DE3915915C2 - Einrichtung zum Durchführen von thermischen Verfahren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Durchführen von
thermischen Verfahren, mit einem Gefäß, ggf. in Form eines
Autoklaven, das mit einem Wärmezuführraum für ein
Wärmeträgermedium versehen ist oder dessen Innenraum mit einem
Wärmezuführraum für ein Wärmeträgermedium über ein
wärmeleitendes Material verbunden ist, wobei der
Wärmezuführraum in Form eines Mantelraumes
ausgebildet ist, und einem den Wärmezuführraum enthaltenden
Rezirkulationskreis für das Wärmeträgermedium, in den eine
Umlaufpumpe eingeschaltet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung
eignet sich besonders für die Anwendung in der Chemie-,
Arzneimittel-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie.
Die am meisten verbreitete derartige Einrichtung in den vorher
erwähnten Industriezweigen ist das mit einem Mantel oder mit
einer anderen wärmedurchlässigen Fläche versehene Gefäß, der
sog. Autoklav, welcher für die fraktionierte Durchführung
verschiedener chemischer Vorgänge und Reaktionen geeignet ist.
Der Autoklav kann universell angewendet werden, aber die zur
Zeit angewendete Art der Einführung der energietragenden Medien
in den Mantel bzw. in einen anderen energieleitenden Geräteteil
ermöglicht nicht die wirtschaftliche Anwendung, also die
genügende Kühlung bzw. Heizung und den zuverlässigen Schutz des
Konstruktionsmaterials oder der Umhüllung des Gerätes gegen
Wärmeschock.
Deshalb ist die Qualität des erhaltenen Produktes oft nicht
adäquat oder die einzelnen Produktionsmengen sind nicht
homogen.
Darüber hinaus arbeiten diese Geräte mit Anwendung von viel
Material, Energie und Arbeitskraft.
Besonders in der Arzneimittelindustrie kommt es öfter vor, daß
in dem gleichen Autoklaven mehrere Produkte hergestellt werden
bzw. daß mehrere aufeinander folgende Produktionsschritte bis
zum herzustellenden Endprodukt - für die oft eine
unterschiedliche Kühlung oder Erwärmung angewendet wird - im
gleichen Gerät durchgeführt werden. Dies bedeutet im Autoklaven
bei teuren, speziell struktruierten Materialien eine bedeutende
Ersparnis, gleichzeitig ist aber die Ausbildung komplizierter
Rohrleitungs- und Absperrarmaturensysteme notwendig.
Es ist eine Ausführungsform bekannt, bei der an den Mantel des
Autoklaven bzw. an die an eine andere wärmedurchlassende Fläche
angrenzende Kontaktfläche die die verschiedenen
Wärmeträgermedien enthaltenden Leitungen über
Zweistellungs-Schließarmaturen angeschlossen sind. Außerdem
sind an den Autoklaven über gesonderte Regelungsventile die
Ableitung dieser Wärmeträgermedien sicherstellende Leitungen
angeschlossen.
Bei dieser bekannten Ausführungsform wird die
Einlaßgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums in den
wärmeleitenden Raum bzw. in den Mantelraum des Autoklaven durch
den Leitungsdruck des entsprechenden Wärmeträgermediums sowie
durch die Einstellung des Regelventils der die Ableitung
gewährleistenden Leitung bei Anwendung eines Autoklaven
gegebener Konstruktion bestimmt.
Bei dieser bekannten Ausführungsform wird einerseits die
adäquate Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums zum
Erreichen des gewünschten Wärmeübertragungsfaktors nicht
sichergestellt, andererseits benötigt sie eine sehr
komplizierte Regelung wegen der gesonderten Regelung des
Durchsatzes des Wärmeträgermediums.
Um ein falsches Bedienen zu vermeiden, benötigt diese
Ausführungsform eine besonders komplizierte mechanische bzw.
elektrische Verriegelung.
Es ist auch eine Ausführungsform bekannt, bei der das jeweilige
Wärmeträgermedium zum Mantelraum des Autoklaven von einer
Umlaufpumpe bewegt wird, welcher an die Saugseite der
Umlaufpumpe über das Leitungsregelungsventil für das
wärmableitende Medium angeschlossen ist, von dessen Einstellung
das Verhältnis des über die Umlaufpumpe eingesaugten und in den
Mantelraum des Autoklaven geleiteten frischen
Wärmeträgermediums bestimmt wird, (Chemiker-Zeitung 94 (1970) Nr. 11 Seiten 411-416).
Bei dieser Ausführungsform muß man natürlich mit einer
gesonderten Armatur für die Ableitung der durch die frische
Wärmeträgermediummenge verdrängten verbrauchten
Wärmeträgermediummenge sorgen.
Dies wird im allgemeinen über den in die Rücklaufleitung des
jeweiligen Wärmeträgermediums eingeschalteten Druckregler
sichergestellt.
Mit dieser bekannten Ausführungsform kann ein relativ guter
Wärmeübertragungsfaktor erreicht werden; es ist nur ungünstig,
daß für das Wärmeträgermedium ein gesondertes Regelungsventil
angeordnet werden muß, währenddessen die Zurückführung des
Mediums einen gesonderten, sehr komplizierten Druckregler
erfordert.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführungsform ist, daß
diese rezirkulierte Mediummenge nur solange unter dem Druck der
äußeren, das Wärmeträgermedium enthaltenden Leitung steht, wie
das das Wärmeträgermedium ein führende Regelungsventil offen
ist.
Wenn das Regelungsventil geschlossen und das System undicht
ist, kann es zum Verlust des Wärmeträgermediums, ggf.
Flüssigkeit führen.
Dieses erwähnte Rezirkulationssystem ist wegen des vorher
beschriebenen Nachteils nicht geeignet, es bei mehrzieligen,
mit mehreren Wärmeträgermedium arbeitenden Einrichtungen
anzuwenden.
Das Ziel dieser Erfindung ist es, das Anwendungsgebiet für die
an sich bekannte Wärmezufuhr bzw. den Wärmeentzug durch
rezirkuliertes Wärmeträgermedium zu erweitern und die
Verwirklichung der Wärmebehandlungsvorgänge in der Chemie-,
Arzneimittel-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie durch eine
Vereinfachung der Regelungstechnik sowie eine Steigerung der
Wirksamkeit zu vereinfachen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, und derart auszubilden, daß die
Anzahl der geregelten Bedienungsorgane der zu ihrer Betätigung
auch flüssiges Wärmeträgermedium benötigenden
Wärmebehandlungseinrichtung verringert und ferner der während
der Zirkulation evtl. auftretenden Flüssigkeitsverlust ersetzt
werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in die
Wärmeträgermedium-Auslaßleitung ein von einer
Temperatursteuervorrichtung gesteuertes
Flüssigkeitsregelungsventil eingeschaltet ist, und daß an den
Rezirkulationskreis vor der Umlaufpumpe, die von der
Temperatursteuervorrichtung gesteuert wird, wenigstens eine
Wärmeträgermedium-Zuführleitung über ein von der
Temperatursteuervorrichtung gesteuertes
Wärmeträgermedium-Zuführventil angeschlossen ist.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, daß an den Rezirkulationskreis
als Wärmeträgermedium-Zuführleitungen eine Wasserleitung und
eine Salzsoleleitung über ein Wasserzuführventil bzw. ein
Salzsolezuführventil angeschlossen sind.
Bei der einen vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Wärmeträgermedium-
Auslaßleitung an dem oberen Teil des Mantelraumes angeschlossen
und an die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung zwischen dem
Wärmezuführraum und dem Flüssigkeitsregelungsventil ist über
ein Oberventil ein Oberniveauschalter angeschlossen, weiterhin
ist zwischen der Saugseite der Umlaufpumpe und dem Mantelraum
ein Dampf-Wasser-Mischer und ein Unterniveauschalter
eingeschaltet und an den Dampf-Wasser-Mischer ist über ein
Dampfregelungsventil eine Dampfleitung angeschlossen, und
zwischen der Druckseite der Umlaufpumpe und dem Mantelraum ist
ein Umlaufventil angeordnet, wobei das Oberventil, das
Umlaufventil und das Dampfregelungsventil an jeweils einen
Ausgang der Temperatursteuervorrichtung und der
Oberniveauschalter und der Unterniveauschalter an jeweils einen
Eingang der Temperatursteuervorrichtung angeschlossen sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Einrichtung ist an den Rezirkulationskreis
zwischen dem Umlaufventil und dem Mantelraum ein
Kondenswasserauslaßventil und ein erstes Auslaßventil
angeschlossen, dessen andere Seite an den Rezirkulationskreis
zwischen den Dampf-Wasser-Mischer und den Unterniveauschalter
geschaltet ist, wobei zwischen dem Rezirkulationskreis hinter
der Umlaufpumpe und vor dem Umlaufventil und der Auslaßleitung
ein zweites Auslaßventil angeschlossen ist und an die
Auslaßleitung ein Wasserauslaßventil und ein
Salzsoleauslaßventil angeschlossen sind, wobei weiter zwischen
dem Wasserzuführventil und der Wasserzuführleitung ein
Druckhaltegefäß und ein Rückschlagventil angeordnet sind und an
dem Druckhaltegefäß bevorzugt ein Druckschalter angeschlossen
ist, wobei das Kondenswasserauslaßventil, das erste
Auslaßventil, das zweite Auslaßventil, das Wasserauslaßventil
und das Salzsoleauslaßventil an jeweils einen Ausgang der
Temperatursteuervorrichtung und der Druckschalter an einen
Eingang der Temperatursteuervorrichtung angeschlossen sind.
Die erfindungsgemäße Einrichtung und deren Funktion werden
anhand Fig. 1 näher erläutert.
In Fig. 1 ist das Schaltschema der erfindungsgemäßen
Ausführungsform zu sehen.
Die aus Fig. 1 ersichtliche erfindungsgemäße Einrichtung weist
einen mit einem Außenmantel 22 und mit einem Innenmantel 21
versehenen an sich bekannten Autoklaven 19 auf, in dessen
Innenraum 24 ein Mischer 20 angeordnet ist.
Zwischen dem Außenmantel 22 und dem Innenmantel 21 des
Autoklaven 19 ist ein Mantelraum 23 ausgebildet.
An den unteren Teil des Mantelraumes 23 ist über ein
Umlaufventil 9 die Druckseite der Umlaufpumpe 15 angeschlossen,
währenddessen an den oberen Teil der einen Seite des
Mantelraumes über den Dampf-Wasser-Mischer 14, die
Einlaßleitung 30 und den Unterniveauschalter 12 die Saugseite
der Umlaufpumpe 15 angeschlossen ist.
An die Einlaßleitung 30 sind einerseits über das
Wasserzuführventil 1, das druckhaltende Gefäß 16 und das
Rückschlagventil 18 die Wasserleitung 27, und andererseits über
das Salzsolezuführventil 3 die Salzsoleleitung 28
angeschlossen.
An das druckhaltende Gefäß 16 ist der Druckschalter 17
angeschlossen.
Zwischen dem Umlaufventil 9 und dem Mantelraum 23 ist die eine
Seite des ersten Auslaßventils 8 angeschlossen, währenddessen
die andere Seite des Auslaßventils 8 an die Einlaßleitung 30
abgeschlossen ist.
Die Druckseite der Umlaufpumpe 15 ist über das zweite
Auslaßventil 10 an die Auslaßleitung 26 angeschlossen, in die
das Wasserauslaßventil 4 und das Salzsoleauslaßventil 5
eingeschaltet sind.
Zwischen dem Umlaufventil 9 und dem Mantelraum 23 ist die eine
Seite des Kondenswasserauslaßventil 6 angeschlossen.
An die andere Seite des Mantelraumes 23 ist über das
Oberventil 7 ein Oberniveauschalter 13 angeschlossen, weiterhin
ist zwischen dieser oberen Seite des Mantelraumes 23 und der
Auslaßleitung 26 ein Flüssigkeitsregelungsventil 11 angeordnet.
An den Dampf-Wasser-Mischer 14 ist über das
Dampfregelungsventil 2 eine Dampfleitung 29 angeschlossen.
Das Zuführventil 1, das Dampfregelungsventil 2, das
Salzsoleeinzuführventil 3, das Wasserauslaßventil 4, das
Salzsoleauslaßventil 5, das Kondenswasserauslaßventil 6, das
Oberventil 7, das erste Auslaßventil 8, das Umlaufventil 9, das
zweite Auslaßventil 10, das Flüssigkeitsregelungsventil 11
sowie der Steuereingang der Umlaufpumpe 15 sind an den
Ausgängen der Steuervorrichtung 25, und der Unterniveauschalter
12, der Oberniveauschalter 13 und der Ausgang des
Druckschalters 17 sind an den Eingängen der Steuervorrichtung
25 angeschlossen.
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet
wie folgt:
Bei der flüssigkeitsabkühlenden Betriebsart wird das leere
System durch Öffnen des Wasserzuführventils 1 oder des
Salzsolezuführventils 3 im geschlossenen Zustand des ersten
Auslaßventils 8, des Kondenswasserauslaßventils 6, des zweiten
Auslaßventils 10 und des Flüssigkeitsregelungsventils 11
solange aufgefüllt, bis der Oberniveauschalter 13 den
aufgefüllten Zustand der Steuervorrichtung 25 anzeigt.
Dann schließt die Steuervorrichtung 25 das Oberventil 7 und
schaltet die Umlaufpumpe 15 ein.
Bei der Zirkulation wird das Flüssigkeitsregelungsventil 11,
entsprechend der eingestellten Temperaturwerte, von der
Steuervorrichtung 25 so weit geöffnet, daß mittels der aus dem
Zirkulationskreis der Salzsole beziehungsweise des Wassers
abgezogenen Wärmemenge die Innenraumtemperatur 24 des
Autoklaven 19 auf dem vorgeschriebenen Temperatur gehalten
wird.
Die als Wärmeträgermedium angewendete Flüssigkeit kann
natürlich eine beliebige, technologisch geeignete Flüssigkeit,
z. B. ggf. auch Petroleum sein.
Während der Zirkulation ist das entsprechende Medium, z. B. das
die Einführung des Wassers bzw. Salzsole gewährleistende
Zweistellungsventil, z. B. Wasserzuführventil 1 bzw.
Salzsolezuführventil 3 ganz offen, so daß evtl. abfließendes
Wärmeträgermedium sofort aus der entsprechenden Leitung, z. B.
der Wasserleitung 27 bzw. Salzsoleleitung 28 ersetzt wird.
Aus der zirkulierenden Flüssigkeit wird entsprechend der Menge
der je nach der jeweiligen Stellung des
Flüssigkeitsregelungsventils 11 und den Druckverhältnissen
nachgefüllten wärmetragenden Flüssigkeit "erschöpfte"
Flüssigkeit entweder über das Flüssigkeitsregelungsventil 11,
oder über die Auslaßleitung 26 oder über das Wasserauslaßventil
4 bzw. Salzsoleauslaßventil 5 abgeführt.
Nach dem Abführen der Salzsole durch das Salzsoleauslaßventil 5
kann von der Salzsolekühlung gewechselt werden, was dadurch
erleichtert wird, daß das System mit Hilfe der Umlaufpumpe 15
über das erste Auslaßventil 8 sowie das zweite Auslaßventil 10
vollkommen entleert werden kann.
Der entleerte Zustand des Systems wird von dem
Unterniveauschalter 12 der Steuervorrichtung 25 angezeigt,
welche danach einen Befehl zum Beginnen der nächsten
technologischen Arbeit, z. B. Wasserkühlung gibt.
Beim Wechseln von Wasserkühlung zu Wasserheizung wird unter der
Steuerung der Steuervorrichtung 25 eine der Stellung des
Dampfregelungsventils 2 entsprechende Menge Dampf im
Dampf-Wasser-Mischer 14 kondensiert und das Kondensat in das
zirkulierende Wasser eingeführt.
Die aus dem im Dampf-Wasser-Mischer 14 kondensierten Dampf
gewonnene Wassermenge würde natürlich die Menge des
zirkulierenden Wassers erhöhen. Damit dies vermieden werden
kann, wird die überflüssige Wassermenge in dem Druckhaltegefäß
16 aufgefangen, worin eine überhöhte Drucksteigerung durch den
Druckschalter 17 verhindert wird, welcher beim Erreichen des
eingestellten Druckwertes der Steuervorrichtung 25 ein Signal
gibt, die daraufhin das Oberventil 7 öffnet, und das Austreten
der überflüssigen Wassermenge über den Oberniveauschalter 13 in
den Kanal gewährleistet.
Das Eintreten des Kondenswassers in die Wasserleitung 27 wird
durch das Rückschlagventil 18 verhindert.
Das System steht natürlich auch bei Wasserheizung unter dem
Druck der Wasserleitung 27.
Bei Dampfheizung funktioniert die Umlaufpumpe nicht, weil dann
der Dampf aus der Dampfleitung 29 durch das Regelungsventil 2
in den Mantelraum 23 des Autoklaven gelangt und dort
kondensiert wird. Die Kondenswasserableitung wird durch die
Funktion des an den ersten Teil des Mantelraumes 23
angeschlossenen Kondenswasserauslaßventil 6 sichergestellt.
Aus dem oben erwähnten Ausführungen ist ersichtlich, daß bei
der Anwendung irgendeiner Flüssigkeit als Wärmeträgermedium die
Menge der ein- bzw. ausströmenden Flüssigkeit in das
Umlaufsystem allein durch die jeweilige Stellung des
Flüssigkeitsregelungsventils 11 festgelegt wird, natürlich
außer dem ständigen Leitungsdruck. So wird bei Anwendung
irgendeines flüssigen Wärmeträgermediums des die Änderung der
entsprechenden Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme durch das
Flüssigkeitsregelungsventil 11 sichergestellt.
Für das Einführen des jeweiligen Wärmeträgermediums wird
außerdem nur je ein Zweistellungsventil benötigt, z. B. das
Wasserzuführventil 1 bzw. das Salzsolezuführventil 3, weil die
Aufgabe der Regelung durch die gesteuerte Betätigung des
Flüssigkeitsregelungsventils 11 sichergestellt wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß durch
deren geringe Anzahl von gesteuerten Elementen im Vergleich zu
den bekannten Ausführungsformen eine wesentlich einfachere
Regelung ermöglicht wird, und zwar praktisch bei Anwendung von
beliebigen flüssigen Wärmeträgermedien.
Ein anderer Vorteil liegt darin, daß der Übergang beim Wechseln
von Kühlung in Heizung praktische vollkommen kontinuierlich
geschehen kann, also die Temperaturtransiente verringert bzw.
vermieden werden können; so erleidet das im Autoklaven
behandelte Material keinen Wärmeschock.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die kontinuierlichen Übergänge
zugleich den adäquaten Schutz des Autoklaven gegen zu schnelle,
evtl. zu Beschädigungen führende Temperatureinwirkungen
gewährleisten.
Claims (3)
1. Einrichtung zum Durchführen von thermischen Verfahren, mit
einem Gefäß, ggf. in Form eines Autoklaven, das mit einem
Wärmezuführraum für ein Wärmeträgermedium versehen ist oder
dessen Innenraum mit einem Wärmezuführraum für ein
Wärmeträgermedium über ein wärmeleitendes Material verbunden
ist, wobei der Wärmezuführraum in Form eines
Mantelraumes ausgebildet ist, und einem den Wärmezuführraum
enthaltenden Rezirkulationskreis für das Wärmeträgermedium, in
den eine Umlaufpumpe eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) ein von einer
Temperatursteuervorrichtung (25) gesteuertes
Flüssigkeitsregelungsventil (11) eingeschaltet ist, und daß an
den Rezirkulationskreis vor der Umlaufpumpe (15), die von der
Temperatursteuervorrichtung gesteuert wird, wenigstens eine
Wärmeträgermedium-Zuführleitung (27, 28) über ein von der
Temperatursteuervorrichtung (25) gesteuertes
Wärmeträgermedium-Zuführventil (1, 3) angeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) an den oberen
Teil des Wärmezuführraumes (23) angeschlossen ist, daß an
die Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) zwischen dem
Wärmezuführraum (23) und dem Flüssigkeitsregelungsventil
(11) ein Oberniveauschalter (13) über ein Oberventil (7)
angeschlossen ist, daß in den Rezirkulationskreis vor der
Umlaufpumpe (15) ein Dampf-Wasser-Mischer (14) und ein
Unterniveauschalter (12) eingeschaltet sind, daß an den
Dampf-Wasser-Mischer (14) über ein Dampfregelungsventil (2)
eine Dampfleitung (29) angeschlossen ist, daß in den
Rezirkulationskreis hinter der Umlaufpumpe (15) ein
Umlaufventil (9) eingeschaltet ist, und daß das Oberventil
(7), das Umlaufventil (9) und das Dampfregelungsventil (2)
an jeweils einen Ausgang der Temperatursteuervorrichtung
(25) und der Oberniveauschalter (13) und der
Unterniveauschalter (12) an jeweils einen Eingang der
Temperatursteuervorrichtung (25) angeschlossen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an
den Rezirkulationskreis zwischen dem Umlaufventil (9) und
dem Wärmezuführraum (23) ein Kondenswasserauslaßventil (6)
und ein erstes Auslaßventil (8) angeschlossen sind, dessen
andere Seite an den Rezirkulationskreis zwischen dem
Dampf-Wasser-Mischer (14) und dem Unterniveauschalter (12)
angeschlossen ist, daß zwischen dem Rezirkulationskreis
hinter der Umlaufpumpe (15) und vor dem Umlaufventil (9) und
der Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) ein zweites
Auslaßventil (10) angeschlossen ist, daß an die
Wärmeträgermedium-Auslaßleitung (26) ein Wasserauslaßventil
(4) und ein Salzsoleauslaßventil (5) angeschlossen sind, daß
zwischen dem Wasserzuführventil (1) und der
Wasserzuführleitung (27) ein Druckhaltegefäß (16) und ein
Rückschlagventil (18) angeordnet sind, daß an den
Druckhaltegefäß (16) ein Druckschalter (17) angeschlossen
ist und daß das Kondenswasserauslaßventil (6), das erste
Auslaßventil (8), das zweite Auslaßventil (10), das
Wasserauslaßventil (4) und das Salzsoleauslaßventil (5) an
jeweils einen Ausgang der Temperatursteuervorrichtung (25)
und der Druckschalter (17) an einen Eingang der
Temperatursteuervorrichtung (25) angeschlossen sind.
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