WO2014091009A1 - Absperrorgan mit spülung - Google Patents

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WO2014091009A1
WO2014091009A1 PCT/EP2013/076589 EP2013076589W WO2014091009A1 WO 2014091009 A1 WO2014091009 A1 WO 2014091009A1 EP 2013076589 W EP2013076589 W EP 2013076589W WO 2014091009 A1 WO2014091009 A1 WO 2014091009A1
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WO
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closure element
free space
fluid
shut
outlet
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PCT/EP2013/076589
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English (en)
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Inventor
Stefan Zikeli
Michael Longin
Friedrich Ecker
Klaus Weidinger
Original Assignee
Aurotec Gmbh
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Publication date
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Priority to KR1020157018668A priority patent/KR102220322B1/ko
Priority to PL13803076T priority patent/PL2932141T3/pl
Priority to RU2015128259A priority patent/RU2643263C2/ru
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/06—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0605—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor with particular plug arrangements, e.g. particular shape or built-in means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/022—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/255—Flow control means, e.g. valves
    • B29C48/2552—Flow control means, e.g. valves provided in the feeding, melting, plasticising or pumping zone, e.g. screw, barrel, gear-pump or ram
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/06—Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks
    • F16K27/067—Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks with spherical plugs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/772—Articles characterised by their shape and not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K5/06—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor

Definitions

  • the present invention relates to a shut-off device for pipelines for the transport of chemically unstable fluids, especially high-viscosity fluids under high pressure.
  • the prior art contains a large number trimer shut-off devices which are geared primarily ⁇ oriented, reliable sealing in the closed stand to ⁇ while achieving a smooth operation.
  • This is betician ⁇ stelligt in most cases by eccentric mounting and / or eccentric design of the closure element.
  • US 3,552,434 A shows a plug with a chuck cock, which presses the closure element in the closed state against the seal. Due to an outlet seep ⁇ gen transverse opening, which prevents a purge flow in some areas in the closed state or with low passage rate, as well as due to the small gap cross-section in the passage ⁇ position, this device is unsuitable for highly viscous or polymeric, thermally unstable fluids.
  • the US 3,314,645 A also shows a plug cock, wherein the plug is provided with an eccentrically arranged passage.
  • the geometry of this plug cock has a disadvantageous effect on flows, so that accumulations or deposits of fluid in the resulting "dead zones" occur with highly viscous media for partial opening of the plug, in which only parts of the free space are flowed through.
  • FR 1 142 546 A shows a cock with an eccentrically mounted, asymmetrical closure element, which is flowed around in the passage position.
  • the sealing force must be applied to the sealing surfaces on the eccentric bearing and a perma ⁇ nentes torque. This results in particular for high-pressure valves due to the high forces and viscous ⁇ intensities difficulties.
  • it is disadvantageously a very complicated and therefore expensive design of the closure element.
  • GB 2 376 056 A shows a central heating shut-off valve with a closure element flowed around outside. Due to the location and shape of the closure element or the partially small or vanishing gap cross-sections, however, no uniform and dead space flushing can be achieved.
  • US 2,803,426 A describes a plug for solids containing media, wherein the sealing effect is achieved by an eccentrically sealing closure element. Due to the un ⁇ favorable flow conditions are not flushed dead spaces un ⁇ evasive. Due to the required locking functionality also an adapted gap guidance for safe rinsing of the column is not possible.
  • DE 11 27 853 B and US 4,103,868 A are trying to achieve a smooth operation on un ⁇ ter Kunststofferie way.
  • DE 11 27 853 B shows a rotary or transverse slide for high-pressure systems with a gap in the housing to compensate for the high pressure forces in a shut-off position; however, a purge flow from the inlet through the gap to the outlet is not provided.
  • the US 4,103,868 A tries to minimize the hydraulic forces during opening and closing ⁇ SEN by a special shape of the Ver ⁇ circuit elements. However, this leads to undefined flow conditions and dead zones in the region of the closure element.
  • the US shows 4,542,878 A is a ball valve with the relief turned surface, where a is sealing ⁇ pair of surfaces provided ⁇ at any rate, at both the inlet and the outlet, so that it is both in a forward position and in a shut-off position to an on - Fluid comes to an end.
  • shut-off devices in which - usually often as a side effect - column between a closure element and a housing erge ⁇ ben. However, these columns are subordinate to the secured seal, so that dead spaces in the area of the column play no role and are ignored. None of the documents be ⁇ employs with highly viscous and thermally unstable fluids so that a specific cavity-free rinsing of the column does not appear advisable or even necessary. Consequently, none of the documents shows a shut-off device for pipelines, which would be suitable and designed for the transport of highly viscous and thermally unstable media.
  • Dead space no pressure increases can be avoided.
  • this arrangement relies on an elastic sealing element that in some applications, e.g. at high temperatures or solvent-containing fluids, can not be used.
  • shut-off elements are chemically suitable in particular for transporting fluids in ⁇ stable without dead spaces in the organ dangerous decomposition products arise.
  • ei ⁇ ne targeted and possible dead space free flushing of the free space or gap between the closure element and the valve housing should be ⁇ made sure ⁇ , ie it is true, rinse-free areas of the free space or area to avoid with negligible scavenging flow.
  • an inclusion of fluid in the housing of the obturator in all circumstances, ie, preference ⁇ in each position of the closure element prevents ⁇ who.
  • Factors which may, in the case of promoting a cellulose / amine-oxide / water solution cause an exotherm, and catalyze, for example, increased production ⁇ temperatures (> 100 ° C), a reduced water content, an increased proportion (base level) to transition metal ions (> 10 ppm iron) , an increased proportion of peroxides, and the use of non-suitable materials (such as non-ferrous metals, non-passivated stainless steel, carbon steel) for the polymer transport system, which may consist of pipelines, heat exchangers and transport pumps given.
  • non-suitable materials such as non-ferrous metals, non-passivated stainless steel, carbon steel
  • the invention is a shut-off and performed with this obturator process, which allows for dead space in the open position adapted to the operating conditions flushing of the internally mounted closure member or closure member, in particular for use in a pipeline to Transport of a chemically o- or thermally unstable fluid.
  • the invention is further defined in the claims.
  • the invention particularly relates to a shut-off device or a shut-off valve, which has a valve housing with an interior and at least one inlet and at least one outlet and a closure element which is rotatable about an axis in the Is mounted inside space, wherein between the closure element and the valve housing is a clearance for the flow of a fluid zwi ⁇ 's inlet and outlet, and at the at least one inlet between the valve housing and closure element a sealing surface ⁇ pairs is provided, and wherein the sealing surface (seal) the closure element is pivotable by rotation of the closure element and in the blocking position of the obturator obstructs the inlet by fluid-tight abutment against the sealing surface of the valve ⁇ housing, characterized in that the distance of the sealing surfaces to the axis or ball center is greater than the distance of the axis or ball center to other outer Be ⁇ rich of the closure element to form the free space, which is fluidly connected in the blocking position with the outlet
  • the distance of the sealing surfaces to the axis or ball center is smaller than the distance of the axis or ball center to other areas of the valve housing interior to form the free space, which is fluid-permeable in the blocking position with the outlet.
  • the obturator can be used in a bidirectional orientation, either from the inlet to the outlet or from the outlet to the inlet.
  • the terms inlet and outlet are used herein to differentiate openings.
  • the obturator according to the invention enables a secure closure of a conduit for interrupting fluid flow between the inlet and the outlet.
  • the invention is not limited to shut-off valves with an inlet and an outlet, but may in addition to this embodiment also have multiple inlets and / or outlets.
  • the obturator according to the invention can serve as a distributor piece or joining piece or else as a changeover switch between different inlets or outlets.
  • the obturator of the invention has one, two, three or more inlets.
  • a closure element is provided in the interior of the obturator, which is provided rotatable about an axis and the rotation locked in a blocking position obstructs the inlet, several or all inlets.
  • the outlet remains unlocked - both in the locked and in the open position, so here fluid from the obturator at any time can escape. This leakage is in particular over the
  • Free space allows having a flow connection with the outlet.
  • the free space is connected to the outlet in each rotational position of the blocking element with the outlet, so that fluid can escape from the free space at any time.
  • the free space allows a flushing of the VerInstitutele ⁇ management. It can be formed by depressions or milled grooves in the housing or in the closure element.
  • the closure element - also called closing part or cock plug - may have one or more holes or slots for the passage of fluid between the inlet and outlet or it may be free of holes.
  • the inlet and the outlet In the open position or partial opening position of the obturator, the inlet and the outlet can be fluid-permeably connected via free space and passage bores or else only via the free space.
  • a problem of previous closure elements is the formation of dead spaces, which are not sufficiently flushed, or wel ⁇ che form closed spaces in certain rotational positions. According to the invention, these disadvantages are avoided, so that it is always possible for the fluid to flow out of dead spaces, or the dead spaces are completely avoided, since an essential fluid flow is passed over the free space as an otherwise potential dead space.
  • the cross section of the free space between the valve housing and the closure element in a partial and / or complete opening position of the obturator can preferably be adjusted to the viscosity of the fluid and at least be so large that in the free space on both sides of the axis, in particular at the same time, achieves a flushing flow becomes.
  • the conduit of fluid over the free space takes place in partial and complete opening position but can also be done only in a partial opening position (especially in embodiments with closure elements, where the distance of the sealing surfaces to the axis or ball center is greater than the distance of the axis or ball center to other outer regions of the closure element).
  • Both the housing, in particular around the inlet, and the closure member have a sealing surface which is ge ⁇ jointly be referred to as a sealing surface pair.
  • a sealing surface pair By concerns both sealing surfaces of the inlet is blocked by the closure element fluid-impermeable.
  • the sealing surfaces may have different geometries.
  • the sealing surfaces around the inlet may be polygonal, rectangular, round, in particular circular or oval in view.
  • the closure element may be partially cylindrical or partially spherical.
  • axis or “ball center” refers to, according to the shape of the Ver ⁇ circuit elements, thus the center of which is positioned centrally from rotationssymmet ⁇ step closure element. In the case of cylindrical closure elements this is an axis. In the case of spherically symmetrical closure elements, this is the sphere center. That is, it is generally advantageous if the axis of the closure element is arranged in the center of the closure element ⁇ .
  • various ande ⁇ re rotationally symmetrical forms are included with, such as
  • axis or "sphere center should therefore not be construed understood in a certain shape. Unless explicitly excluded, aimed at using the term” always involved also ⁇ more complete forms with axis "or" center of the sphere. “Is in section views this center usually for the sake of simplicity called “axis”. Distances to the axis always refer here to a FLAE ⁇ chenschnitt normal to Ache in a given axial position (for example, distance from the center of the sphere on the axis). According to these sections, the terms of a distance to the axis (2D in FIG.
  • the obturator according to the invention is also referred to as a ball valve.
  • the VerInstitutele ⁇ ment may additionally or alternatively a spherical segment-shaped Have shut-off with the sealing surface.
  • Such From ⁇ locking part may be a projection which is positioned for fluid-tight shut-off in the blocking position in front of the inlet by rotating the shutoff.
  • At other points of the Ab ⁇ Sperrelements compared to this projection may be provided a recess, whereby the free space is formed.
  • the distance of the sealing surfaces to the axis or ball center is greater than the distance of the axis or ball center to ⁇ ren outer regions of the closure element to form the free space, which is fluidly connected in the blocking position with the outlet.
  • This configuration is particularly preferred in embodiments with a closure element without the above-mentioned flow bore.
  • Portions according to the invention with distance from the axis that are clotting ⁇ ger than the distance of the sealing surfaces to the axis to form the free space, which is fluid permeable connected in the blocking position with the outlet, can be formed by the closure element also in the presence of a passage bore.
  • a recess in the housing is preferably provided toward the interior, whereby fluid can be diverted around the closure member. In a teilof ⁇ fenen position thereby fluid flow is made possible from the inlet through the passage bore further on the recess towards the outlet.
  • Another way of the fluid through the obturator according to the invention is through the area smaller distance to the axis or ball center (eg the part of the dome-shaped closure member remote through the passage bore) through the recess in the housing towards the outlet.
  • ⁇ EMBODIMENTS contains the shut-off portion of the Absperrele ⁇ ments, which part is bounded by the sealing surface, just ⁇ if a depression. This allows a flow from the inlet through the recess in the shut-off, further through the recess in the housing part, to the outlet. According to this exporting ⁇ approximate shape all free spaces around the shut-off element are flushed by fluid flow.
  • the sealing surface pair according to the invention is given by conditioning ⁇ tion of the different sealing surfaces a seal for blocking fluid flow through the inlet into the interior.
  • this seal is given by the attachment of the housing and closure element body.
  • the closure element can be carried out without areas with smaller distance to the axis or center of the sphere from the stand ⁇ as to the sealing surface.
  • a clearance can also be formed by recesses in the housing, wherein in the closure element areas with a greater distance to the axis or Ku ⁇ gelffenddling than the distance of the sealing surfaces to the axis or ball center can be provided.
  • the closure element can be provided with one or more passages (eg bores or slots) which form a fluid-permeable connection between the inlet and the free space. Also in this way a dead space in the open position is avoided by the flow of fluid across the passages, over the clearance to the outlet.
  • the closure element can be provided with a through ⁇ lassbohrung with full or reduced cross-section with or without Strömungseinbauten.
  • the clearance is in this case preferably in the housing interior for With telyak by larger distances ⁇ than the distance between the sealing surfaces to the center or to the axis made.
  • An inventive closure element without areas with a smaller distance from the axis than the distance to the sealing surface can also be designed such that no passage hole in the closure element is present and thus the entire product ⁇ stream is passed through holes or slots from the inlet via the space in the outlet.
  • the sealing effect is preferably achieved by the use of sealing elements such as plastic, rubber, graphite, ceramic, - Sinterwerkstoff-, composite material, or metal seals, even an embodiment of the housing part and shut-off without additional sealing element to produce the sealing effect is inventions ⁇ tion conceivable.
  • sealing elements such as plastic, rubber, graphite, ceramic, - Sinterwerkstoff-, composite material, or metal seals
  • the sealing surfaces of the housin ⁇ ses and / or the closure element are provided on a Abdichtvorsprung. In addition to this advantage, in other areas, the space can thus be formed over a large area.
  • a recess is vorgese ⁇ hen in view within the sealing surface of the closure element at the outer region.
  • This recess allows a flow of fluid when this part is oriented (with the sealing surface) of the closure element in the direction of a sealing surface of the housing - wherein the sealing surface pair is not present. This position allows a flushing of the free space in the open or partially open position of the obturator.
  • sealing projection of the housing and / or the closure element ringför ⁇ mig for example is circular or oval.
  • the purpose of the invention is that in each rotational position of the shut-off the free space is connected to the outlet, so that fluid can escape at any time.
  • the free space is formed by a depression, in particular a depression delimited by the sealing surface or the sealing projection.
  • the recess can be provided on the housing or on the closure element or on both parts. At the valve housing, the recess is formed toward the interior or on the closure element, the Ver ⁇ depression is provided so that between the housing and the closure element of the free space is formed.
  • the recess of the closure element is dome-shaped, part-spherical, cylindrical or curved.
  • the interior can be part-spherical or cylindrical.
  • the shape of the interior is preferably adapted to the shape of the closure element ⁇ with a precisely defined distance from one another in the region of the free space.
  • the spacing in particular embodiments of the present invention may range from 0.5 mm to 20 mm, preferably from 0.8 mm to 18 mm, from 1 mm to 15 mm, from 1.5 mm to 10 mm, or from 2 mm to 6 mm.
  • the closure element is partially spherical.
  • the space of this part ball surrounds preferably the entire closure element spatially - except for the Achsbe ⁇ rich, in which the closure element is fixed - at least in a partially open position, eg at an opening of 45 °.
  • the inventive Shut-off also known as a ball valve.
  • the closure element can be supported by an axle shaft and rotatably positioned in the interior of the valve housing.
  • the rotation of the closure element allows Dre ⁇ ments by 90 °, 180 or 360 °.
  • the closure element has a bore for the passage of a fluid between the inlet and outlet in the opening position of the organ, wherein optionally further connecting bores connect the bore fluid-permeable with the free space.
  • the present invention relates to a ball valve having a housing with a part-spherical interior and an inlet and outlet and a part-spherical stopcock as a closure element which is rotatably received about an axis in the interior, wherein the housing towards the interior and / or or the stopcock to the housing towards a limited by a Abdichtvorsprung recess which is connected in the closed ⁇ position of the ball valve with the outlet, which allows in an at least partially open position of the stopcock, a flow of fluid between the inlet and outlet.
  • Wei ⁇ direct link bores can connect this flow fluid permeable to the free space, for a better flushing of the space with fluid and to avoid dead spots in the full open position (eg, 90 ° for
  • the bore between the inlet and outlet for increased flow resistance ⁇ staltet eg, a constriction (13) and / or a flow resistance element, preferably a perforated plate, may be provided before the outlet.
  • a flow resistance element preferably a perforated plate
  • the invention also relates to a ball valve having a housing with a part-spherical interior and an inlet and outlet and a part-spherical stopcock as a closure member which is rotatably received about an axis in the interior, wherein the housing towards the interior and / or the stopcock to Housing towards a limited by a sealing projection recess which in an at least partially open Position of the valve plug allows a flow of a fluid between the inlet and outlet, wherein the recess is connected in the closed ⁇ position and in the open position of the ball valve to the outlet.
  • the depression in one of ⁇ fenen or partially open position of the closure element allows a flow of fluid between the inlet and outlet via the Ver ⁇ depression.
  • the bore passes centrally through the closure element, in which case the axis is particularly preferably crossed in the middle.
  • An axle shaft can be provided throughout the closure element. In other embodiments, the interior of the closure element has no shaft. The shaft can also be attached to the outside of the VerMANele ⁇ ment.
  • the closure element is a mas ⁇ sive body - without passage or passage bore normal to the axis.
  • substantially all of the fluid stream is passed over the clearance formed here by the recess.
  • the invention also relates to a shut-off device having a housing with an interior and at least one inlet and at least one outlet and a Hahnkü ⁇ ken as a locking element which is rotatably mounted about an axis in the interior, wherein between the stopcock and the housing a free space for flow of a fluid between the inlet and outlet, and at least one inlet or outlet Ab ⁇ sealing projection is provided and wherein the stopcock has a blocking element which is pivotable by rotation of the stopcock and in the blocking position of the stopcock an inlet or outlet sealed fluid-tight contact with the Abdichtvorsprung.
  • the valve housing and / or the closure element is formed of a metal or a metal alloy, preferably wherein it is ferrous.
  • Metal alloys or metal ions dissolved from them can serve as a catalyst for chemical reactions, including explosive reactions.
  • the valve housing and / or the closure element can be made of different materials. such as steel, stainless steel, ceramics, sintered metals, aluminum, plastic, composite materials, non-ferrous metals or precious metals.
  • Preferred materials are all iron, Eisenlegie ⁇ ments, chrome-nickel steels, nickel steels (eg Hastelloy- materials), titanium, tantalum, silicon carbide, glass, ceramics, gold, platinum and plastics. Special materials are alloys with high molybdenum content, or nickel, chromium and Mo ⁇ lybdenum alloys for resistance to pitting and crevice corrosion ⁇ or nickel-copper alloys with high tensile strength.
  • valve housing and / or the closure element can also be made of coated materials.
  • the closure element, optionally also the valve housing can be made hardened.
  • closure element and / or the valve housing can ⁇ least partially, in particular in the region of the sealing surfaces ge ⁇ ground be executed.
  • the diameter of the closure element Zvi ⁇ rule 0.5 cm to 100 cm, preferably between 1 cm to 80 cm, between 2 cm and 50 cm, between 3 cm and 30 cm, or between 5 cm and 20 cm.
  • any fluids can be passed through the invention Absperr ⁇ organ between inlet and outlet.
  • fluid is directed from the inlet to the outlet.
  • the flow direction can also be swept, ie from the outlet to the inlet.
  • the Ab ⁇ locking member may be provided in a line, in particular a pipeline.
  • One or more overpressure relief devices may be provided in the line, preferably overpressure relief devices based on rupture elements. The use of overpressure relief devices is well known.
  • Typical agents include, for example, Berst ⁇ slices, which have a membrane which bursts under the action of a pressure which is higher than the normal working pressure but is lower than the pressure at which a pipe or vessel itself breaks, whereby a pressure relief with a Outside- space is made possible.
  • Rupture disks are described, for example, in US 6,241,113, US 3,845,879, US 2008/0202595, EP 1 591 703 and US 7,870,865, US 4,079,854, US 3,872,874, WO 2005/054731, EP 789 822.
  • the US 5,337,776 relates to a pipeline with a pressure relief device, wherein a rupture disc in the inner side of the wall of the tube is flush, since ⁇ with a flushing of the rupture disc is accomplished with transported liquid.
  • a line according to the invention comprises at least two of the shut-off devices according to the invention, in particular two, three, four, five, six or more shut-off devices.
  • at least one of the shut-off devices is a three-way obturator, e.g. with one inlet and two outlets or with two inlets and one outlet.
  • one of the shut-off devices is a two-way shut-off device with an inlet and an outlet.
  • the invention further relates to the use of the obturator for controlling the flow (eg: to block or release) of a fluid and a correspondingly designed Ver ⁇ closing element or a correspondingly designed interior of the obturator.
  • process parameters are selected, wherein in a transmission position or free-space flushing position
  • the differential pressure between inlet and outlet, which is formed by the obturator should be at least 0.4 bar, preferably ⁇ at least 0.5 bar, at least 0.6 bar, at least 0.7 bar, at least 0.8 bar, at least 1 bar, amount.
  • the purge stream ratio formed by the free stream flow divided by the flow through the bore through the closure element at least 0.1 ⁇ 6, preferably at least 0.2%, at least 0.3%, at least 0.5%, at least 0, 75%, at least 1%, or at least 1.5%.
  • the nominal speed gap formed by the clearance ⁇ current divided by clearance cross section is preferably at least 0.05 m / min, particularly preferably at least 0.1 m / min, at least 0.75 m / min, or at least 1 m / min.
  • the free space exchange rate formed by the free space flow divided by the free space volume is preferably so ⁇ sets that it is at least 1 1 / min, preferably at least 1.5 1 / min, or at least 2 1 / min.
  • the invention provides a shut-off in which when using a fluid made of cellulose 12.9%; NMMO (N-methyl-morpholine-N-oxide) 76.3%; Water 10.8% at 94 ° C, the parameters mentioned, selected from differential pressure, purge ratio, nominal nip speed and / or free space exchange rate, he ⁇ filled.
  • a fluid made of cellulose 12.9%; NMMO (N-methyl-morpholine-N-oxide) 76.3%; Water 10.8% at 94 ° C, the parameters mentioned, selected from differential pressure, purge ratio, nominal nip speed and / or free space exchange rate, he ⁇ filled.
  • the geometry of the obturator is preferably such out from ⁇ that:
  • the obturator should be guided so that there is a sufficient driving pressure ⁇ difference between inlet and outlet of the obturator, which ensures a secure flushing of the free spaces, spe ⁇ cially in the case of unstable fluids.
  • the purge flow ratio (FV), the nominal nip speed (v F ), the free space exchange rate (FA), and the purge rate (SZ) are above the values according to the invention.
  • the invention relates to the use of a shut-off device in a conduit insbesonde ⁇ re chemically unstable during transport fluids.
  • a shut-off device in a conduit insbesonde ⁇ re chemically unstable during transport fluids.
  • the fluid flows via the inlet into the shut-off device and exits via the outlet from the shut-off device.
  • the fluid pressure at the inlet is greater for this than at the outlet.
  • the direction of flow may also be reversed and fluid may enter the outlet and exit at the inlet (with the sealing surfaces).
  • Fluids in which the use of the obturator according to the invention is particularly effective are chemically unstable Flu ⁇ ide, which are corrosive or explosive at deposition in the obturator.
  • the fluid is a molding compound, preferably a dope.
  • the fluid may be a cellulose solution, preferably a solution of cellulose with an amine oxide, more preferably with NMMO (N-methylmorpholine N-oxide).
  • the chemically unstable fluid is thermally stable in ⁇ .
  • Thermally unstable fluids are, for example, cellulase solutions, such as cellulose-amine oxide solutions, in particular solutions of tertiary amine oxide and water. Such solutions may contain, in addition to stabilizers, such as propyl gallate, organic or inorganic bases, such as sodium hydroxide solution. Furthermore, such cellulose / amine oxide and water solutions and product-altering additives, so-called Inkorporationsme ⁇ serving, contain.
  • Cellulose solutions, produced in the amine oxide system are characterized by the fact that they crystallize on cooling, but can be melted at a temperature of about 72-75 ° C.
  • the fluid may be an aqueous amine oxide solution of different concentrations.
  • Thermally unstable fluids are those in which the risk of egg ⁇ ner temperature increase during transport through the connector or the heat exchanger line exists. Temperature increases can occur, for example, due to exothermic reactions, in particular chemical reactions, or due to frictional heat during transport of highly viscous fluids.
  • Further fluids are, in particular, solidifiable fluids, in particular "hot-melts", such as polymers, polycarbonates, polyesters, polyamides, polylactic acid, polypropylene, etc.
  • the fluid can be a thixotropic fluid, in particular a spinning solution at least about 40 ° C, at least 50 ° C, min ⁇ least 55 ° C, at least 60 ° C, at least 65 ° C, at least 70 ° C, at least 75 ° C.
  • the fluid may for example temperatures of at least about 40 ° C, at least 50 ° C, at least 55 ° C, min ⁇ least 60 ° C, at least 65 ° C, at least 70 ° C, at least 75 ° C, at least about 80 ° C, at least 85 ° C, at least 90 ° be C, Minim ⁇ least 95 ° C performed the connector is for the transportation of these fluids above the melting temperatures -., for example, in accordance with the selected temperature control - designed
  • the zero shear viscosity of the fluid in the range from 10 to 25,000 Pas, in particular from 50 to 20,000. Pas.
  • the present invention relates to a process for the production of moldings from a fluid molding composition, comprising transporting a fluid molding compound through a conduit with a shut-off device according to the invention, wherein the conduit leads to a molding unit, in particular an extruder, with openings which presses the molding compound and is thereby shaped, and solidifies the molding compound, preferably by solidification or coagulation.
  • the conduit is a pipeline.
  • the conduit may be connected to the forming unit via the outlet of the obturator.
  • the flow direction can also be reversed, in which embodiment the inlet (with the sealing surfaces) via the conduit connected to the forming unit.
  • Shaping units are well known, e.g. as described in EP 0 700 463 B1, EP 0 671 492 B1, EP 0 584 318 B1, or EP 1 463 851 B1.
  • the forming unit comprises openings through which the mass is formed, in particular an extrusion unit, an air gap through which the shaped shaped bodies are passed and a coagulation bath in which the shaped bodies solidify, e.g. by solvent exchange.
  • Fig. 1 shows a section through an inventive From ⁇ blocking member with a valve housing (1), a solid closing element (2) which is mounted on a shaft (3) in the interior of the housing. To the interior leads an inlet (4) and an outlet (5) of the obturator.
  • a sealing surface (6) of the housing In the blocking position (FIG. 1A), a sealing surface (6) of the housing is in contact with a sealing surface (7) of the closure element.
  • the sealing surface (7) of the closure element is of the
  • Sealing surface (6) of the housing directed away.
  • the sealing surfaces of the closure element are provided on a projection (8), wel ⁇ cher a higher distance (radius) to the axis or to the center ⁇ point than other portions of the closure element. These other areas of the closure element can also be considered Vertie ⁇ tion compared to the projection (8).
  • the sealing surface of the housing to a boss is provided wel ⁇ cher a free space (9) leading to the outlet is limited.
  • Fig. 2 shows a similar obturator as described in Fig. 1, with the difference that this obturator is a three-way with two inlets (4a, 4b). Each inlet ver ⁇ adds its own sealing surfaces (6a, 6b).
  • the closure member may alternately block one of the two inlets by rotation (Figs. 2A and 2B), or release both inlets (Fig. 2C) by directing the sealing surfaces of the closure member away from both inlets.
  • Fig. 3A shows a section through an inventive From ⁇ blocking member with a valve housing (1), a solid closing element (2) which is mounted on a shaft (3) in the interior of the housing.
  • the shaft is not continuous in this embodiment, ie it is on the closure body part outside attached so that the flow hole (10) remains free.
  • To the interior leads an inlet (4) and an outlet (5) of Absperr ⁇ organs.
  • Sealing surfaces (6) of the housing are provided on a projection or the remaining space around the closure element is a depression.
  • the annular sealing surface of the Ver ⁇ closing element is provided on a projection.
  • a recess (11) is provided in the edge region of the closure element between or within ⁇ within the sealing surface.
  • FIG. 3 also shows the possible flow directions for the fluid from the inlet to the outlet, namely i) via the free space 9a, ii) via the flow bore (10) and then via the free space 9a and iii) via the clearance 9b.
  • Fig. 3B shows the spatial view on the Verschlus ⁇ selement of the obturator of FIG. 3A looking in the direction from the inlet to the closure element, which is guided in part spherically ⁇ .
  • FIG. 4 shows the ball valve of FIGS. 3A and 3B in different rotational orientations of the closure element: 4A 0 °
  • Fig. 5 shows a comparative ball valve with two sealing surface pairs (6) at the inlet and outlet.
  • Fig. 6 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet.
  • A, B and C analogous to FIG. 5.
  • Fig. 7 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet.
  • the free space is formed by depressions (11) on the housing and on the closure element (2, 11).
  • A, B and C analogous to FIG. 5.
  • Fig. 8 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet.
  • a sealing surface (6) at the inlet.
  • Sealing surfaces holes (12) provided as an inflow to the free space.
  • A, B and C analogous to FIG. 5.
  • Fig. 9 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet. In addition, near the inlet after the
  • Sealing surfaces bores (12) provided as an inflow to the free space and further a constriction (13) in the passage bore.
  • A, B and C analogous to FIG. 5.
  • Fig. 10 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet.
  • a sealing surface (6) at the inlet.
  • Sealing surfaces provided holes (12) as an inflow to the free space and further provided a constriction (13) and a perforated plate (14) in the passage bore.
  • A, B and C analogous to FIG. 5.
  • Fig. 11 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet.
  • a sealing surface (6) at the inlet.
  • Fig. 12 shows a ball valve with a sealing surface (6) at the inlet.
  • the flow is wholly on the free spaces gelei ⁇ tet (as in Fig. 1).
  • A, B and C analogous to FIG. 5.
  • the measuring arrangement contains a fluid inlet and outlet and the shut-off ⁇ organ (21) and a further obturator (22) and a pressure gauge (PI).
  • the exact geometric design of the obturator should therefore be adapted to process conditions according to the context of the invention.
  • a Configurati ⁇ on the combination of geometric parameters of the obturator and the prevailing process parameters, such as viscosity, Shearing behavior, temperature, etc.
  • the exchange of fluid in the free space volume may be too low to exothermic reactions that occur in deposits of thermally unstable fluids, such as cellulosic / NMMO / water mixtures, to avoid.
  • gap geometry The relationship between gap geometry, the geometry of the closure element, as well as material parameters of the fluid transportie ⁇ leaders were found by iteratively approximating the geometries.
  • Fluid was under operating condition (composition, temperature, flow rate) of the experimental arrangement (see FIG. 13) led to ⁇ .
  • the throttle body (21) remains closed and the total amount of fluid (Vp [dm 3 / min]) is passed through the open shut-off valve (22) to be configured. Pressure (p [bar]) and flow rate (Vp [dm 3 / min]) are determined and recorded.
  • the throttle member (21) is opened so far that sets the previously determined pressure.
  • the closure element is closed on the passage side, so that fluid is guided only via the free spaces (purge column ).
  • the free space flow (V F [dm 3 / min]) is measured.
  • Suitable measures to provide the necessary differential pressure are:
  • the ball valve had a nominal diameter of 63 mm, the housing internal diameter (D G ) was 105 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 96 mm.
  • the volume of free space (F ges ) not flowed through was 123 cm 3
  • V P product stream
  • the obturator was not considered suitable for use
  • the ball valve was closed at regular intervals (3 to 4 hours) for rinsing up to an opening angle of about 10 to 15 °.
  • the ball valve had a nominal diameter of 63 mm, the housing internal diameter (D G ) was 102 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 96 mm.
  • the volume of free space (F ges ) flowed through at periodic intervals was 59 cm 3 .
  • a product stream (V P ) of 5.98 dm 3 / min was passed through.
  • v N nominal flow velocity
  • p pressure drop
  • the shutoff was ve ⁇ r be suitable for the application, this is confirmed by the established indicators.
  • a ball valve according to Example 3 but provided with a ball which radially arranged holes for connecting the passage space to the free space having been subjected to the above- ⁇ carried out tests.
  • the holes were arranged in such a way that a partial flow of the product stream was brought directly to the sealing lip of the free space and thus both seal and free space could be continuously rinsed.
  • the closure element (the ball) had a continuous free passage of 54mm.
  • the ball valve had a nominal diameter of 54 mm, the housing internal diameter (D G ) was 105 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 96 mm.
  • the volume of free space (F ges ) was 150 cm 3 .
  • V P A product stream (V P ) of 7.29 dm 3 / min was passed through. At a nominal flow velocity (v N ) of 3.19 m / min, this resulted in a pressure loss (p) of approximately 0.3 bar.
  • the closure member (the ball) had a flow direction tapered through hole for increasing the pressure gradient.
  • the ball valve had a nominal diameter of 63 mm, the housing internal diameter (D G ) was 105 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 96 mm.
  • the volume of free space (F ges ) was 87 cm 3 .
  • a product stream (V P ) of 7.11 dm 3 / min was passed through. At a nominal flow velocity (v N ) of 2.28 m / min, this resulted in a pressure loss (p) of about 1.4 bar.
  • the shutoff was ve ⁇ r be suitable for the application, this is confirmed by the established indicators.
  • Example 6 A ball valve according to Example 6, however, in addition to the tapered through hole in the ball bore nor a resistance element (plate with holes) was used.
  • the ball valve had a nominal diameter of 63 mm, the housing internal diameter (D G ) was 102 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 96 mm.
  • the volume of free space (F ges ) was 67 cm 3 .
  • V P A product stream (V P ) of 5.21 dm 3 / min was passed through. At a nominal flow velocity (v N ) of 1.67 m / min, a pressure drop (p) of approximately 2.6 bar resulted.
  • the shutoff was ve ⁇ r be suitable for the application, this is confirmed by the established indicators.
  • the ball valve had a nominal diameter of 63 mm, the housing internal diameter (D G ) was 111 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 96 mm.
  • the volume of free space (F ges ) was 164 cm 3 .
  • V P A product stream (V P ) of 4.95 dm 3 / min was passed through. At a nominal flow velocity (v N ) of 1.59 m / min, a pressure drop (p) of approximately 2.8 bar resulted.
  • the shutoff was ve ⁇ r be suitable for the application, this is confirmed by the established indicators.
  • the closure element (the ball) was transverse to the flow direction Strö ⁇ cylindrical turned down to a smaller diameter to an easier flow of the free space to be granted afford ⁇ .
  • the ball valve had a nominal diameter of 63 mm, the housing internal diameter (D G ) was 102 mm, the diameter of the closure element transverse to the passage direction (D v ) was 72 mm (cylindrical).
  • the volume of free space (F ges ) was 329 cm 3 .
  • V P A product stream (V P ) of 5.74 dm 3 / min was passed through. At a nominal flow velocity (v N ) of 1.84 m / min, a pressure drop (p) of approximately 0.5 bar resulted.
  • shut-off device has been verified as being particularly suitable for the on ⁇ pack case, this is confirmed by the determined metrics.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan, das ein Ventilgehäuse (1) mit einem Innenraum sowie mindestens einem Einlass (4) und mindestens einem Auslass (5) und ein Verschlusselement (2) aufweist, welches um eine Achse drehbar im Innenraum gelagert ist, wobei zwischen dem Verschlusselement (2) und dem Ventilgehäuse (1) ein Freiraum zum Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass (4,5) vorliegt, und an dem mindestens einen Einlass (4) zwischen Ventilgehäuse (1) und Verschlusselement (2) ein Dichtflächenpaar (6,7) vorgesehen ist, und wobei die Dichtfläche (7) des Verschlusselements (2) durch Rotation des Verschlusselements (2) schwenkbar ist und in Sperrposition des Absperrorgans den Einlass (4) durch fluiddichtes Anliegen an der Dichtfläche (6) des Ventilgehäuses (1) versperrt, wobei um das Verschlusselement (2) ein Spalt oder Freiraum vorgesehen ist.

Description

Absperrorgan mit Spülung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absperrorgan für Rohrleitungen für den Transport chemisch instabiler Fluide, insbesondere hochviskoser Fluide unter hohem Druck.
Der Stand der Technik enthält bereits eine Vielzahl verschiedenster Absperrorgane, welche in erster Linie darauf ausge¬ richtet sind, eine zuverlässige Abdichtung im geschlossenen Zu¬ stand und zugleich eine leichtgängige Bedienung zu erzielen. Dies wird in den meisten Fällen durch exzentrische Lagerung und/oder exzentrische Ausführung des Verschlusselements bewerk¬ stelligt .
Beispielsweise zeigt die US 3,552,434 A einen Kükenhahn mit Anpresskulisse, welche das Verschlusselement im geschlossenen Zustand gegen die Dichtung presst. Aufgrund einer auslaufseifi¬ gen Queröffnung, welche im geschlossenen Zustand bzw. bei geringer Durchlassmenge eine Spülströmung bereichsweise verhindert, sowie aufgrund des geringen Spaltquerschnitts in der Durchlass¬ position ist diese Vorrichtung für hochviskose oder polymere, thermisch instabile Fluide ungeeignet.
Die US 3,314,645 A zeigt ebenfalls einen Kükenhahn, wobei das Küken mit einem exzentrisch angeordneten Durchlass versehen ist. Die Geometrie dieses Kükenhahns wirkt sich aufgrund der entstehenden Toträume an Boden und Deckel sowie der ungünstigen Anordnung der Durchgangsbohrung jedoch nachteilig auf Strömungen aus, so dass es bei hochviskosen Medien zu Ansammlungen bzw. Ablagerungen von Fluid in den entstehenden „Totzonen" kommt. Dies gilt insbesondere für Teilöffnung des Kükenhahns, bei der nur Teile des Freiraums durchströmt werden.
Die FR 1 142 546 A zeigt einen Hahn mit einem exzentrisch gelagerten, asymmetrischen Verschlusselement, welches in der Durchlassposition umströmt wird. Dabei muss die Dichtkraft auf die Dichtflächen über die exzentrische Lagerung und ein perma¬ nentes Drehmoment aufgebracht werden. Dies führt insbesondere bei Hochdruckarmaturen bedingt durch die hohen Kräfte und Visko¬ sitäten zu Schwierigkeiten. Zudem handelt es sich nachteiliger Weise um eine sehr aufwendige und somit teure Gestaltung des Verschlusselements .
Die GB 2 376 056 A zeigt ein Zentralheizungs-Absperrventil mit einem außen umströmten Verschlusselement. Aufgrund der Lage und Form des Verschlusselements bzw. der teilweise geringen oder verschwindenden Spaltquerschnitte kann jedoch keine gleichmäßige und totraumfreie Umspülung erzielt werden.
Die US 2,803,426 A beschreibt einen Kükenhahn für Feststoff enthaltende Medien, wobei die Dichtwirkung durch ein exzentrisch abdichtendes Verschlusselement erzielt wird. Aufgrund der un¬ günstigen Strömungsverhältnisse sind nicht gespülte Toträume un¬ ausweichlich. Aufgrund der erforderlichen Schließfunktionalität ist außerdem eine angepasste Spaltführung zum sicheren Spülen der Spalte nicht möglich.
Die DE 11 27 853 B und die US 4,103,868 A versuchen auf un¬ terschiedliche Weise eine leichtgängige Bedienung zu erzielen. Die DE 11 27 853 B zeigt einen Dreh- oder Querschieber für Hochdruckanlagen mit einem Spalt im Gehäuse zur Kompensation der hohen Druckkräfte in einer Absperrposition; ein Spülstrom vom Ein- lass durch den Spalt zum Auslass ist jedoch nicht vorgesehen. Die US 4,103,868 A versucht durch eine spezielle Form des Ver¬ schlusselements die hydraulischen Kräfte beim Öffnen und Schlie¬ ßen zu minimieren. Dies führt jedoch zu Undefinierten Strömungsverhältnissen und Totzonen im Bereich des Verschlusselements.
Zur Schonung der Dichtflächen beim Schaltvorgang zeigt die US 4,542,878 A einen Kugelhahn mit hinterdrehter Oberfläche, wo¬ bei jedenfalls sowohl am Einlass als auch am Auslass ein Dicht¬ flächenpaar vorgesehen ist, so dass es sowohl in einer Durchlassposition als auch in einer Absperrposition zu einem Ein- schluss von Fluid kommt.
In den bisher angeführten Druckschriften sind somit Absperrorgane gezeigt, bei denen sich - zumeist oft als Nebeneffekt - Spalte zwischen einem Verschlusselement und einem Gehäuse erge¬ ben. Allerdings sind diese Spalte der gesicherten Abdichtung untergeordnet, so dass Toträume im Bereich der Spalte keine Rolle spielen und keine Beachtung finden. Keines der Dokumente be¬ schäftigt sich mit hochviskosen und thermisch instabilen Fluiden, so dass eine gezielte totraumfreie Spülung der Spalte auch nicht zweckmäßig oder gar notwendig erscheint. Demzufolge zeigt auch keines der Dokumente ein Absperrorgan für Rohrleitungen, welches für den Transport hochviskoser und thermisch instabiler Medien geeignet und ausgelegt wäre.
Bekannt ist außerdem ein Kugelhahn, in dem zur Entgegenwir- kung eines Druckanstiegs in einem Totraum in einem Abdichtele- ment ein Sackloch vorgesehen ist, sodass bei einem unzulässig hohen Druck die Dichtfläche elastisch nachgibt (DE 44 33 985 AI) . Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass in dem
Totraum keine Druckanstiege vermieden werden können. Zudem ist diese Anordnung auf ein elastisches Abdichtelement angewiesen, dass in manchen Anwendungen, z.B. bei hohen Temperaturen oder bei lösungsmittelhaltigen Fluiden, nicht eingesetzt werden kann.
In der Patentschrift US 6,267,353 wird ein Absperrorgan be¬ schrieben, in dem großräumige Toträume vorgesehen sind, in der Absicht, dass diese leichter durch vorbeifließendes Fluid ge¬ spült werden. Je nach Fluid, insbesondere bei viskosen Fluiden, erfolgt dies nicht wunschgemäß und es kommt zu permanenten Abla¬ gerungen .
In der US 2008/0105845 AI und in der US 2011/0309280 AI wer¬ den Kugelhähne beschrieben, deren kugelförmige Hahnküken in teiloffener Stellung umspült werden. In der voll geöffneten (US 2008/0105845 AI) und in der gesperrten Stellung (beide Patente) entstehen jedoch abgeschlossene Toträume, in denen sich chemisch instabile Fluide zersetzen und aufgrund eines unabbaubaren
Drucks zu explosionsartigen Reaktionen führen könnten. Diese Kugelhähne wurden daher hauptsächlich für die Verwendung von chemisch stabilen Fluiden vorgeschlagen, z.B. zur Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie. Die Spülmöglichkeit der Kugelhähne aus¬ geführt nach US 2008/0105845 AI beschränkt sich auf Betriebszu- stände in teiloffener Stellung, derartige Ausführungen sind daher vorzugsweise nur für Volumenstromregelzwecke geeignet. Als Absperrorgane sind derartig ausgeformte Armaturen gänzlich unge¬ eignet, da die sich bildenden abgeschlossenen Toträume erhebli¬ che Sicherheitsrisiken darstellen.
In den Patentschriften US 3,464,494 und EP 0 781 356 Bl werden Entlastungsbohrungen in Ventilen beschrieben. Derartige Entlastungsbohrungen zu einem Außenbereich des Ventils haben jedoch den Nachteil eines Fluidverlustes und erfordern eine aufwändige Druckkontrolle der Entlastungsbohrung, insbesondere wenn eine bestimmte Vorrichtung wechselweise zum Einsatz bei unterschied¬ lichen Drücken verwendet werden soll.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung verbesserte, an die Betriebsbedingungen angepasste Absperrorgane zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere auch zum Transport chemisch in¬ stabiler Fluide geeignet sind, ohne dass in Toträumen des Organs gefährliche Abbauprodukte entstehen. Dabei soll insbesondere ei¬ ne gezielte und möglichst totraumfreie Spülung des Freiraums bzw. Spalts zwischen Verschlusselement und Ventilgehäuse sicher¬ gestellt sein, d.h. es gilt, spülströmungsfreie Bereiche des Freiraums bzw. Bereich mit vernachlässigbarer Spülströmung zu vermeiden. Insbesondere soll auch ein Einschluss von Fluid im Gehäuse des Absperrorgans unter allen Umständen, d.h. vorzugs¬ weise in jeder Stellung des Verschlusselements, verhindert wer¬ den. Bedeutende Betriebsbedingungen können - wie erfindungsgemäß weiter unten ausgeführt - durch die Spaltgeschwindigkeit, den Freiraum - Austauschfläche, durch das Spülstromverhältnis sowie der Spülzahl ausgedrückt werden. Für den Fachmann ist jedoch klar dass die oben angeführten erfindungsgemäßen Betriebsbedingungen auch über weitere betriebsmaßnahmen oder Anlagenauslegungen begleitet werden müssen. So sind thermisch instabile Fluide bestehend aus der Zusammensetzung Cellulose / Aminoxid / Wasser bekannt die unter bestimmten Verfahrensvoraussetzungen exotherm reagieren können. Faktoren die im Falle der Förderung einer Cellulose / Aminoxid / Wasser Lösung eine Exothermie hervorrufen und katalysieren können sind beispielsweise erhöhte Produktions¬ temperaturen (> 100°C), ein reduzierter Wassergehalt, ein erhöhter Anteil (Grundpegel) an Übergangsmetallionen (>10 ppm Eisen) , ein erhöhter Anteil an Peroxiden, und die Verwendung von nicht geeigneten Werkstoffen (wie Z.B. Buntmetalle, unpassivierter Edelstahl, Kohlenstoffstahl ) für das Polymertransportsystem, welches aus Rohrleitungen, Wärmetauschern und Transportpumpen bestehen kann, gegeben.
Neben den zuvor genannten anlagen- und prozesstechnischen Betriebsbedingungen stellt die Erfindung ein Absperrorgan und ein mit diesem Absperrorgan durchgeführtes Verfahren dar, welcher zur Totraumvermeidung in der Offenposition eine an die Betriebsbedingungen angepasste Umspülung des innen gelagerten Verschlusselements oder Schließteils ermöglicht, insbesondere zur Verwendung in einer Rohrleitung zum Transport eines chemisch o- der thermisch instabilen Fluids. Die Erfindung ist überdies in den Ansprüchen definiert.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Absperrorgan oder einen Absperrhahn, das ein Ventilgehäuse mit einem Innenraum sowie mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass und ein Verschlusselement aufweist, welcher um eine Achse drehbar im Innenraum gelagert ist, wobei zwischen dem Verschlusselement und dem Ventilgehäuse ein Freiraum zum Durchfluss eines Fluids zwi¬ schen Ein- und Auslass vorliegt, und an dem mindestens einen Einlass zwischen Ventilgehäuse und Verschlusselement ein Dicht¬ flächenpaar vorgesehen ist, und wobei die Dichtfläche (Dichtung) des Verschlusselements durch Rotation des Verschlusselements schwenkbar ist und in Sperrposition des Absperrorgans den Einlass durch fluiddichtes Anliegen an der Dichtfläche des Ventil¬ gehäuses versperrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Dichtflächen zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt größer ist als der Abstand der Achse bzw. Kugelmittelpunkt zu anderen äußeren Be¬ reichen des Verschlusselements, um den Freiraum zu bilden, der in der Sperrposition mit dem Auslass fluiddurchlässig verbunden ist
und/oder
der Abstand der Dichtflächen zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt kleiner ist als der Abstand der Achse bzw. Kugelmittelpunkt zu anderen Bereichen des Ventilgehäuseinnenraums , um den Freiraum zu bilden, der in der Sperrposition mit dem Auslass fluiddurch- lässig verbunden ist. Das Absperrorgan kann in beidseitiger Orientierung verwendet werden, entweder vom Ein- zum Auslass oder vom Aus- zum Einlass. Die Bezeichnungen Ein- und Auslass werden hierin verwendet um Öffnungen zu unterscheiden.
Das erfindungsgemäße Absperrorgan ermöglicht einen sicheren Verschluss einer Leitung zur Unterbrechung eines Fluidflusses zwischen dem Einlass und dem Auslass. Hierbei ist die Erfindung nicht limitiert auf Absperrorgane mit einem Einlass und einem Auslass, sondern kann neben dieser Ausführungsform auch mehrere Einlässe und/oder Auslässe aufweisen. In dieser Form kann das erfindungsgemäße Absperrorgan als Verteilerstück oder Zusammen- führungsstück oder auch als Wechselschalter zwischen verschiedenen Einlässen oder Auslässen dienen. In bestimmten Ausführungsformen hat das erfindungsgemäße Absperrorgan einen, zwei, drei oder mehr Einlässe.
Für den Verschluss ist im Innenraum des Absperrorgans ein Verschlusselement vorgesehen, welches um eine Achse rotierbar vorgesehen ist und bei Rotation in eine Sperrposition den Einlass, mehrere oder alle Einlässe versperrt. In der Regel bleibt der Auslass unversperrt - sowohl in der Sperr- als auch in der Offenposition, sodass hier Fluid aus dem Absperrorgan jederzeit austreten kann. Dieses Austreten wird insbesondere über den
Freiraum ermöglicht, der eine Durchflussverbindung mit dem Auslass aufweist. Vorzugsweise ist der Freiraum mit dem Auslass in jeder Rotationsposition des Sperrelements mit dem Auslass verbunden, sodass Fluid aus dem Freiraum jederzeit austreten kann.
Der Freiraum ermöglicht eine Umspülung des Verschlussele¬ ments. Er kann durch Vertiefungen oder Einfräsungen im Gehäuse oder im Verschlusselement gebildet werden. Das Verschlusselement - auch Schließteil oder Hahnküken bezeichnet - kann eine oder mehrere Bohrungen oder Schlitze zum Durchlass von Fluid zwischen Ein- und Auslass aufweisen oder es kann frei von Bohrungen sein. In der Öffnungsstellung bzw. Teilöffnungsstellung des Absperrorgans kann der Einlass und der Auslass über Freiraum und Durchlassbohrungen oder aber nur über den Freiraum fluiddurchlässig verbunden sein.
Abgesehen von diesen alternativen Ausführungsformen mit bzw. ohne Durchlassbohrung sind alle weiteren hierin beschriebenen bevorzugten Merkmale und Ausführungsformen miteinander in beliebiger Form kombinierbar.
Ein Problem bisheriger Verschlusselemente ist die Bildung von Toträumen, welche nicht ausreichend gespült sind, oder wel¬ che in bestimmten Rotationspositionen abgeschlossene Räume bilden. Erfindungsgemäß werden diese Nachteile vermieden, sodass immer ein Abfluss des Fluids aus Toträumen möglich ist, bzw. die Toträume vollständig vermieden werden, da über den Freiraum als ansonsten potentieller Totraum ein wesentlicher Fluidstrom geleitet wird. Dabei kann der Querschnitt des Freiraums zwischen dem Ventilgehäuse und dem Verschlusselement in einer teilweisen und/oder vollständigen Öffnungsposition des Absperrorgans vorzugsweise auf die Viskosität des Fluids abgestimmt und zumindest so groß sein, dass im Freiraum zu beiden Seiten der Achse, insbesondere gleichzeitig, eine Spülströmung erzielt wird.
Die Leitung von Fluid über den Freiraum erfolgt in teilweiser und vollständiger Öffnungsposition kann aber auch ausschließlich in einer teilweisen Öffnungsposition erfolgen (insbesondere bei Ausführungsformen mit Verschlusselementen, bei denen der Abstand der Dichtflächen zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt größer ist als der Abstand der Achse bzw. Kugelmittelpunkt zu anderen äußeren Bereichen des Verschlusselements) . Im Zusammenhang mit einer solchen Spülung bei einer teilweisen Öffnungspo- sition ist es günstig, wenn das Verschlusselement zur periodi¬ schen bzw. zyklischen Spülung des Freiraums hinter dem Dichtflächenpaar eingerichtet ist.
Sowohl das Gehäuse, insbesondere um den Einlass, als auch das Verschlusselement weisen eine Dichtfläche auf, welche ge¬ meinsam als Dichtflächenpaar bezeichnet werden. Durch Anliegen beider Dichtflächen wird der Einlass durch das Verschlusselement fluidundurchlässig versperrt. Je nach Form des Ventilgehäuses können die Dichtflächen unterschiedliche Geometrien aufweisen. Die Dichtflächen um den Einlass können in Ansicht vieleckig, rechteckig, rund, insbesondere kreisrund oder oval, sein. Das Verschlusselement kann teilzylinderförmig oder teilkugelförmig sein .
Erfindungsgemäß werden Abstände zur Achse bzw. dem Kugelmit¬ telpunkt angegeben, um bestimmte Freiräume, welche als ggf. al¬ ternativer Durchflussbereich dienen, zu beschreiben. Der Bezug „Achse" oder „Kugelmittelpunkt" betrifft, je nach Form des Ver¬ schlusselements, somit den Mittelpunkt, der vom rotationssymmet¬ rischen Verschlusselement zentral positioniert ist. Im Fall von zylindrischen Verschlusselementen ist dies eine Achse. Im Fall von kugelsymmetrischen Verschlusselementen ist dies der Kugelmittelpunkt. D.h. es ist generell vorteilhaft, wenn die Achse des Verschlusselements im Mittelpunkt des Verschlusselements an¬ geordnet ist. Selbstverständlich sind hiermit auch diverse ande¬ re rotationssymmetrische Formen mit eingeschlossen, wie z.B.
ovale Formen. Die Begriffe „Achse" bzw. „Kugelmittelpunkt sollen somit nicht einschränkend auf eine bestimmte Form verstanden werden. Sofern nicht explizit ausgeschlossen, sollen bei Verwendung des Begriffs „Achse" oder „Kugelmittelpunkt" immer auch an¬ dere Formen mit einbezogen sein. In Schnittansichten wird dieser Mittelpunkt meist der Einfachheit halber als „Achse" bezeichnet. Abstände zur Achse beziehen sich hierbei immer auf einen Flä¬ chenschnitt normal zur Ache in einer bestimmten Achsposition (z.B. Abstand zum Kugelmittelpunkt auf der Achse) . Gemäß diesen Schnitten sind die Begriffe eines Abstands zur Achse (2D im
Schnitt) und zum Kugelmittelpunkt (3D) gleichwertig, gleichgül¬ tig welchem Formkörper das Verschlusselement entspricht.
In teilkugelförmiger Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Absperrorgan auch als Kugelhahn bezeichnet. Das Verschlussele¬ ment kann zusätzlich oder alternativ einen kugelsegmentförmigen Absperrteil mit der Dichtfläche aufweisen. Ein derartiger Ab¬ sperrteil kann ein Vorsprung sein, welcher zur fluiddichten Absperrung in Sperr-Position vor den Einlass durch Rotation des Absperrelements positioniert wird. An anderen Stellen des Ab¬ sperrelements im Vergleich zu diesem Vorsprung kann eine Vertiefung vorgesehen sein, wodurch der Freiraum gebildet wird. Somit ist der Abstand der Dichtflächen zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt größer als der Abstand der Achse bzw. Kugelmittelpunkt zu ande¬ ren äußeren Bereichen des Verschlusselements, um den Freiraum zu bilden, der in der Sperrposition mit dem Auslass fluiddurchläs- sig verbunden ist. Diese Konfiguration wird insbesondere in Aus¬ führungsformen mit einem Verschlusselement ohne der oben genannten Durchflussbohrung bevorzugt.
Erfindungsgemäße Bereiche mit Abstand zur Achse, die gerin¬ ger sind als der Abstand der Dichtflächen zur Achse, um den Freiraum zu bilden, der in der Sperrposition mit dem Auslass fluiddurchlässig verbunden ist, können auch bei Vorhandensein einer Durchlassbohrung durch das Verschlusselement gebildet werden. In diesen Konfigurationen wird vorzugsweise eine Vertiefung im Gehäuse zum Innenraum hin vorgesehen, wodurch Fluid um das Verschlusselement herum umgeleitet werden kann. In einer teilof¬ fenen Position wird dadurch Fluidfluss vom Einlass durch die Durchlassbohrung weiters über die Vertiefung hin zum Auslass ermöglicht. Ein weiterer Weg des Fluids durch das erfindungsgemäße Absperrorgan wird durch den Bereich geringeren Abstands zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt (z.B. den durch die Durchlassbohrung entfernten Teil des kalottenförmigen Verschlusselements) über die Vertiefung im Gehäuse hin zum Auslass. In besonders bevor¬ zugten Ausführungsformen enthält der Absperrteil des Absperrele¬ ments, welcher Teil durch die Dichtfläche begrenzt ist, eben¬ falls eine Vertiefung. Dadurch wird ein Durchfluss vom Einlass über die Vertiefung im Absperrteil, weiters über die Vertiefung im Gehäuseteil, zum Auslass ermöglicht. Gemäß dieser Ausfüh¬ rungsform werden sämtliche Freiräume um das Absperrelement durch den Fluidfluss gespült.
Das erfindungsgemäße Dichtflächenpaar ergibt durch Anlage¬ rung der einzelnen Dichtflächen eine Dichtung zum Versperren des Fluidflusses durch den Einlass in den Innenraum. Vorzugsweise ist diese Dichtung durch die Anlagerung der Gehäuse- und Verschlusselement-Körper gegeben. Erfindungsgemäß kann das Verschlusselement ohne Bereiche mit geringerem Abstand zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt als der Ab¬ stand zur Dichtfläche ausgeführt sein. Ein Freiraum kann auch durch Vertiefungen im Gehäuse gebildet werden, wobei im Verschlusselement Bereiche mit größerem Abstand zur Achse bzw. Ku¬ gelmittelpunkt als der Abstand der Dichtflächen zur Achse bzw. Kugelmittelpunkt vorgesehen werden können. In diesem Fall, aber auch im Fall von Vertiefungen im Verschlusselement, kann das Verschlusselement mit einem oder mehreren Durchlässen (z.B. Bohrungen oder Schlitze) versehen sein, welche eine fluiddurchläs- sige Verbindung zwischen Einlass und Freiraum bilden. Auch auf diese Art wird ein Totraum in der geöffneten Position durch den Durchfluss von Fluid über die Durchlässe, über den Freiraum zum Auslass vermieden. Das Verschlusselement kann mit einer Durch¬ lassbohrung mit vollem oder reduziertem Querschnitt mit oder ohne Strömungseinbauten versehen sein. Der Freiraum wird hierbei vorzugsweise im Gehäuseinnenraum durch größere Abstände zum Mit¬ telpunkt als dem der Abstand der Dichtflächen zum Mittelpunkt oder zur Achse hergestellt.
Ein erfindungsgemäßes Verschlusselement ohne Bereiche mit geringerem Abstand zur Achse als der Abstand zur Dichtfläche kann auch derart ausgeführt sein, dass keine Durchlassbohrung im Verschlusselement vorhanden ist und somit der gesamte Produkt¬ strom über Bohrungen oder Schlitze vom Einlass über den Freiraum in den Auslass geleitet wird.
Die Dichtwirkung wird vorzugsweise durch den Einsatz von Dichtelementen wie Kunststoff-, Gummi-, Graphit-, Keramik,- Sinterwerkstoff-, Verbundwerkstoff-, oder Metalldichtungen erzielt, auch eine Ausführung bei der Gehäuseteil und Absperrteil ohne zusätzliches Dichtelement die Dichtwirkung herstellen ist erfin¬ dungsgemäß denkbar. Vorzugsweise sind die Dichtflächen des Gehäu¬ ses und/oder des Verschlusselements auf einem Abdichtvorsprung vorgesehen. Neben diesem Vorsprung, in anderen Bereichen, kann somit großräumig der Freiraum gebildet werden.
Vorzugsweise ist in Ansicht innerhalb der Dichtfläche des Verschlusselements am äußeren Bereich eine Vertiefung vorgese¬ hen. Diese Vertiefung erlaubt einen Durchfluss von Fluid, wenn dieser Teil (mit der Dichtfläche) des Verschlusselements in Richtung einer Dichtfläche des Gehäuses orientiert ist - wobei das Dichtflächenpaar nicht anliegt. Diese Position ermöglicht eine Spülung des Freiraums in offener oder teiloffener Position des Absperrorgans.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Dichtflächen des Gehäuses und/oder des Verschlussele¬ ments, insbesondere auf einem Abdichtvorsprung, in Ansicht kreisförmig oder ringförmig.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Abdichtvorsprung des Gehäuses und/oder des Verschlusselements ringför¬ mig, z.B. kreisförmig oder oval.
Insbesondere sind gemäß der vorliegenden Erfindung die
Dichtflächen am Einlass, wobei der Auslass frei von einem Ab¬ dichtelement (wie z.B. den Dichtflächen) ist. Erfindungsgemäß wird damit bezweckt, dass in jeder Rotationsposition des Absperrelements der Freiraum mit dem Auslass verbunden ist, sodass Fluid jederzeit austreten kann.
In bevorzugten Ausführungsformen wird der Freiraum durch eine Vertiefung, insbesondere eine durch die Dichtfläche oder den Abdichtvorsprung begrenzte Vertiefung, gebildet. Die Vertiefung kann am Gehäuse oder am Verschlusselement oder an beiden Teilen vorgesehen werden. Am Ventilgehäuse wird die Vertiefung zum Innenraum hin ausgebildet bzw. am Verschlusselement wird die Ver¬ tiefung vorgesehen, sodass zwischen dem Gehäuse und dem Verschlusselement der Freiraum gebildet wird.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Vertiefung des Verschlusselements kalottenförmig, teilsphärisch, zylindrisch oder gekrümmt .
Der Innenraum kann teilkugelförmig oder zylindrisch sein. Die Form des Innenraums ist vorzugsweise an die Form des Ver¬ schlusselements angepasst mit einem genau definierten Abstand zueinander im Bereich des Freiraums. Der Abstand kann in besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Bereich von 0,5 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 0,8 mm bis 18 mm, von 1 mm bis 15 mm, von 1,5 mm bis 10 mm, oder von 2 mm bis 6 mm betragen .
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Verschlusselement teilkugelförmig. Der Freiraum dieser Teilkugel umgibt räumlich vorzugsweise das gesamte Verschlusselement - bis auf den Achsbe¬ reich, in dem das Verschlusselement befestigt ist - zumindest in einer teiloffenen Position, z.B. bei einer Öffnung um 45°. In teilkugelförmigen Ausführungsformen wird das erfindungsgemäße Absperrorgan auch als Kugelhahn bezeichnet.
Das Verschlusselement kann durch eine Achswelle gelagert und im Innenraum des Ventilgehäuses rotierbar positioniert werden. Vorzugsweise ermöglicht die Rotation des Verschlusselements Dre¬ hungen um 90°, 180 oder 360°.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist das Verschlusselement eine Bohrung zum Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass in Öffnungsposition des Organs auf, wobei optional weitere Verbindungsbohrungen die Bohrung mit dem Freiraum fluiddurchlässig verbinden. Gemäß einer speziellen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen Kugelhahn, der ein Gehäuse mit einem teilkugelförmigen Innenraum sowie einen Ein- und Auslass und ein teilkugelförmiges Hahnküken als Verschlusselement aufweist, welches um eine Achse drehbar im Innenraum aufgenommen ist, wobei das Gehäuse zum Innenraum hin und/oder das Hahnküken zum Gehäuse hin eine durch einen Abdichtvorsprung begrenzte Vertiefung aufweist, welche in der Schlie߬ stellung des Kugelhahns mit dem Auslass verbunden ist, welche in einer zumindest teilweise offenen Position des Hahnkükens einen Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass erlaubt. Wei¬ tere Verbindungsbohrungen können diesen Durchfluss mit dem Freiraum fluiddurchlässig verbinden, für eine bessere Spülung des Freiraums mit Fluid und zur Vermeidung von Toträumen in der vollständigen Öffnungsposition (z.B. 90° bei einem Absperrorgan mit gegenüberliegenden Ein- und Auslässen) .
In vorzugsweisen Ausführungsformen ist die Bohrung zwischen Ein- und Auslass für einen erhöhten Strömungswiderstand ausge¬ staltet, z.B. kann vor dem Auslass eine Verengung (13) und/oder ein Strömungswiderstandselement, vorzugsweise eine Lochplatte, vorgesehen werden. Hierdurch wird der Druck erhöht und größere Mengen Fluid durch die Freiräume geführt als ohne derartige Wi¬ derstände bei einer gleichmäßigen Bohrung mit konstantem Durchmesser zwischen Ein- und Auslass.
Die Erfindung betrifft auch einen Kugelhahn, der ein Gehäuse mit einem teilkugelförmigen Innenraum sowie einen Ein- und Auslass und ein teilkugelförmiges Hahnküken als Verschlusselement aufweist, welches um eine Achse drehbar im Innenraum aufgenommen ist, wobei das Gehäuse zum Innenraum hin und/oder das Hahnküken zum Gehäuse hin eine durch einen Abdichtvorsprung begrenzte Vertiefung aufweist, welche in einer zumindest teilweise offenen Position des Hahnkükens einen Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass erlaubt, wobei die Vertiefung in der Schlie߬ stellung und in der Offenstellung des Kugelhahns mit dem Auslass verbunden ist. Vorzugsweise erlaubt die Vertiefung in einer of¬ fenen oder teiloffenen Position des Verschlusselements einen Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass über die Ver¬ tiefung .
Die Bohrung durchquert in vorzugsweisen Ausführungsformen mittig das Verschlusselement, insbesondere bevorzugt wird dabei die Achse mittig durchquert. Eine Achswelle kann durchgängig durch das Verschlusselement vorgesehen werden. In anderen Ausführungsformen weist der Innenraum des Verschlusselements keine Welle auf. Die Welle kann auch außerhalb an das Verschlussele¬ ment angebracht werden.
In einer Ausführungsform ist das Verschlusselement ein mas¬ siver Körper - ohne Durchgangs- oder Durchlassbohrung normal zur Achse. In dieser Ausführungsform wird im Wesentlichen der gesamte Fluidstrom über den Freiraum, der hier durch die Vertiefung gebildet ist, geführt. Demgemäß betrifft die Erfindung auch ein Absperrorgan, das ein Gehäuse mit einem Innenraum sowie mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass und ein Hahnkü¬ ken als Versperrelement aufweist, welches um eine Achse drehbar im Innenraum gelagert ist, wobei zwischen dem Hahnküken und dem Gehäuse ein Freiraum zum Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass, und mindestens um einen Ein- oder Auslass ein Ab¬ dichtvorsprung vorgesehen ist und wobei das Hahnküken ein Sperrelement hat, welches durch Rotation des Hahnkükens schwenkbar ist und in Sperrposition des Absperrhahns einen Ein- oder Auslass durch fluiddichten Kontakt mit dem Abdichtvorsprung versperrt .
In einer beliebigen Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise das Ventilgehäuse und/oder das Verschlusselement aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet, vorzugsweise wobei es eisenhaltig ist. Metalllegierungen oder daraus gelöste Metallionen können als Katalysator für chemische Reaktionen dienen, inklusive zu explosionsartigen Reaktionen. Bei Verwendung von Metallen ist daher die erfindungsgemäße Vermeidung von Toträumen und Ablagerungen im Absperrorgan besonders vorteilhaft, um derartige Reaktionen zu vermeiden. Das Ventilgehäuse und/oder das Verschlusselement können aus verschiedenen Materialien her- gestellt sein, wie Stahl, Edelstahl, Keramik, Sintermetallen, Aluminium, Kunststoff, Verbundwerkstoffen, Buntmetallen oder Edelmetallen. Bevorzugte Werkstoffe sind alle Eisen, Eisenlegie¬ rungen, Chrom-Nickelstähle, Nickelstähle (z.B. Hastelloy- Materialien) , Titan, Tantal, Siliziumcarbid, Glas, Keramik, Gold, Platin und auch Kunststoffe. Spezielle Materialien sind Legierungen mit hohem Molybdängehalt bzw. Nickel, Chrom und Mo¬ lybdän-Legierungen zur Beständigkeit gegen Lochfraß und Spalt¬ korrosion oder Nickel-Kupfer-Legierungen mit hoher Zugfestigkeit. Materialbeispiele sind Hastelloy C (hohe Korrosionsfestig¬ keit) , Hastelloy B (ausscheidungshärtende Hochtemperaturlegie¬ rung) , Inconel (Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrisse in petrochemischen Anwendungen) , Incoloy (hohe Festigkeit als auch Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und gegenüber Oxidierung und Aufkohlung) , Monel (hohe Zugfestigkeit, beständig gegenüber Korrosion). Das Ventilgehäuse und/oder das Verschlusselement können aber auch aus beschichteten Materialien hergestellt sein. Zur Verbesserung der Dichtwirkung kann das Verschlusselement, gegebenenfalls auch das Ventilgehäuse gehärtet ausgeführt sein. Zusätzlich können Verschlusselement und/oder Ventilgehäuse zu¬ mindest teilweise, insbesondere im Bereich der Dichtflächen ge¬ schliffen ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist der Durchmesser des Verschlusselements zwi¬ schen 0,5 cm bis 100 cm, vorzugsweise zwischen 1 cm bis 80 cm, zwischen 2 cm und 50 cm, zwischen 3 cm und 30 cm oder zwischen 5 cm und 20 cm.
Beliebige Fluide können durch das erfindungsgemäße Absperr¬ organ zwischen Einlass und Auslass geleitet werden. Vorzugsweise wird Fluid vom Einlass zum Auslass geleitet. Die Flussrichtung kann auch gekehrt werden, d.h. vom Auslass zum Einlass. Das Ab¬ sperrorgan kann in einer Leitung, insbesondere einer Rohrleitung, vorgesehen werden. In der Leitung können eine oder mehrere Überdruckentlastungsvorrichtungen vorgesehen werden, vorzugsweise Überdruckentlastungsvorrichtungen basierend auf Berstelementen. Die Verwendung von Überdruckentlastungsvorrichtungen ist allgemein bekannt. Übliche Mittel umfassen beispielsweise Berst¬ scheiben, welche eine Membran aufweisen, die unter Wirkung eines Drucks, der höher ist als der normale Betriebsdruck, aber geringer ist als der Druck, bei dem ein Rohr oder Gefäß selbst bricht, berstet, wodurch eine Druckentlastung mit einem Außen- räum ermöglicht wird. Berstscheiben sind beispielsweise in der US 6,241,113, US 3,845,879, US 2008/0202595, EP 1 591 703 und der US 7,870,865, US 4,079,854, US 3,872,874, WO 2005/054731, EP 789 822 beschrieben. Die US 5,337,776 betrifft eine Rohrleitung mit einer Überdruckentlastungsvorrichtung, wobei eine Berstscheibe in der Innenseite der Wand des Rohres bündig liegt, da¬ mit ein Umspülen der Berstscheibe mit transportierter Flüssigkeit bewerkstelligt wird.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Leitung mindestens zwei der erfindungsgemäßen Absperrorgane, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Absperrorgane. In besonderen Ausführungsformen ist mindestens eines der Absperrorgane ein dreiwegiges Absperrorgan, z.B. mit einem Einlass und zwei Auslässen oder mit zwei Einlässen und einem Auslass. In Kombination oder alternativ hierzu ist in besonderen Ausführungsformen eines der Absperrorgane ein zweiwegi- ges Absperrorgan mit einem Einlass und einem Auslass.
Die Erfindung betrifft weiters die Verwendung des Absperrorgans zur Steuerung des Durchflusses (z.B: zum Sperren oder Freigeben) eines Fluids sowie ein entsprechend ausgelegtes Ver¬ schlusselement bzw. einen entsprechend ausgelegten Innenraum des Absperrorgans. Vorzugsweise werden Verfahrensparameter gewählt, wobei in einer Durchlassposition oder Freiraum-Spülposition
(z.B. bei 15°- 75° Drehung des Verschlusselements) des Ver¬ schlusselements
• der Differenzdruck zwischen Ein- und Auslass, welcher durch das Absperrorgan gebildet wird, mindestens 0,4 bar;
• das Spülstromverhältnis gebildet durch den Freiraumstrom ge¬ teilt durch den Strom durch die Bohrung (10) mindestens 0,1 % ist;
• die Nenn-Spaltgeschwindigkeit gebildet durch den Freiraum¬ strom geteilt durch Freiraumquerschnitt mindestens 0,1 m/min; und/oder
• die Freiraum-Austauschrate gebildet durch den Freiraumstrom geteilt durch das Freiraumvolumen mindestens 1 1/min;
ist .
Der Differenzdruck zwischen Ein- und Auslass, welcher durch das Absperrorgan gebildet wird, soll mindestens 0,4 bar, vor¬ zugsweise mindestens 0,5 bar, mindestens 0,6 bar, mindestens 0,7 bar, mindestens 0,8 bar, mindestens 1 bar, betragen. Durch einen höheren Differenzdruck zw. Ein und Auslass, wird ein größerer Anteil an Fluid durch den Freiraum zur TotZonenvermeidung geleitet, alternativ zum direkten Fluss zwischen Ein- und Auslass durch die Bohrung durch das Verschlusselement.
Hiermit verbunden ist vorzugsweise das Spülstromverhältnis gebildet durch den Freiraumstrom geteilt durch den Strom durch die Bohrung durch das Verschlusselement mindestens 0,1 ~6 , vor zugsweise mindestens 0,2%, mindestens 0,3%, mindestens 0,5%, mindestens 0,75%, mindestens 1%, oder mindestens 1,5%.
Die Nenn-Spaltgeschwindigkeit gebildet durch den Freiraum¬ strom geteilt durch Freiraumquerschnitt beträgt vorzugsweise mindestens 0,05 m/min, besonders bevorzugt mindestens 0,1 m/min, mindestens 0,75 m/min, oder mindestens 1 m/min.
Die Freiraum-Austauschrate gebildet durch den Freiraumstrom geteilt durch das Freiraumvolumen wird vorzugsweise so einge¬ stellt, dass sie mindestens 1 1/min, vorzugsweise mindestens 1,5 1/min, oder mindestens 2 1/min, beträgt.
Diese Parameter sind eng mit dem Druckwiderstand in der Boh¬ rung verbunden (sofern diese vorhanden ist) . Durch bauliche Elemente diesen Druckwiderstand zu erhöhen, können die Parameter erhöht werden und somit größere Flussraten über den Freiraum geleitet werden. Derartige Elemente sind beispielsweise Verengun¬ gen der Bohrung vor dem Auslass (aber nach entsprechenden Abzweigungen zur Spülung des Freiraums) oder Widerstandselemente wie Lochplatten. Auch ist es möglich durch Verdrehung des Verschlusselements aus der vollständigen Offenposition heraus
(Spülstellung, z.B. 15°-75°) den Druckwiderstand zu erhöhen um somit größere Flussraten im Freiraum zu ermöglichen.
Weiters sieht die Erfindung ein Absperrorgan vor, bei dem bei Verwendung eines Fluids aus Cellulose 12,9%; NMMO (N-Methyl- Morpholin-N-Oxid) 76,3 %; Wasser 10,8% bei 94°C die genannten Parameter, ausgewählt aus Differenzdruck, Spülstromverhältnis, Nenn-Spaltgeschwindigkeit und/oder Freiraum-Austauschrate, er¬ füllt. Derartige Ausgestaltungen des Absperrorgans lassen sich wie in den Beispielen beschrieben testen.
Die Geometrie des Absperrorgans ist vorzugsweise derart aus¬ geführt, dass:
- Freiräume zwischen Verschlusselement und Gehäuse des Absper¬ rorgans geschaffen werden.
- Die Freiräume Zu- und Abfuhröffnungen aufweisen, damit kein Totraum mit Fluid entstehen kann.
- Die Freiräume durch Teilströme oder durch den Gesamtstrom des durchströmenden Fluids direkt durchspült werden.
Unter Zugrundelegung der gewählten Geometrie sollte das Absperrorgan so geführt werden, dass eine ausreichende treibende Druck¬ differenz zwischen Ein- und Auslauf des Absperrorgans herrscht, welche ein gesichertes Spülen der Freiräume gewährleistet, spe¬ ziell im Fall von instabilen Fluiden.
Zur Festlegung der geeigneten Konfiguration und der geeigneten Verfahrensparameter (Durchsatz, Druckdifferenz) sollten erfindungsgemäß das Spülstromverhältnis (FV) , die Nenn- Spaltgeschwindigkeit (vF) , die Freiraum-Austauschrate (FA) , und die Spülzahl (SZ) (wie jeweils in Beispiel 1 näher beschrieben) oberhalb der erfindungsgemäßen Werte liegen.
In einem besonders bevorzugten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Absperrorgans in einer Leitung, insbesonde¬ re beim Transport chemisch instabiler Fluide. Hierbei wird vor¬ zugsweise das erfindungsgemäße Absperrorgan verwendet, wobei Fluid über den Einlass in das Absperrorgan einfließt und über den Auslass aus dem Absperrorgan austritt. In der Regel ist hierfür der Fluiddruck am Einlass größer als am Auslass. In alternativen Ausführungsformen kann auch die Flussrichtung umgedreht werden und Fluid am Auslass eintreten und am Einlass (mit den Dichtflächen) austreten.
Fluide, bei denen der Einsatz des erfindungsgemäßen Absperrorgans besonders zur Geltung kommt, sind chemisch instabile Flu¬ ide, die bei Ablagerung im Absperrorgan korrosiv oder explosionsgefährdet sind.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Fluid eine Formmasse, vorzugsweise eine Spinnmasse. Beispielsweise kann das Fluid eine Cellulose-Lösung, vorzugsweise eine Lösung von Cellulose mit einem Aminoxid, insbesondere bevorzugt mit NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid) , sein.
Vorzugsweise ist das chemisch instabile Fluid thermisch in¬ stabil. Thermisch instabile Fluide sind beispielsweise Cellulo- se-Lösungen, wie Cellulose-Aminoxid-Lösungen, im Speziellen Lösungen von tertiärem Aminoxid und Wasser. Solche Lösungen können neben Stabilisatoren, wie z.B. Gallussäurepropylester, organische oder anorganische Basen, wie z.B. Natronlauge, enthalten. Weiters können solche Cellulose-/Aminoxid- und Wasser-Lösungen auch produktverändernde Additive, sogenannte Inkorporationsme¬ dien, enthalten. Cellulose-Lösungen, im Aminoxidsystem hergestellt, zeichnen sich dadurch aus, dass sie beim Erkalten kristallisieren, aber bei einer Temperatur von ca. 72 - 75 °C geschmolzen werden können. Ein Beispiel ist eine Cellulose-NMMO- Lösung wie in der EP 789 822 beschrieben. Das Fluid kann eine wässrige Aminoxidlösung unterschiedlicher Konzentrationen sein. Thermisch instabile Fluide sind solche, bei denen die Gefahr ei¬ ner Temperaturerhöhung während dem Transport durch das Verbindungsstück bzw. die Wärmetauscherleitung besteht. Temperaturerhöhungen können z.B. aufgrund von exothermen Reaktionen, insbesondere chemischen Reaktionen, oder aufgrund von Reibungswärme beim Transport hochviskoser Fluide auftreten. Weitere Fluide sind insbesondere erstarrbare Fluide, insbesondere „hot-melts", wie Polymere, Polycarbonate, Polyester, Polyamide, Polymilchsäu- re, Polypropylen, etc. Das Fluid kann ein thixotropes Fluid, insbesondere eine Spinnlösung, sein. Spezielle Fluide haben eine Schmelztemperatur von mindestens ca. 40°C, mindestens 50°C, min¬ destens 55°C, mindestens 60°C, mindestens 65°C, mindestens 70°C, mindestens 75°C. Das Fluid kann bei beispielhaften Temperaturen von mindestens ca. 40°C, mindestens 50°C, mindestens 55°C, min¬ destens 60°C, mindestens 65°C, mindestens 70°C, mindestens 75°C, mindestens ca. 80°C, mindestens 85°C, mindestens 90°C, mindes¬ tens 95°C, geführt werden. Das Verbindungsstück ist für den Transport dieser Fluide über den Schmelztemperaturen - z.B. gemäß gewählter Temperiermittel - ausgelegt. Vorzugsweise ist die Nullscherviskosität des Fluids im Bereich von 10 bis 25.000 Pas, insbesondere zwischen 50 bis 20.000 Pas.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einer fluiden Formmasse, umfassend Transportieren einer fluiden Formmasse durch eine Leitung mit einem Absperrorgan nach der Erfindung, wobei die Leitung zu einer Formungseinheit führt, insbesondere einem Extruder, mit Öffnungen, durch welche die Formmasse ge- presst und dadurch geformt wird, und Verfestigen der Formmasse, vorzugsweise durch Erstarrung oder Koagulation. Vorzugsweise ist die Leitung eine Rohrleitung. Die Leitung kann über den Auslass des Absperrorgans mit der Formungseinheit verbunden sein. Die Flussrichtung kann auch umgedreht werden, wobei in dieser Ausführungsform der Einlass (mit den Dichtflächen) über die Leitung mit der Formungseinheit verbunden ist.
Formungseinheiten sind hinlänglich bekannt, z.B. wie in der EP 0 700 463 Bl, EP 0 671 492 Bl, EP 0 584 318 Bl, oder der EP 1 463 851 Bl beschrieben. Vorzugsweise umfasst die Formungseinheit Öffnungen, durch die die Masse geformt wird, insbesondere eine Extrusionseinheit , einen Luftspalt, durch den die geformten Formkörper geführt werden und ein Koagulationsbad, in dem die Formkörper erstarren, z.B. durch Lösungsmittelaustausch.
Die vorliegende Erfindung wird weiters durch die folgenden Figuren als Beispiele näher erläutert, ohne auf diese Ausfüh¬ rungsformen der Erfindung beschränkt zu sein.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ab¬ sperrorgan mit einem Ventilgehäuse (1), einem massiven Ver¬ schlusselement (2), welches auf einer Welle (3) im Innenraum des Gehäuses gelagert ist. Zum Innenraum führt ein Einlass (4) und ein Auslass (5) des Absperrorgans. In Sperrposition (Fig. 1A) liegen eine Dichtfläche (6) des Gehäuses mit einer Dichtfläche (7) des Verschlusselements aneinander. In Öffnungsposition (Fig. 1B) ist die Dichtfläche (7) des Verschlusselements von der
Dichtfläche (6) des Gehäuses weg gerichtet. Die Dichtflächen des Verschlusselements sind an einem Vorsprung (8) vorgesehen, wel¬ cher einen höheren Abstand (Radius) zur Achse bzw. zum Mittel¬ punkt aufweist als andere Bereiche des Verschlusselements. Diese anderen Bereiche des Verschlusselements können auch als Vertie¬ fung im Vergleich zum Vorsprung (8) angesehen worden. Ebenso ist die Dichtfläche des Gehäuses an einem Vorsprung vorgesehen, wel¬ cher einen Freiraum (9), der zum Auslass führt, begrenzt.
Fig. 2 zeigt ein ähnliches Absperrorgan wie in Fig. 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass dieses Absperrorgan ein dreiwegiges mit zwei Einlässen (4a, 4b) ist. Jeder Einlass ver¬ fügt über eigene Dichtflächen (6a, 6b) . Das Verschlusselement kann durch Rotation wechselweise einen der beiden Einlässe blockieren (Fig. 2A und 2B) , oder beide Einlässe freigeben (Fig. 2C) , indem die Dichtflächen des Verschlusselements von beiden Einlässen fort gerichtet werden.
Fig. 3A zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ab¬ sperrorgan mit einem Ventilgehäuse (1), einem massiven Ver¬ schlusselement (2), welches auf einer Welle (3) im Innenraum des Gehäuses gelagert ist. Die Welle ist in dieser Ausführungsform nicht durchgängig, d.h. sie wird am Verschlussteilkörper außen angebracht, sodass die Durchflussbohrung (10) frei bleibt. Zum Innenraum führt ein Einlass (4) und ein Auslass (5) des Absperr¬ organs. Dichtflächen (6) des Gehäuses sind an einem Vorsprung vorgesehen bzw. der restliche Raum um das Verschlusselement ist eine Vertiefung. Ebenso ist die ringförmige Dichtfläche des Ver¬ schlusselements auf einem Vorsprung vorgesehen. Eine Vertiefung (11) ist im Randbereich des Verschlusselements zwischen bzw. in¬ nerhalb der Dichtfläche vorgesehen. Durch das Verschlusselement hindurch ist eine Durchflussbohrung (10) für den Hauptdurchfluss von Fluid durch das Schlusselement vorgesehen. In Fig. 3 sind zudem die möglichen Flussrichtungen für das Fluid vom Einlass zum Auslass eingezeichnet, und zwar i) über den Freiraum 9a, ii) über die Durchflussbohrung (10) und anschließend über den Freiraum 9a und iii) über den Freiraum 9b.
Fig. 3B zeigt die räumliche Darstellung auf das Verschlus¬ selement des Absperrorgans der Fig. 3A mit Blickrichtung vom Einlass auf das Verschlusselement, welches teilkugelförmig aus¬ geführt ist.
Fig. 4 zeigt den Kugelhahn der Fig. 3A und 3B in verschiedenen Rotationsorientierungen des Verschlusselements: 4A 0°
(Sperrposition), 4B 25° (teiloffen), 4C 45° (teiloffen) und 4D 90° (vollständige Öffnungsposition); in den teilweisen Öffnungspositionen wird der Freiraum um das Verschlusselement gespült, in der vollständigen Öffnungsposition ist der Freiraum weiterhin mit dem Auslass fluiddurchlässig verbunden.
Fig. 5 zeigt einen vergleichenden Kugelhahn mit zwei Dichtflächenpaaren (6) am Ein- und Auslass. A: vollständig geöffnete Stellung, B: geschlossene Stellung, C: geöffnete Stellung, wobei gekreuzt/ schraffierter der Verlauf des Durchflussstromes und in schwarz hervorgehobener der Spülstrom (Freiraumvolumen) gezeigt ist .
Fig. 6 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 7 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. Der Freiraum wird durch Vertiefungen (11) am Gehäuse und am Verschlusselement (2, 11) gebildet. A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 8 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. Zusätzlich sind in der Nähe des Einlasses nach den
Dichtflächen Bohrungen (12) als Zufluss zum Freiraum vorgesehen. A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 9 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. Zusätzlich sind in der Nähe des Einlasses nach den
Dichtflächen Bohrungen (12) als Zufluss zum Freiraum vorgesehen und weiters eine Verengung (13) in der Durchlassbohrung. A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 10 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. Zusätzlich sind in der Nähe des Einlasses nach den
Dichtflächen Bohrungen (12) als Zufluss zum Freiraum vorgesehen und weiters eine Verengung (13) und ein Lochblech (14) in der Durchlassbohrung vorgesehen. A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 11 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. Zusätzlich sind in der Nähe des Einlasses nach den
Dichtflächen Bohrungen als Zugang zum Freiraum vorgesehen. Es ist keine Durchlassbohrung mittig durch das Verschlusselement vorgesehen. A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 12 zeigt einen Kugelhahn mit einer Dichtfläche (6) am Einlass. Der Durchfluss wird gänzlich über die Freiräume gelei¬ tet (wie in Fig. 1) . A, B und C analog zu Fig. 5.
Fig. 13 zeigt eine Messanordnung zur Ermittlung von Kenngrößen diverser Ausgestaltungsformen des Absperrorgans. Die Messanordnung enthält einen Fluidzufluss und Abfluss und das Absperr¬ organ (21) sowie ein weiteres Absperrorgan (22) und einen Druckmesser ( PI ) .
Beispiele :
Beispiel 1: Flussparameter für viskose Fluide
Zur Ermittlung der erfindungsgemäßen Konfiguration des Absperrorgans ist es notwendig, die innere Geometrie des Absperr¬ organs den Verfahrensbedingungen anzupassen. Würde man lediglich eine Standardarmatur ohne Berücksichtigung der Verfahrens- und Medienparameter einsetzen, käme es bei Variation des Mediums oder der Durchflussmenge zu Betriebszuständen, die eine sichere Führung des Verfahrens nicht mehr gewährleisten.
Die genaue geometrische Ausführung des Absperrorgans sollte daher an Verfahrensbedingungen entsprechend der erfindungsgemäßen Zusammenhänge angepasst werden. Entspricht eine Konfigurati¬ on (die Kombination aus geometrischen Parametern des Absperrorgans und den gegebenen Verfahrensparametern, wie Viskosität, Scherverhalten, Temperatur, ...) nicht den erfindungsgemäßen Parametern, so kann der Austausch von Fluid im Freiraumvolumen zu gering ausfallen, um exotherme Reaktionen, die bei Ablagerungen von thermisch instabilen Fluiden, wie z.B. Cellulo- se/NMMO/Wasser-Gemischen auftreten, zu vermeiden.
Zur „maßgeschneiderten" Konfiguration wurden Versuche unter Betriebsbedingungen durchgeführt um die optimale Geometrie fest¬ zulegen, sodass einerseits die Spülung der Freiräume in ausrei¬ chendem Maße erfolgt, andererseits aber auch vertretbare (nicht zu hohe) Druckverluste beim Durchgang durch das Absperrorgan entstehen .
Die Zusammenhänge zwischen Spaltgeometrie, Geometrie des Verschlusselements, sowie Materialparameter des zu transportie¬ renden Fluids wurden durch iteratives Annähern der Geometrien gefunden .
Zur Anpassung der Geometrien an die Betriebsbedingungen wurde, wie folgt vorgegangen:
Fluid wurde unter Betriebsbedingung (Zusammensetzung, Temperatur, Durchflussmenge) der Versuchsanordnung (siehe Fig. 13) zu¬ geführt .
In einem ersten Schritt bleibt das Drosselorgan (21) geschlossen und die gesamt Fluidmenge (Vp [dm3 /min]) wird über das zu konfigurierende geöffnete Absperrorgan (22) geleitet. Druck (p [bar]) und Durchflussmenge (Vp [dm3 /min]) werden ermittelt und aufgezeichnet.
Im nächsten Schritt wird das Drosselorgan (21) so weit geöffnet, dass sich der zuvor ermittelte Druck einstellt. Im zu konfigurierende Absperrorgan wird das Verschlusselement durch- gangsseitig verschlossen, so dass nur über die Freiräume (Spül¬ spalte) Fluid geführt wird. Der Freiraumstrom (VF [dm3/min]) wird gemessen .
Aus den Messwerten werden folgende Werte errechnet:
• Spaltgeschwindigkeit (vF [m/min]) (Anm. : >0,1):
Freiraumstrom (VF [dm3 /min]) geteilt durch Freiraumquerschnitt, wobei der Freiraumquerschnitt aus n geteilt durch 4 multipliziert mit der Differenz von Durchmesser Gehäuse zum Quadrat (DG 2 [dm2]) abzüglich Durchmesser Verschlussele¬ ment in Durchgangsstellung zum Quadrat (Dv 2 [dm2]) errechnet wird . • Freiraum-Austauschrate (FA [1/min]) (Anm.:>l):
Freiraumstrom (VF [dm3 /min]) geteilt durch das Freiraumvolumen (Fges [dm3]
• Spülstromverhältnis (FV [%]):
Freiraumstrom (VF [dm3 /min]) geteilt durch Produktstrom (VP [dm3 /min] )
• Spülzahl (SZ) (Anm. : >0):
Logarithmus des Ergebnisses aus 1000 mal Spülstromverhält¬ nis (FV [%]) multipliziert mit Spaltgeschwindigkeit (vF
[m/min]) geteilt durch Freiraum-Austauschrate (FA [1/min])
Es hat sich herausgestellt, dass der Freiraum (auch Spülspalt oder Spalt genannt) alleine nicht ausreicht, um im Fall der ge¬ nannten Cellulose/NMMO/Wasser-Gemische eine ausreichende tot- raumfreie Spülung dieses Freiraumes zu erreichen. Erst durch ge¬ eignete Maßnahmen, die das Druckgefälle zwischen Eingang und Ausgang des Absperrorgans erhöhen, war es möglich die erfindungsgemäßen Kennwerte für Spaltgeschwindigkeit (vF [m/min] , Freiraum-Austauschrate (FA [1/min]) und für die Spülzahl (SZ) zu erreichen und dadurch einen sicheren Transport viskoser instabiler Fluide zu ermöglichen.
Geeignete Maßnahmen zur Bereitstellung des nötigen Differenzdrucks sind:
1) Reduktion des Durchlassproduktstroms durch periodisches Ein- drosseln das Verschlusselements
2) Reduktion des Durchgangsdurchmessers des Verschlusselements
3) Einbau eines Widerstands in den Durchgangsdurchmessers des Verschlusselements
4) Leiten des gesamten Produktstroms über den gespülten Freiraum
Beispiele 2-9:
Eine Extrusionslösung, bestehend aus Cellulose, NMMO und Wasser mit einer Cellulose-Konzentration von 12,5% wurde bei einer Temperatur von ca. 94°C zur Verifizierung der Einsetzbarkeit des Absperrorgans eingesetzt. Tabelle :
Figure imgf000025_0001
*) ca. 15° geöffnet
Beispiel 2 (Fig. 5) :
Ein herkömmlich ausgestatteter Kugelhahn mit beheiztem Ge- häuse, Verschlusselement (Kugel) mit freiem Durchgang sowie ein- gangs- und ausgangsseitiger Abdichtung, welche zusammen mit der Kugeloberfläche und dem Gehäuseinnenraum einen abgeschlossenen Hohlraum bilden, wurde in die weiter oben beschriebene Versuchs¬ anordnung eingebaut und getestet.
Der Kugelhahn wies einen Nenndurchmesser von 63 mm auf, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 105 mm, der Durchmesser des Verschlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 96 mm. Das nicht durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 123cm3
Es wurde ein Produktstrom (VP) von 7,3 dm3 /min durchgeleitet.
Bei einer Nenn-Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 2,33 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 0,2bar.
Da keine Spülung des Freiraumes hinter den Dichtungen erfolgte, sind das Spülstromverhältnis, die Nenn-
Spaltgeschwindigkeit , sowie die Freiraum Austauschrate mit 0 an¬ zusetzen, somit konnte auch keine Spülzahl ermittelt werden.
Das Absperrorgan wurde als nicht geeignet für den Einsatzffaallll
Figure imgf000026_0001
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Da im offenen Zustand kein Spülen des Freiraumes möglich war, wurde der Kugelhahn in wiederkehrenden Abständen (3 bis 4 Stunden) zum Spülen bis auf einen Öffnungswinkel von ca. 10 bis 15° geschlossen.
Der Kugelhahn wies einen Nenndurchmesser von 63 mm auf, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 102 mm, der Durchmesser des Verschlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 96 mm. Das in periodischen Abständen durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 59cm3. Es wurde ein Produktstrom (VP) von 5,98 dm3/min durchgeleitet. Bei einer Nenn-Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 1,92 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 2,7bar.
Da die Spülung des Freiraumes hinter der Dichtung periodisch erfolgte, wurden während des Spülvorgangs die Kennzahlen ermit¬ telt, dabei ergab sich ein Spülstromverhältnis (FV) von 2,1%, die Nenn-Spaltgeschwindigkeit (vF) betrug 0,13 m/min, die Frei¬ raum Austauschrate (FA) wurde auf einen Wert von 2,13 berechnet, somit Spülzahl (SZ) von 0,123.
Das Absperrorgan wurde als geeignet für den Einsatzfall ve¬ rifiziert, dies ist durch die ermittelten Kennzahlen bestätigt.
Beispiel 5 (Fig. 8) :
Ein Kugelhahn gemäß Beispiel 3, jedoch mit einer Kugel versehen, welche radial angeordnete Bohrungen zur Verbindung des Durchlassraumes mit dem Freiraum aufwies wurde den oben ange¬ führten Tests unterzogen. Die Bohrungen waren derart angeordnet, dass ein Teilstrom des Produktstromes direkt an die Dichtlippe des Freiraums herangeführt wurde und somit sowohl Dichtung als auch Freiraum kontinuierlich gespült werden konnten.
Das Verschlusselement (die Kugel) wies einen durchgängig freien Durchgang von 54mm auf.
Der Kugelhahn hatte einen Nenndurchmesser von 54 mm, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 105 mm, der Durchmesser des Ver¬ schlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 96 mm. Das durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 150cm3.
Es wurde ein Produktstrom (VP) von 7,29 dm3 /min durchgeleitet. Bei einer Nenn-Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 3,19 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 0,3bar.
Die Spülung des Freiraumes hinter der Dichtung erfolgte kontinuierlich, dabei wurden folgende Kennzahlen ermittelt: ein Spülstromverhältnis (FV) von 0,3%, die Nenn-Spaltgeschwindigkeit (vF) betrug 0,01 m/min, die Freiraum Austauschrate (FA) wurde auf einen Wert von 0,13 berechnet, somit ergab sich eine Spülzahl (SZ) von -0, 677.
Obwohl Spülkanäle vorgesehen waren, kann aufgrund der geringen Spülung des Freiraumes in der vollständigen Offenposition nicht von einer zuverlässigen Durchspülung ausgegangen werden, somit ist diese Konfiguration nicht für den Einsatz geeignet. Um eine Spülung des Freiraums zu ermöglichen ist ein Verdrehen des Verschlusselements in eine Spülposition (15°-75°) erforderlich, wobei dennoch in Bereichen hinter der Dichtung zwischen den Bohrungen (12) Toträume entstehen können.
Beispiel 6 (Fig. 9)
Das Verschlusselement (die Kugel) wies eine in Flussrichtung sich verjüngende Durchgangsbohrung zur Erhöhung des Druckgefälles auf.
Der Kugelhahn hatte einen Nenndurchmesser von 63 mm, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 105 mm, der Durchmesser des Ver¬ schlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 96 mm. Das durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 87cm3. Es wurde ein Produktstrom (VP) von 7,11 dm3/min durchgeleitet. Bei einer Nenn- Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 2,28 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 1,4 bar.
Die Spülung des Freiraumes hinter der Dichtung erfolgte kontinuierlich, dabei wurden folgende Kennzahlen ermittelt: ein Spülstromverhältnis (FV) von 2,5%, die Nenn-Spaltgeschwindigkeit
(vF) betrug 0,13 m/min, die Freiraum Austauschrate (FA) wurde auf einen Wert von 2,05 berechnet, somit ergab sich eine Spülzahl
(SZ) von 0,184.
Das Absperrorgan wurde als geeignet für den Einsatzfall ve¬ rifiziert, dies ist durch die ermittelten Kennzahlen bestätigt.
Beispiel 7 (Fig. 10) :
Ein Kugelhahn gemäß Beispiel 6, jedoch wurde zusätzlich zur sich verjüngenden Durchgangsbohrung in die Kugelbohrung noch ein Widerstandselement (Platte mit Bohrungen) eingesetzt.
Der Kugelhahn wies einen Nenndurchmesser von 63 mm auf, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 102 mm, der Durchmesser des Verschlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 96 mm. Das durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 67 cm3.
Es wurde ein Produktstrom (VP) von 5,21 dm3 /min durchgeleitet. Bei einer Nenn-Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 1,67 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 2,6 bar.
Die Spülung des Freiraumes hinter der Dichtung erfolgte kontinuierlich, dabei wurden folgende Kennzahlen ermittelt: ein Spülstromverhältnis (FV) von 3,1%, die Nenn-Spaltgeschwindigkeit
(vF) betrug 0,17 m/min, die Freiraum Austauschrate (FA) wurde auf einen Wert von 2,43 berechnet, somit ergab sich eine Spülzahl
(SZ) von 0,345.
Das Absperrorgan wurde als geeignet für den Einsatzfall ve¬ rifiziert, dies ist durch die ermittelten Kennzahlen bestätigt.
Beispiel 8 (Fig. 11) :
Ein Kugelhahn gemäß Beispiel 6, jedoch wurde die Durchgangs¬ bohrung komplett verschlossen, so dass der gesamte Produktstrom über die radial nach außen laufenden Spülbohrungen durch den Freiraum hindurch zum Ablauf des Absperrorgan geleitet wurde. Der Kugelhahn wies einen Nenndurchmesser von 63 mm auf, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 111 mm, der Durchmesser des Ver¬ schlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 96 mm. Das durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 164cm3.
Es wurde ein Produktstrom (VP) von 4,95 dm3/min durchgeleitet. Bei einer Nenn-Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 1,59 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 2,8 bar.
Es wurden folgende Kennzahlen ermittelt: ein Spülstromverhältnis (FV) von 100%, die Nenn-Spaltgeschwindigkeit (vF) betrug 2,03 m/min, die Freiraum Austauschrate (FA) wurde auf einen Wert von 30,14 berechnet, somit ergab sich eine Spülzahl (SZ) von 1, 828.
Das Absperrorgan wurde als geeignet für den Einsatzfall ve¬ rifiziert, dies ist durch die ermittelten Kennzahlen bestätigt.
Beispiel 9 (Fig. 12) :
Ein Kugelhahn gemäß Beispiel 8, wobei das Verschlusselement ohne einlaufseitige Vertiefung und ohne Spülbohrungen vorgesehen wurde. Das Verschlusselement (die Kugel) wurde quer zur Strö¬ mungsrichtung zylinderförmig auf einen kleineren Durchmesser abgedreht um eine leichtere Durchströmung des Freiraums zu gewähr¬ leisten . Der Kugelhahn wies einen Nenndurchmesser von 63 mm auf, der Gehäuseinnendurchmesser (DG) betrug 102 mm, der Durchmesser des Verschlusselements quer zur Durchgangsrichtung (Dv) betrug 72 mm (zylindrisch) .
Das durchströmte Freiraumvolumen (Fges) betrug 329 cm3.
Es wurde ein Produktstrom (VP) von 5,74 dm3 /min durchgeleitet. Bei einer Nenn-Strömungsgeschwindigkeit (vN)von 1,84 m/min ergab sich dabei ein Druckverlust (p) von ca. 0,5 bar.
Es wurden folgende Kennzahlen ermittelt: ein Spülstromverhältnis (FV) von 100%, die Nenn-Spaltgeschwindigkeit (vF) betrug 1,4 m/min, die Freiraum Austauschrate (FA) wurde auf einen Wert von 17,470 berechnet, somit ergab sich eine Spülzahl (SZ) von 1, 904.
Das Absperrorgan wurde als besonders geeignet für den Ein¬ satzfall verifiziert, dies ist durch die ermittelten Kennzahlen bestätigt .

Claims

Patentansprüche :
1. Absperrorgan, das ein Ventilgehäuse (1) mit einem Innenraum sowie mindestens einem Einlass (4) und mindestens einem Auslass
(5) und ein Verschlusselement (2) aufweist, welches um eine Ach¬ se drehbar im Innenraum gelagert ist, wobei zwischen dem Verschlusselement (2) und dem Ventilgehäuse (1) ein Freiraum (9) zum Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass (4, 5) vorliegt, und an dem mindestens einen Einlass (4) zwischen Ven¬ tilgehäuse (1) und Verschlusselement (2) ein Dichtflächenpaar
(6, 7) vorgesehen ist, wobei die Dichtfläche (7) des Verschlus¬ selements (2) durch Rotation des Verschlusselements (2) schwenk¬ bar ist und in Sperrposition des Absperrorgans den Einlass (4) durch fluiddichtes Anliegen an der Dichtfläche (6) des Ventilge¬ häuses (1) versperrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Dichtflächen (6, 7) zur Achse oder zum Mittelpunkt des Verschlusselements (2) größer ist als der Abstand der Achse bzw. des Mittelpunkts zu anderen äußeren Bereichen des Verschlussele¬ ments (2), um den Freiraum (9) zu bilden, der in der Sperrposition mit dem Auslass (5) fluiddurchlässig verbunden ist
und/oder
der Abstand der Dichtflächen (6, 7) zur Achse oder zum Mittelpunkt des Verschlusselements (2) kleiner ist als der Abstand der Achse bzw. des Mittelpunkts zu anderen Bereichen des Ventilge- häuseinnenraums , um den Freiraum (9) zu bilden, der in der
Sperrposition mit dem Auslass (5) fluiddurchlässig verbunden ist .
2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (2) und/oder der Innenraum des Ventilge¬ häuses (1) derart ausgelegt ist, dass in einer Durchlassposition
• der Differenzdruck zwischen Ein- und Auslass, welcher durch das Absperrorgan gebildet wird, mindestens 0,4 bar;
• das Spülstromverhältnis gebildet durch den Freiraumstrom ge¬ teilt durch den gesamten Fluidstrom mindestens 0.1 % ist;
• die Nenn-Spaltgeschwindigkeit gebildet durch den Freiraum¬ strom geteilt durch Freiraumquerschnitt mindestens 0,1 m/min; und/oder
• die Freiraum-Austauschrate gebildet durch den Freiraumstrom geteilt durch das Freiraumvolumen mindestens 1 1/min; ist .
3. Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Freiraums (9) zwischen dem Ventilgehäu¬ se (1) und dem Verschlusselement (2) in einer teilweisen
und/oder vollständigen Öffnungsposition des Absperrorgans auf die Viskosität des Fluids abgestimmt und zumindest so groß ist, dass im Freiraum (9) zu beiden Seiten der Achse eine Spülströ¬ mung erzielt wird.
4. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (2) zur periodischen Spülung des Freiraums (9) hinter dem Dichtflächenpaar (6, 7) eingerichtet ist.
5. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Verschlusselements (2) im Mit¬ telpunkt des Verschlusselements (2) angeordnet ist.
6. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (2) teilkugelförmig ist und/oder einen kugelsegmentförmigen Absperrteil (8) mit der
Dichtfläche (7) aufweist.
7. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (6; 7) des Ventilgehäuses (1) und/oder des Verschlusselements (2) auf einem Abdichtvorsprung angeordnet ist und/oder in Ansicht innerhalb der Dichtfläche (7) des Verschlusselements (2) am äußeren Bereich eine Vertiefung (11) vorgesehen ist.
8. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (6; 7) des ventilgehäuses (1) und/oder des Verschlusselements (2), insbesondere auf einem Ab¬ dichtvorsprung, in Ansicht kreisförmig ist.
9. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen (6, 7) am Einlass (4) ange¬ ordnet sind und der Auslass (5) frei von einem Abdichtelement ist .
10. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (9) durch eine Vertiefung, ins¬ besondere eine durch die Dichtfläche (6; 7) oder den Abdichtvor¬ sprung begrenzte Vertiefung, gebildet wird, wobei das Ventilge¬ häuse (1) zum Innenraum hin und/oder das Verschlusselement (2) zum Ventilgehäuse (1) hin die Vertiefung aufweist.
11. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum teilkugelförmig oder zylindrisch ist.
12. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement eine Bohrung (10) zum Durchfluss eines Fluids zwischen Ein- und Auslass in Öffnungspo¬ sition des Organs aufweist, wobei vorzugsweise weitere Verbin¬ dungsbohrungen (12) die Bohrung (10) mit dem Freiraum fluid- durchlässig verbinden.
13. Absperrorgan nach Anspruch 12, wobei die Bohrung (10) vor dem Auslass (5) eine Verengung (13) und/oder ein Strömungswiderstandselement (14), vorzugsweise eine Lochplatte, aufweist.
14. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement ein massiver Körper oh¬ ne Durchflussbohrung normal zur Achse ist.
15. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse und/oder das Verschlussele¬ ment aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, wobei es vorzugsweise eisenhaltig ist.
16. Verwendung eines Absperrorgans nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Steuerung des Durchflusses eines Fluids, wobei in ei¬ ner Durchlassposition oder Freiraum-Spülposition des Verschlusselements
• der Differenzdruck zwischen Ein- und Auslass, welcher durch das Absperrorgan gebildet wird, mindestens 0,4 bar;
• das Spülstromverhältnis gebildet durch den Freiraumstrom ge¬ teilt durch den Strom durch die Bohrung (10) mindestens 0.1 % ist;
• die Nenn-Spaltgeschwindigkeit gebildet durch den Freiraum¬ strom geteilt durch Freiraumquerschnitt mindestens 0,1 m/min; und/oder
• die Freiraum-Austauschrate gebildet durch den Freiraumstrom geteilt durch das Freiraumvolumen mindestens 1 1/min;
ist .
17. Verwendung eines Absperrorgans nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einer Leitung beim Transport chemisch instabiler Fluide, wobei vorzugsweise das chemisch instabile Fluid bei Ablage¬ rung im Absperrorgan explosionsgefährdet ist.
18. Verwendung eines Absperrorgans nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Formmasse, vorzugs¬ weise eine Spinnmasse, ist, und/oder wobei das Fluid eine Cellu- lose-lösung, vorzugsweise eine Lösung von Cellulose mit einem Aminoxid, insbesondere bevorzugt mit NMMO, ist.
19. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einer fluiden Formmasse, umfassend Transportieren einer fluiden Formmasse durch eine Leitung mit einem Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder unter Verwendung eines Absperrorgans nach ei¬ nem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Leitung über den Auslass des Absperrorgans zu einer Formungseinheit führt, insbesondere einem Extruder, mit Öffnungen, durch welche die Formmasse ge- presst und dadurch geformt wird, und Verfestigen der Formmasse, vorzugsweise durch Erstarrung oder Koagulation.
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