WO1997008482A1 - Verfahren zum transportieren einer thermisch instabilen, viskosen masse - Google Patents

Verfahren zum transportieren einer thermisch instabilen, viskosen masse Download PDF

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Klaus Weidinger
Friedrich Ecker
Michael Longin
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    • F16K17/14—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member
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    • Y10T137/2642—Sensor rigid with valve

Definitions

  • the invention relates to a method for transporting a thermally unstable, viscous mass through a pipeline, which has a predetermined breaking point for releasing excess pressure, which predetermined breaking point breaks when the excess pressure is reached, as a result of which the excess pressure is released.
  • the invention further relates to an apparatus for performing the method.
  • viscous composition is used in particular for a solution which contains cellulose and an aqueous tertiary amine oxide and which can be processed to give cellulosic moldings of any kind, in particular fibers and films.
  • NMMO N-methylmorpholine-N-oxide
  • Tertiary amine oxides offer an advantage as alternative solvents in that, in contrast to the viscose process, the NMMO dissolves the cellulose in a non-derivatizing manner, which means that the cellulose does not have to be regenerated chemically, the NMMO remains chemically unchanged and passes into the precipitation bath when it is precipitated and is recovered from it and can be reused for a new solution preparation.
  • the NMMO process thus opens up the possibility of one closed solvent cycle.
  • NMMO has extremely low toxicity.
  • Amine oxides also generally have only limited thermal stability, which varies depending on the structure.
  • the monohydrate of NMMO is under normal conditions as a white crystalline solid that melts at C * 72nd However, the anhydro compound only melts at 172 ° C. When the monohydrate is heated, a strong discolouration occurs from 120/130 "C. An exothermic reaction is triggered from 175 ° C with complete drainage of the melt and violent gas evolution with an explosive course, temperatures of over 250" C being reached.
  • Relief cross-section which the person skilled in the art can calculate from the maximum pressure increase rate of the mass system that results. This, in turn, means that rupture disc cross sections adapted to the pipeline volume must be selected and installed. On the other hand, it would be advantageous to use the smallest possible rupture disks, as the pipeline size required is small and the curvature of the rupture disk diameter adapts well to the curvature of the pipe wall.
  • the rupture disc is adapted to the pipe. However, this is not necessary in accordance with the maximum pressure generation rate of the unstable mass system. This means that a cross-section-optimized rupture disc should be used.
  • the present invention comes in and aims to provide a method for transporting thermally unstable, viscous compositions, in particular a method for transporting a molding or spinning composition which contains cellulose and an aqueous tertiary amine oxide, which does not have the above problems.
  • the method according to the invention for transporting a thermally unstable, viscous mass through a pipeline which has a predetermined breaking point for releasing excess pressure, which predetermined breaking point breaks when the excess pressure is reached, thereby releasing the excess pressure, is characterized in that the predetermined breaking point is provided in the interior of the pipeline with the proviso that the The predetermined breaking point is not provided as part of the inner wall of the pipeline.
  • the arrangement according to the invention of the predetermined breaking point inside the pipeline not only ensures efficient dissipation of excess pressure, but also that the interruption of the heating jacket caused by the installation of the cross-section-optimized predetermined breaking point in the pipeline can be kept so low that there is no impairment of the transport of the viscous mass.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention consists in that the predetermined breaking point in the pipeline is arranged essentially in the center, it having been found that the predetermined breaking point is best arranged so that it essentially faces away from the direction of transport of the mass.
  • the predetermined breaking point provided according to the invention is expediently designed as a rupture disk.
  • the process according to the invention is particularly suitable for transporting a highly viscous solution of cellulose in an aqueous, tertiary amine oxide.
  • the invention further relates to a device for performing the method according to the invention, which device comprises a pipeline and a rupture disc and is characterized in that the rupture disc is provided inside the pipeline, with the proviso that the rupture disc is not provided as part of the inner wall of the pipeline is.
  • the rupture disk is arranged essentially centrally in the pipeline, it being best that it essentially faces away from the transport direction of the mass.
  • Rupture disc holder with rupture disc is installed.
  • the direction of transport of the mass is shown with arrows.
  • the pipe element consists of a cross piece 1, in which the mass flow is divided into two equal partial flows.
  • the cross piece 1 is attached in a conventional manner to a feed line 3 via a flange 2.
  • a seal 4 is provided between the feed line 3 and the cross piece 1.
  • the cross piece 1 is attached to its leads 5a and 5b via flanges 6a and 6b to counter flanges 7a and 7b of leads 8a and 8b, respectively.
  • Seals 9a and 9b are provided between the flanges 6a, 6b and 7a, 7b.
  • a jacket 10 is provided for a heating medium with which the temperature of the flowing, viscous mass can be adjusted or cooling can be prevented.
  • Such heating jackets are also provided in the counter flanges 7a, 7b of the leads 5a and 5b and in the flange of the feed line 3. Water, steam or thermal oil can be used as the heating medium.
  • a sleeve 11 is welded, through which a conventional Rupture disc holder 12 with a rupture disc 13 attached to it is inserted, the rupture disc being in the center of the mass flowing through the crosspiece 1.
  • rupture disc can be installed in any tubular body that can be used to transport the mass.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung, die eine Sollbruchstelle zum Ablassen von Überdruck aufweist, welche Sollbruchstelle bei Erreichen des Überdruckes bricht, wodurch der Überdruck abgelassen wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle im Inneren der Rohrleitung vorgesehen ist, mit der Maßgabe, daß die Sollbruchstelle nicht als Teil der Innenwand der Rohrleitung vorgesehen ist.

Description

Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung, die eine Sollbruchstelle zum Ablassen von Überdruck aufweist, welche Sollbruchstelle bei Erreichen des Überdruckes bricht, wodurch der Überdruck abgelassen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und der vorliegenden Patentansprüche wird die Bezeichnung viskose Masse insbesondere für eine Lösung verwendet, welche Cellulose und ein wässeriges tertiäres Aminoxid enthält, und welche zu cellulosischen Formkörper jeglicher Art, insbesondere Fasern und Folien, verarbeitet werden kann.
Tertiäre Aminoxide sind als alternative Lösungsmittel für Cellulose bekannt. Aus der US-PS 2,179,181 ist beispielsweise bekannt, daß tertiäre Aminoxide Cellulose ohne Derivatisierung zu lösen vermögen und daß aus diesen Lösungen durch Fällung cellulosische Formkörper, wie Fasern, gewonnen werden können. Aus der EP-A - 0 553 070 der Anmelderin sind weitere tertiäre Aminoxide bekannt. Alle tertiären Aminoxide, die Cellulose zu lösen vermögen, sind gemeint, wenn nachfolgend der Einfachheit halber lediglich NMMO (= N-Methylmorpholin-N-oxid) angesprochen wird.
Tertiäre Aminoxide bieten als alternative Lösungsmittel insofern einen Vorteil, als die Cellulose im Gegensatz zum Viskoseverfahren vom NMMO nicht-derivatisierend gelöst wird, wodurch die Cellulose nicht chemisch regeneriert werden muß, das NMMO chemisch unverändert bleibt und beim Fällen in das Fällbad übergeht, aus diesem rückgewonnen und für eine erneute Lösungsbereitung wiederverwendet werden kann. Das NMMO-Verfahren eröffnet somit die Möglichkeit eines geschlossenen Lösungsmittelkreislaufes. Dazu kommt noch, daß NMMO eine äußerst geringe Toxizität aufweist.
Beim Auflösen von Cellulose in NMMO nimmt jedoch der
Polymersationsgrad der Cellulose ab. Zusätzlich führt insbesondere die Anwesenheit von Metallionen (z.B. Fe 3+) zu radikalisch initiierten Kettenspaltungen und damit zu einem deutlichen Abbau der Cellulose und des Lösungsmittels (Buijtenhuijs et al. (The Degradation and Stabilization of Cellulose Dissolved in N-Methylmorpholin-N-Oxide (NMM) , in "Das Papier", 40. Jahrgang, Heft 12, Seiten 615-619, 1986).
Auch Aminoxide weisen allgemein nur eine begrenzte Thermostabilität auf, die in Abhängigkeit von der Struktur variiert. Das Monohydrat von NMMO liegt unter Normalbedingungen als weißer kristalliner Feststoff vor, der bei 72*C schmilzt. Die Anhydroverbindung schmilzt hingegen erst bei 172°C. Beim Erhitzen des Monohydrates tritt ab 120/130"C eine starke Verfärbung auf. Ab 175°C wird eine exotherme Reaktion unter vollständiger Entwässerung der Schmelze und heftiger Gasentwicklung mit explosionshaftem Verlauf ausgelöst, wobei Temperaturen über 250"C erreicht werden.
Es ist bekannt, daß metallisches Eisen und Kupfer, sowie insbesondere deren Salze, die Zersetzungstemperaturen von NMMO beträchtlich herabsetzen, wobei gleichzeitig die jeweilige Zersetzungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Im übrigen tritt zu den oben genannten Problemen noch ein weiteres: die thermische Instabilität der NMMO-Cellulose- -Lösungen selbst. Darunter ist zu verstehen, daß in den Lösungen bei den erhöhten Temperatur der Verarbeitung (etwa 110-120°C) unkontrollierbare Zersetzungsprozesse ausgelöst werden, die unter Entwicklung von Gasen zu heftigen Verpuffungen, Bränden und sogar zu Explosionen führen können. Um den bei den oben genannten Zersetzungsprozessen entstehenden Überdruck in Rohrleitungen abzulassen, ist aus der US-A - 5,337,776 ein Rohrleitungsteil bekannt, der als Teil der Rohrwandung eine Sollbruchstelle aufweist. Diese Sollbruchstelle ist als Berstscheibe ausgeführt. Durch diesen Einbau der Berstscheibe in die Rohrwand kommt es jedoch zu einer Unterbrechung des Heizungsmantels des Rohrs und damit zu einem Aushärten von transportierter Masse an der nicht beheizten Berstscheibenoberfläche, sofern der Erstarrungspunkt der transportierten Masse unterschritten wird. Diese erstarrte Masse haftet nicht zuletzt auch wegen der geringen Wandgeschwindigkeit an der Berstscheibe und wird nicht mittransportiert. Dadurch wird nicht nur die Funktion der Berstscheibe, das heißt ihr zeitgerechtes Ansprechen, beeinträchtigt, es kommt auch zu einer Verunreinigung von transportierter Masse, sofern in jener Masse, die an der Berstscheibe abgelagert ist, Zersetzungsprodukte gebildet werden. Dies kann beispielsweise bei Lösungen von Cellulose in tertiären Aminoxiden der Fall sein.
Außerdem muß beim Einbau von Berstscheiben in einer Rohrleitungswand auf den erforderlichen
Entlastungsquerschnitt, welcher der Fachmann aus der maximal sich ergebenden Druckanstiegsrate des Massesystems berechnen kann, dimensioniert werden. Dies führt wiederum dazu, daß entsprechend dem Rohrleitungsvolumen angepaßte Berstscheibenguerschnitte gewählt und eingebaut werden müssen. Dagegen wäre es aber von Vorteil, so kleine Berstscheiben wie nur möglich einzusetzen, da der dadurch in Anspruch genommene Rohrleitungsumfang gering ist und sich die Krümmung des Berstscheibendurchmessers gut der Krümmung der Rohrwand anpaßt.
Es ist somit ein Optimum zu suchen, bei welchem die Fließgeschwindigkeit im Inneren des Rohres über den Rohrleitungsinnendurchmesser entsprechend dem hochviskosen Fließverhalten angepaßt wird. Dadurch wird erreicht, daß bei hohen Viskositäten der Masse geringe Schergeschwindigkeiten im Rohr vorherrschen, was gleichbedeutend mit einem entsprechend großen Rohrleitungsinnendurchmesser ist. Wird nun eine derartige Rohrleitung gemäß dem aus der US-A - 5,337,776 bekannten Methode mit einer bündig zur Rohrinnenwand angebrachten Berstscheibe abgesichert, so beansprucht dies einen unnötig großen Umfangsbereich des Rohres für die Berstscheibenhalterung, was zu den oben beschriebenen Problemen führt.
Gemäß der US-A - 5,337,776 wird die Berstscheibe an das Rohr angepaßt. Dies ist jedoch entsprechend der maximalen Druckgenerierungsrate des instabilen Massesystems nicht notwendig. Das heißt, daß eine querschnittsoptimierte Berstscheibe zum Einsatz kommen sollte.
Ist aufgrund einer höheren Entlastung ein größerer Berstscheibenquerschnitt nötig, ergibt sich eine schlechtere Anpassung, da der von der Berstscheibe in Anspruch genommene Rohrleitungsumfang groß ist, wodurch das Fließverhalten in der Rohrleitung gestört werden kann.
Hier setzt nun die vorliegende Erfindung an und setzt sich zum Ziel, ein Verfahren zum Transportieren thermisch instabiler, viskoser Massen, insbesondere ein Verfahren zum Transportieren einer Form- bzw. Spinnmasse, die Cellulose und ein wässeriges tertiäres Aminoxid enthält, zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Probleme nicht aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung, die eine Sollbruchstelle zum Ablassen von Überdruck aufweist, welche Sollbruchstelle bei Erreichen des Überdruckes bricht, wodurch der Überdruck abgelassen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle im Inneren der Rohrleitung vorgesehen ist, mit der Maßgabe, daß die Sollbruchstelle nicht als Teil der Innenwand der Rohrleitung vorgesehen ist.
Es hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung der Sollbruchstelle im Inneren der Rohrleitung nicht nur eine effiziente Ableitung eines Überdrucks gewährleistet ist, sondern daß auch die durch den Einbau der querschnittsoptimierten Sollbruchstelle in der Rohrleitung hervorgerufene Unterbrechung des Heizmantels so gering gehalten werden kann, daß eine Beeinträchtigung des Transportes der viskosen Masse nicht gegeben ist.
Weiters ist gewährleistet, daß sich die Sollbruchstelle in der gut temperierten Masse befindet.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Sollbruchstelle in der Rohrleitung im wesentlichen mittig angeordnet ist, wobei es sich herausgestellt hat, daß die Sollbruchstelle am besten so angeordnet ist, daß sie der Transportrichtung der Masse im wesentlichen abgewandt ist.
Die erfindungsgemäß vorgesehe Sollbruchstelle ist zweckmäßigerweise als Berstscheibe ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Transport einer hochviskosen Lösung von Cellulose in einem wäßrigen, tertiären Aminoxid.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche Vorrichtung eine Rohrleitung und eine Berstscheibe umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Berstscheibe im Inneren der Rohrleitung vorgesehen ist, mit der Maßgabe, daß die Berstscheibe nicht als Teil der Innenwand der Rohrleitung vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Berstscheibe in der Rohrleitung im wesentlichen mittig angeordnet, wobei sie am besten der Transportrichtung der Masse im wesentlichen abgewandt ist.
Mit der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung noch näher erläutert.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohrleitungselementes zum Aufteilen eines Massestroms dargestellt, in welches eine
Berstscheibenhalterung samt Berstscheibe eingebaut ist. Die Transportrichtung der Masse ist mit Pfeilen dargestellt.
Das Rohrleitungselement besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem Kreuzstück 1, in welchem der Massestrom in zwei gleiche Teilströme aufgeteilt wird.
Das Kreuzstück 1 ist auf herkömmliche Weise über einen Flansch 2 an einer Zuführleitung 3 angebracht. Zwischen der Zuführleitung 3 und dem Kreuzstück 1 ist eine Dichtung 4 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist das Kreuzstück 1 an seinen Ableitungen 5a und 5b über Flansche 6a und 6b an Gegenflanschen 7a bzw. 7b von Ableitungen 8a und 8b angebracht. Zwischen den Flanschen 6a, 6b bzw. 7a, 7b sind Dichtungen 9a bzw. 9b vorgesehen.
Im Kreuzstück 1 ist ein Mantel 10 für ein Heizmedium vorgesehen, mit welchem die Temperatur der strömenden, viskosen Masse eingestellt bzw. ein Abkühlen verhindert werden kann. Derartige Heizmäntel sind auch in den Gegenflanschen 7a, 7b der Ableitungen 5a bzw. 5b und im Flansch der Zuführleitung 3 vorgesehen. Als Heizmedium kann Wasser, Dampf oder Thermoöl eingesetzt werden.
In die Wand des Kreuzstückes 1 ist eine Muffe 11 eingeschweißt, durch welche eine herkömmliche Berstscheibenhalterung 12 mit einer daran angebrachten Berstscheibe 13 eingeführt ist, wobei sich die Berstscheibe im Zentrum der durch das Kreuzstück 1 strömenden Masse befindet.
Das Erreichen eines unerwünschten Überdruckes im Kreuzstück 1 führt zum Bersten der Scheibe 13, wodurch der im Kreuzstück 1 herrschende Überdruck durch das Ableitrohr 14 abgeführt werden kann.
Es liegt für den Fachmann auf der Hand, daß die Berstscheibe in jeglichem rohrförmigen Körper, der zum Transport der Masse verwendet werden kann, eingebaut sein kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung, die eine Sollbruchstelle zum Ablassen von Überdruck aufweist, welche Sollbruchstelle bei Erreichen des Überdruckes bricht, wodurch der Überdruck abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle im Inneren der Rohrleitung vorgesehen ist, mit der Maßgabe, daß die Sollbruchstelle nicht als Teil der Innenwand der Rohrleitung vorgesehen ist.
2. Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle in der Rohrleitung im wesentlichen mittig angeordnet ist.
Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle so angeordnet ist, daß sie der Transportrichtung der Masse im wesentlichen abgewandt ist.
Verfahren zum Transportieren einer thermisch instabilen, viskosen Masse durch eine Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle als Berstscheibe ausgeführt ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch instabile, viskose Masse eine Lösung von Cellulose in einem wäßrigen, tertiären Aminoxid eingesetzt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche eine Rohrleitung und eine Berstscheibe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe im Inneren der Rohrleitung vorgesehen ist, mit der Maßgabe, daß die Berstscheibe nicht als Teil der Innenwand der Rohrleitung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe in der Rohrleitung im wesentlichen mittig angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe so angeordnet ist, daß sie der Transportrichtung der Masse im wesentlichen abgewandt ist.
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