämnda atmosfär från utrymmet och vidarebefordrar denna, bildande ett processgasflöde till en koncentratorenhet, vid vilken nämnda kondenserbara ämne separeras från resten av nämnda processgasflöde, b) att man återför åtminstone en del av nämnda processgasflöde till utrymmet, och c) att man leder nämnda kondenserbara ämne från nämnda koncentratorenhet till en kondensationsenhet och kondenserar nämnda kondenserbara ämne i nämnda kondensationsenhet.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen åstadkommes en anordning för reglering av en atmosfär i ett väsentligen slutet utrymme, vilken atmosfär innefattar kondenserbart ämne, vilken anordning 513 147 3 innefattar en källa för inert gas förbunden med nämnda utrymme och en kondensationsenhet för kondensation av nämnda oönskade ånga, kännetecknad av att anordningen dessutom innefattar en koncentratorenhet anordnad mellan nämnda utrymme och nämnda kondensationsenhet, vilken koncentrationsenhet ökar nivån av oönskad ånga i det flöde som lämnar koncentratorenheten till kondensationsenheten jämfört med den hos det flöde som inträder i koncentratorenheten från utrymmet.

Ytterligare föredragna utföringsformer definieras i de under- ordnade patentkraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas, endast såsom exempel, under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 är ett blockschema som visar en anordning enligt upp- finningen för upprätthållande av en önskad atmosfär i ett väsentligen slutet utrymme, Fig. 2 är ett schema som visar en koncentrator visad i fig. 1 mer i detalj, och Fig. 3 är ett blockschema över en alternativ utföringsform av anordningen enligt uppfinningen för upprätthållande av en önskad atmosfär i ett väsentligen slutet utrymme.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen I det följande kommer en första utföringsform av en anordning och en process enligt uppfinningen för behandling av föremål i ett väsentligen slutet utrymme att beskrivas med hänvisning till fig. 1 och 2. Föremålen (ej visade) som skall behandlas förflyttas in i och genom ett väsentligen slutet utrymme 2.

Utrymmet 2 är välkänt inom teknikområdet och innefattar öpp- ningar för de föremål som skall behandlas, i vissa fall någon typ av gasgardin eller annan anordning för att minimera mängden oxygen som inträder i utrymmet genom öppningarna etc. 513 147 4 Utrymmet 2 är förbundet med en koncentrator 5 via en utgående ledning 3 och en ingående ledning 4. En utloppsventil 6 är anordnad i den ingående ledningen 4, och ventilens funktion kommer att beskrivas senare.

Koncentratorn 5 är i sin tur förbunden med en kryokondensa- tionsanläggning (CCP) 9 via en utgående ledning 7 och en ingående ledning 8.

Slutligen är en källa för flytande nitrogen (LIN-källa) 10 anordnad förbunden med nämnda CCP 9 via en ledning 11. LIN- källan 10 är också förbunden med utrymmet 2 via en förångare 12 och ledningar 13 och 14. Ledningen 13 ansluter även till nämnda CCP 9.

Driften för den ovan beskrivna anordningen kommer att beskrivas i det följande. Vid start överskrider Qfnivån i utrymmet 2 en önskad nivå, t.ex. 3%. För att sänka C5-nivån leds rent nitro- gen till utrymmet 2 från LIN-källan 10 via förångaren 12 och ledningarna 13 och 14. Sålunda är funktionen för förångaren 12 att undvika att nitrogen i flytande form inträder i utrymmet 2, vilket skulle leda till skador på utrymmet och föremål i detta.

Nitrogen tillförs från LIN-källan 10 till utrymmet 2 tills Of- nivån i detta har sänkts till den önskade nivån. De föremål som skall behandlas, såsom glasflaskor eller videoband, förs där- efter in i och genom utrymmet 2 genom därför avsedda öppningar (ej visade). Nitrogen tillförs hela tiden till utrymmet 2 för att hålla oxygennivån vid den önskade nivån, eftersom nytt oxygen hela tiden läcker in i utrymmet 2. För att bibehålla trycket i utrymmet 2 leds ett flöde av processgas innefattande nitrogen, lösningsmedelsånga och oxygen medelst en fläkt (ej visad) från utrymmet 2 genom den utgående ledningen 3 och in i koncentratorn 5. Fläkten kan vara anordnad i antingen ledningen 3 eller ledningen 4.

Koncentratorn 5 kommer nu att beskrivas i detalj under hänvis- ning till fig. 2. Processgasflödet inträder i koncentratorn 5 via ledningen 3 och leds till en av två reningsbäddar 20a, 20b. ll 513 147 5 I varje inlopp och utlopp av bäddarna är en ventil 21a-d är anordnad, med vilka den bädd som skall användas för rening av processgasflödet väljs. Den bädd som ej används för rening av processgasflödet stängs av medelst ventilerna 2la-d. Om t.ex. bädden 20a skall användas är ventilerna 21a och 21b öppna under det att ventilerna 21c och 21d är stängda.

Bäddarna 20a, 20b innefattar något lämpligt renande material, såsom zeolit eller aktivt kol. Då processgasflödet leds genom bäddarna, separeras lösningsmedelsångan från processgasen och hålls kvar i reningsbäddarna. Det renade processgasflödet lämnar därefter koncentratorn via ledningen 4.

Bäddarna 20a, 20b är också förbundna med ledningarna 7 och 8 via ventiler 22a, 22b resp. 22c, 22d. Dessa förbindelser används då bäddarna skall rengöras, dvs då de är mättade med lösningsmedel. Denna rengöringsprocess kommer nu att beskrivas.

Ledningarna 7 och 8, tillsammans med koncentratorn 5 och nämnda CCP 9, bildar ett väsentligen slutet system för nitrogen. En fläkt (ej visad) är anordnad i ledningen 8 för cirkulation av nitrogenet. En uppvärmningsanordning 23 är också anordnad i ledningen 8 för uppvärmning av det nitrogen som precis skall inträda i koncentratorn 5, se fig. 2. Det nitrogen som inträder i koncentratorn från ledningen 8 leds till den av bäddarna 20a, 20b som är mättad med lösningsmedel och därför för närvarande ej används för rening av processgasflödet från utrymmet 2.

Valet av bädd 20a, 20b åstadkommes medelst ventilerna 22a-d. Då sålunda bädden 20a används för rening av processgasflödet leds nitrogenet från ledningen 8 till den mättade bädden 20b och vice versa. Då sålunda ventilen 21a är öppen måste ventilen 22a vara stängd och vice versa, dvs de två ventilerna 21a, 22a får ej vara öppna samtidigt. Det är dock möjligt att de två venti- lerna 2la, 22a är stängda samtidigt, t.ex. då bädden 20a har renats men den andra bädden 20b fortfarande fungerar för rening av processgasflödet. Detsamma gäller för de andra ventilparen 2lb, 22b etc. 513 147 6 Då det upphettade nitrogenet inträder i bädden 20a eller 20b från ledningen 8 förångas lösningsmedlet i bädden och leds med det upphettade nitrogenflödet som lämnar koncentratorn 5 via ledningen 7 till nämnda CCP 9. På detta sätt renas den valda bädden och den kan därefter användas för rening av den in- kommande processgasen från utrymmet 2.

Funktionen för nämnda CCP 9 kommer nu att beskrivas. Den funge- rar enligt principerna för kryokondensation, som nu kommer att förklaras. I en kryokondensationsanläggning för kondensering av t.ex. lösningsmedelsånga beror verkningsgraden på koncentratio- nen av lösningsmedel i processgasen. Vid högre lösningsmedels- koncentrationer kan en större del av kylningseffekten användas för kondensation av lösningsmedlet. Vid lägre koncentrationer används en större del av kylningseffekten för att kyla nitrogen och detta leder till en mindre effektiv användning av kylnings- kapaciteten. Med andra ord, för att kondensera samma mängd lösningsmedel skulle en mycket större mängd LIN behövas för kylning i fallet då ingen koncentrator används.

Sålunda kyls det inkommande nitrogen-lösningsmedelsflödet från ledningen 7 till en mycket låg temperatur, varigenom gn större del av lösningsmedlet kondenseras. Kylningen åstadkommes medelst flytande nitrogen som leds från LIN-källan 10 via ledningen 11. Nämnda CCP 9 fungerar då som en värmeväxlare, vid vilken det flytande nitrogenet från LIN-källan förångas, var- igenom det kyler nitrogen-lösningsmedelsflödet som kommer från koncentratorn 5.

Det kondenserade lösningsmedlet uppsamlas och kan därefter återföras till det inerterade utrymmet 2 och återanvändas i processen med något lämpligt rörarrangemang, visat som pil 26 i figurerna. Denna återanvändning av lösningsmedel ger sålunda ett billigt och effektivt sätt att sänka kostnaderna för lösningsmedel.

Tack vare koncentratorn 5 blir kylningsprocessen i nämnda CCP 9 mycket effektiv eftersom nitrogen-lösningsmedelsflödet från 513 147 7 koncentratorn 5 innehåller en relativt sett stor del lösnings- medel.

Det förångade rena nitrogenet från LIN-källan 10 leds, efter att det använts för kylning, till utrymmet 2 som en del av det nitrogen som tillförs genom ledningen 13.

Vid vanlig drift, då begränsade mängder oxygen läcker in i utrymmet 2, blir det nitrogen som används för kryokondense- ringen och mängden nitrogen som används för inertering av utrymmet 2 väsentligen balanserade, dvs allt nitrogen som används för kylning av nämnda CCP går direkt vidare till det inerterade utrymmet 2 och små mängder eller inget nitrogen alls måste användas i nämnda CCP som inte kan användas i det inerte- rade utrymmet 2. Detta innebär att det ej uppkommer nâgra ytterligare kostnader för kryokondensationsprocessen i nämnda CCP 9. I praktiken fungerar nämnda CCP 9, förutom som en kon- densor, även som en förångare, vilket ytterligare ökar kost- nadseffektiviteten hos sättet och anordningen enligt uppfin- ningen.

En andra utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas under hänvisning till fig. 3. Den enda ändringen från den utföringsform som beskrivits under hänvisning till fig. 1 och 2 ligger i nämnda CCP 9. Vid den första utföringsformen fungerade denna som en värmeväxlare med två separata system, nämligen systemet förbundet med koncentratorn 5 med funktionen att kon- densera lösningsmedlet och systemet förbundet med LIN-källan 10 med funktionen att kyla det nitrogen som leder lösningsmedlet.

Vid denna andra utföringsform fungerar nämnda CCP på ett annat sätt.

Såsom framgår av fig. 3 är nämnda CCP 9 fortfarande förbunden med LIN-källan 10 och det flytande nitrogenet som tillförs via ledningen 11 används för kylning. I stället för att ledas till utrymmet 2 leds det då förångade nitrogenet som använts för kylning till koncentratorn 5 via ledningen 8. Detta nitrogen upphettas medelst uppvärmningsanordningen 23, se fig. 2, innan det leds till en av bäddarna 20a, 20b som skall rengöras, '|\|r H ll 513 147 8 precis som vid den första utföringsformen. Vid denna andra utföringsform kan dock den fläkt (ej visad) som används för cirkulation av nitrogenet i ledningen 8 utelämnas, eftersom trycket från LIN-källan 10 är tillräckligt för att tvinga nitrogenet genom systemet.

Efter att ha lämnat koncentratorn 5 leds det nitrogen som an- vänts för rengöring av bäddarna genom ledningen 7 till nämnda CCP 9, i vilken lösningsmedlet kondenseras. Därefter leds nitrogenet, nu med endast en liten del lösningsmedel, till utrymmet 2 för inertering. Sålunda bildar inte längre systemet CCP 9, koncentratorn 5 och ledningarna 7, 8 ett slutet system för nitrogen.

Denna andra utföringsform ger flera fördelar. För det första kan fläkten i ledningen 8 utelämnas, varigenom kostnader sparas. För det andra är det nitrogen som tillförs via denna ledning 8 rent, dvs det innehåller väsentligen inget oxygen, eftersom det kommer väsentligen direkt från LIN-källan 10.

Detta eliminerar riskerna förbundna med uppvärmningsanordningen 23, eftersom redan små mängder oxygen i kontakt med denna kan åstadkomma en explosion.

Det självreglerande systemet med inerterande nitrogen som kommer från nämnda CCP 9 och förångaren 12 kommer nu att beskrivas under hänvisning till fig. 1. Såsom framgår av denna figur finns två tryckregulatorer 28, 29 i ledningen 13 resp. i ledningen 14 som lämnar förångaren 12. Regulatorns 28 inställda tryckvärde är något högre än det vid regulatorn 29, t.ex. 200 mbar resp. 190 mbar. Nitrogenet i ledningen 13 kommer då huvudsakligen från nämnda CCP 9 och endast då det inte finns tillräcklig nitrogentillförsel därifrån, dvs då trycket sjunker i ledningen 13 före tryckregulatorn 28, tillförs nitrogen från förångaren 12 och ledningen 14. På detta sätt tillförsäkras, att nitrogenet som används för kylning av nämnda CCP 9 också används för inertering av utrymmet 2 och att nitrogen som kommer från LIN-källan 10 via förångaren 12 endast används i det fall nitrogenet som används för kylning ej är tillräckligt 513 147 9 för inertering av utrymmet 2. Detta ger sålunda ett mycket kostnadseffektivt sätt att reducera mängden använt LIN.

Funktionen för ventilen 6 kommer nu att beskrivas under hänvis- ning till fig. 1. Ett grundläggande särdrag hos processen är att oxygen läcker in i utrymmet och en inerterande gas, t.ex. nitrogen, måste därför tillföras utrymmet 2. Oxygen och nitro- gen tillsammans med lösningsmedelsånga leds som ett processgas- flöde från utrymmet 2 till koncentratorn 5. Nitrogenet till- sammans med oxygen återförs därefter till utrymmet 2 via ledningen 4. I det fall all nitrogen-oxygen-blandning återförs skulle detta leda till ett alltför stort tryck i utrymmet 2.

Därför måste en del av denna nitrogen-oxygen-blandning tappas av genom ventilen 6 och in i den omgivande miljön. Detta har möjliggjorts till följd av det faktum, att denna nitrogen- oxygen-blandning är väsentligen fri från lösningsmedelsånga och sålunda ej utgör en miljöfara.

Genom att använda sättet och anordningen enligt uppfinningen kan förbrukningen av LIN minskas betydligt. Det har med experi- ment visats, att LIN-förbrukningen kan sänkas med en faktor 8-10. Antalet gånger nitrogenet kan återanvändas beror på hur mycket oxygen som läcker in i utrymmet 2. Dessutom kan det kondenserade lösningsmedlet återföras till processen, varigenom mängden tillfört lösningsmedel kan minskas. Det LIN som används för minskning av oxygennivân kan användas inte bara för detta utan också för kondensering av lösningsmedlet efter koncentra- torn.

Ofta då man använder enbart kryogen kondensation kan kraven på VOC-utsläpp ej uppfyllas. Med sättet och anordningen enligt uppfinningen, vid vilka även en koncentrator används, kan VOC- utsläppet hållas på en låg nivå som uppfyller kraven även i länder med mycket stränga regler vad gäller VOC-utsläpp.

I ljuset av ovanstående beskrivning inser en fackman inom teknikområdet att olika modifieringar kan göras inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan varje antal bäddar användas, även om två reningsbäddar har visats. Om endast en bädd används körs 513 147 10 processen intermittent, dvs processen körs tills bädden är mättad med lösningsmedel och därefter stängs inerterings- processen ner och processen som rengör bädden inleds.

Inte heller begränsas sättet och anordningen enligt upp- finningen till VOC, såsom lösningsmedel, utan är också till- lämpbara på andra typer av kondenserbara substanser, såsom kolväten.

Claims (9)

513 147 ll Patentkrav

1. Sätt att reglera en atmosfär i ett väsentligen slutet utrymme, vilken atmosfär innehåller ett kondenserbart ämne, inert gas och oxygen, innefattande följande steg: a) att man leder bort nämnda atmosfär från utrymmet och vidare- befordrar denna, bildande ett processgasflöde till en kon- centratorenhet, vid vilken nämnda kondenserbara ämne separe- ras från resten av nämnda processgasflöde, b) att man återför åtminstone en del av nämnda processgasflöde till utrymmet, och c) att man leder nämnda kondenserbara ämne från nämnda koncen- tratorenhet till en kondensationsenhet och kondenserar nämnda kondenserbara ämne i nämnda kondensationsenhet.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda kondensation i steg c) innefattar kryokondensering.

3. Sätt enligt patentkraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att steget a) innefattar att man leder processgas- flödet till en reningsbädd i nämnda koncentratorenhet och att steg c) innefattar att man förångar nämnda kondenserbara ämne och leder nämnda kondenserbara ämne från nämnda reningsbädd till nämnda kondensationsenhet medelst upphettad inert gas.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att steg c) innefattar att man leder kall inert gas till kondensationsenheten för att åstadkomma nämnda kondensering.

5. Sätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a v det ytterligare steget d) att man leder nämnda inerta gas som används för åstadkommande av nämnda kondensering till utrymmet för inertering av atmosfären i detta. 513 147 12

6. Sätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a v det ytterligare steget d) att man leder nämnda inerta gas som används för åstadkommande av nämnda kondensering till koncen- tratorenheten för förångning av nämnda kondenserbara ämne och ledande av nämnda kondenserbara ämne från nämnda reningsbädd till nämnda kondensationsenhet.

7. Anordning för reglering av en atmosfär i ett väsent- ligen slutet utrymme (2), vilken atmosfär innefattar kondenser- bart ämne, vilken anordning innefattar en källa för inert gas (10) förbunden med nämnda utrymme (2) och en kondensationsenhet (9) för kondensation av nämnda kondenserbara ämne, k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen dessutom innefattar en koncentratorennet (5) anordnad mellan nämnda utrymme (2) och nämnda kondensationsenhet (9), vilken koncentratorenhet ökar nivån av kondenserbart ämne i det flöde som lämnar koncen- tratorenheten till kondensationsenheten (9) jämfört med den hos det flöde som inträder i koncentratorenheten från utrymmet (2).

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda koncentratorenhet (5) innefattar åtminstone en reningsbädd (20a, 20b) förbunden med nämnda utrymme (2) och nämnda kondensationsenhet (9).

9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en reningsbädd (20a, 20b) innefattar zeolit.