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Dokumentenidentifikation DE69409004T2 13.08.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0731728
Titel STRUKTURELEMENT FÜR EINE VORRICHTUNG ZUR WARMBEHANDLUNG VON KORROSIVEN MATERIALIEN UNTER SPANNUNG
Anmelder Telenor S.A., Puteaux, FR
Erfinder RECHER, Gilles, F-59700 Marcq-en-Baroeul, FR;
BIELARSKI, Zdzislaw, F-62223 Ste Catherine, FR
Vertreter H. Wilcken und Kollegen, 23552 Lübeck
DE-Aktenzeichen 69409004
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 02.12.1994
EP-Aktenzeichen 959028275
WO-Anmeldetag 02.12.1994
PCT-Aktenzeichen FR9401409
WO-Veröffentlichungsnummer 9515214
WO-Veröffentlichungsdatum 08.06.1995
EP-Offenlegungsdatum 18.09.1996
EP date of grant 11.03.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.08.1998
IPC-Hauptklasse B01J 19/02
IPC-Nebenklasse B01J 8/44   B01D 25/21   B01D 3/32   F28F 21/06   B29C 67/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Strukturelement für eine Vorrichtung zur Warmbehandlung von korrosiven Materialien unter Spannung. Dieses Element ist insbesondere dazu bestimmt, in einer Filterpresse, einem Wärmetauscher, einer Destillationskolonne, einem Fließbett oder auch einer Elektrolysezelle verwendet zu werden.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Element, das einem relativ großen Druck, insbesondere größer als 5 kg/cm², ausgesetzt werden kann.

Somit ist das erfindungsgemäße Element derart ausgeführt, daß es einer Korrosion unter Spannung widersteht. Unter Korrosion unter Spannung ist ein Eintauchen eines Teils in ein korrosives Milieu zu verstehen das überdies mechanischen Spannungen unterworfen ist, die sich aus einer äußeren Kraft ergeben und insbesondere größer als sein Eigengewicht sind. Die Korrosion unter Spannung unterscheidet sich von einer statischen Korrosion, bei der ein Teil einfach in das korrosive Milieu eingetaucht wird.

Das betreffende korrosive Milieu kann eine wässerige Lösung, ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Es können insbesondere die korrosiven Gase, wie beispielsweise die Halogene oder die sauren Dämpfe, wie auch die Säuren und Basen, die wasserfrei oder in wässeriger Lösung sind, genannt werden.

Die Temperatur des korrosiven Milieus ist insbesondere kleiner oder gleich 100ºC.

Es ist bekannt, daß die Filterpressen herkömmlicherweise verwendet werden, um mechanisch das Wasser aus den verschmutzten Stoffen zu beseitigen. Sie umfassen im allgemeinen eine Reihe von parallelen Platten, die jeweils ein Filtermaterial tragen. Die Platten sind nebeneinander angeordnet und zwischen zwei Kopfplatten, von denen mindestens eine beweglich ist, aneinandergedrückt.

Es kann insbesondere das Dokument GB-1 083 679 erwähnt werden, das eine Filterpresse betrifft, die verwendet werden kann, um korrosive Materialien zu filtern, die sauer oder alkalisch sind.

Wie dieses Dokument anführt, sind die metallischen Platten schwer, nicht alle korrosionsbeständig und weisen Dichtheitsprobleme auf. Deshalb sieht es vor, jede Platte aus einem Schichtmaterial, das den Säuren widersteht, insbesondere aus Formica , herzustellen. Es ist bekannt, daß dieses Material aus Papierfasern besteht, die von einem Melaminharz umgeben sind.

Jedoch, wie das Dokument US-4 725 347 anführt, widerstehen die durch Fasern verstärkten Kunststoffe nicht dauerhaft der Korrosion. Die Fasern ermöglichen nämlich das Eindringen der korrosiven Lösung in das Innere des Materials.

Somit eignet sich der in dem Dokument GB-1 083 179 erwähnte Kunststoff nicht für einen Rahmen einer Filterpresse, der dazu bestimmt ist, unter Spannung in einem korrosiven Milieu angeordnet zu werden.

Das Dokument FR-2 135 475 beschreibt auch eine Platte für Filterpressen, bestehend aus einem metallischen Rahmen, der eine Mittelplatte aus einem mit Glasfasern verstärkten Kunststoff umgibt, um das Gewicht der Platte zu verringern. Eine solche Platte ist auch nicht korrosionsbeständig und ist ferner kompliziert herzustellen, da sie die Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien erfordert.

Es kann auch auf das Dokument GB-2 200 301 Bezug genommen werden, das eine Platte einer Filterpresse beschreibt, die aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist. Die erwähnten Materialien sind insbesondere ABS (Copolymer von Acrylnitril-Styrol-Butadien) und seine Derivate sowie die thermoplastischen Polyolefine und ihre Derivate (insbesondere Polyäthylen und Polypropylen).

Das Dokument GB-2 200 301 führt nicht an, daß die Filterpresse dazu bestimmt ist, mit korrosiven Milieus verwendet zu werden. Es erscheint ferner aus dem Dokument US-4 668 371, daß diese Art von Material nicht einem korrosiven Milieu widersteht.

Letztgenanntes Dokument beschreibt nämlich einen Rahmen für eine Elektrolysezelle, die somit dazu bestimmt ist, in einem korrosiven Milieu verwendet zu werden. Er wird von einem Rahmen aus Kunststoff, ABS oder Polyolefinen, gebildet. Dieser Rahmen ist mit metallischen Deckeln bedeckt, insbesondere aus Titan oder Nickel. Diese beiden Deckel sollen jeden Kontakt zwischen dem Rahmen aus Kunststoff und der korrosiven Lösung verhindern, was gut beweist, daß die Filterpresse, die in dem Dokument GB-2 200 301 beschrieben ist, nicht dazu geeignet ist, korrosive Materialien zu filtern.

Der in dem Dokument US-4 668 371 beschriebene Rahmen weist jedoch Nachteile auf. Er ist zuerst kompliziert in der Herstellung, da er die Verwendung von drei unterschiedlichen Materialien erfordert: ein Kunststoff, der dem Warmfließen widersteht, und zwei Metalle zum Schutz gegen Korrosion. Die Herstellung der Teile und insbesondere jene der Flächen zwischen den Materialien bringt Schwie rigkeiten mit sich. Die Montage arbeiten sind auch umfassend. Ferner bringt ein solcher Rahmen zahlreiche Dichtigkeitsprobleme mit sich, die sich aus der Differentialausdehnung der Materialien ergeben. Diese erzeugt Spannungen im Bereich der Zwischenfläche, die zu Verlusten führen. Letztgenannte führen zur Zerstörung der inneren Struktur, die nicht korrosionsbeständig ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Lösung der von den Strukturelementen des Standes der Technik aufgeworfenen Probleme, insbesondere was die Korrosionsbeständigkeit, die Komplexität der Herstellung und die Zuverlässigkeit betrifft.

Die Erfindung schlägt ein Strukturelement einer Vorrichtung zur Warmbehandlung von korrosiven Materialien unter Spannung vor, das aus einem einzigen Material hergestellt ist, das der Korrosion unter äußerer Spannung bei Wärme widersteht und Strukturkräfte aufnehmen kann.

Das erfindungsgemäße Strukturelement wird aus Monomeren gebildet, die in Masse in einer geschlossenen Form polymerisiert sind, wobei dieses Element aus einem Stück ist, so daß eine Dichtigkeit für das korrosive Material gewährleistet ist, wenn das Element in der Vorrichtung angeordnet und eine äußere Spannung auf die Vorrichtung ausgeübt wird.

Bei einer ersten Ausführungsart haben diese Monomere eine Norbornenfunktion.

Vorzugsweise ist das Monomer, das eine Norbornenfunktion hat, Dizyklopentadien.

Bei einer zweiten Ausführungsart ist das erhaltene Polymer vom Typ Polyurethan.

Nach einer Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Strukturelement einen Umfangsrahmen und einen Mittelteil mit einer geringeren Dicke und hat vorzugsweise eine im wesentlichen ebene Form.

Vorteilhafterweise sind die für die Funktion der Vorrichtung erforderlichen Mittel, wie beispielsweise die Mittel zur Fluidversorgung oder zu seiner Steuerung, in dem Element integriert.

Das erfindungsgemäße Strukturelement kann vorzugsweise Einsätze umfassen.

Das erfindungsgemäße Strukturelement kann mit einem korrosiven Material in Berührung stehen, dessen Temperatur kleiner oder gleich 100ºC ist. Es kann einem Druck von mehr als 5 kg/cm² unterworfen werden, wobei dieser Druck, wenn das Element eine im wesentlichen ebene Form aufweist, vorzugsweise entlang einer im wesentlichen zu der Ebene des Elements senkrechten Richtung ausgeübt wird.

Nach einer ersten Variante bildet das Strukturelement eine Platte für eine Filterpresse und umfaßt mindestens eine Öffnung für das Einführen des zu behandelnden Materials und mindestens einen Durchgang für den Austritt der Flüssigkeit.

Nach einer zweiten Variante bildet das Strukturelement eine Platte für einen Wärmetauscher.

In diesem Fall umfaßt es vorzugsweise einen Mittelteil in Form einer Schlange und mindestens eine Leitung für den Durchgang der Flüssigkeit.

Nach einer dritten Variante bildet das erfindungsgemäße Strukturelement eine Platte für ein Fließbett und umfaßt Öffnungen für den Durchgang eines Gases.

Nach einer vierten Variante bildet das erfindungsgemäße Strukturelement eine Platte einer Destillationskolonne und umfaßt mindestens eine Öffnung für den Durchgang von Dämpfen, wobei sich über der Öffnung ein Teil für die Kondensation der Dämpfe befindet.

Nach einer fünften Ausführungsvariante der Erfindung bildet das erfindungsgemäße Strukturelement eine Platte für eine Elektrolysezelle.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Warmbehandlung von korrosiven Materialien unter Spannung, bestehend aus mindestens zwei erfindungsgemäßen Strukturelementen, wobei diese Elemente nebeneinanderliegen, und zwei Endelementen, die beiderseits der Strukturelemente angeordnet sind, wobei mindestens eines der Endelemente beweglich ist, um eine Druckspannung auf die Strukturelemente ausüben zu können.

Bei einer Ausführungsart weisen die Strukturelemente und die Endelemente eine im wesentlichen flache Form auf, wobei die Druckspannung vorzugsweise in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zur Ebene der Strukturelemente ausgeübt wird.

Die Erfindung wird mit Hilfe der Studie der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, besser verständlich, und weitere Ziele, Vorteile und Merkmale derselben werden deutlicher, wobei:

Figur 1 einen schematischen Teilschnitt einer Filterpresse zeigt, die erfindungsgemäße Elemente umfaßt,

Figur 2 ein Teilschnitt einer Wärmetauscherplatte ist, die erfindungsgemäße Elemente umfaßt,

Figur 3 ein Teilschnitt eines Fließbettes ist, das erfindungsgemäße Elemente umfaßt,

Figur 4 ein Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Elementes ist, das in einer Destillationskolonne verwendet wird, und

Figur 5 ein Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Elementes ist, das in einer Elektrolysezelle verwendet wird.

Die in Figur 1 dargestellte Filterpresse ist herkömmlicherweise von einer Reihe von Platten 1 gebildet, die jeweils von Filtermitteln umgeben sind, wie beispielsweise einem Filtergewebe 2. Die Platten 1 weisen eine Mittelöffnung 3 auf, durch die das zu filternde Material geschickt wird. Sie werden von einem Umfangsrahmen 20 und einem Mittelteil 21 mit einer geringeren Dicke als jene des Rahmens gebildet.

Die Platten 1 sind nebeneinandergelegt, so daß der Rahmen einer Platte mit den Rahmen der angrenzenden Platten in Berührung kommt.

Die Platten der Filterpresse weisen im allgemeinen eine im wesentlichen flache und rechteckige Form auf und sind vertikal angeordnet.

An den beiden Enden des Filters sind zwei Kopfplatten vorgesehen, von denen mindestens eine in die Richtung der Achse des Filters beweglich ist, um die Platten 1 stark gegeneinanderzupressen. Die Kopfplatten sind nicht in Figur 1 dargestellt.

Der Anpreßdruck wird in eine im wesentlichen zu der Ebene der Platten senkrechte Richtung ausgeübt. Der Druck, dem die Umfangsrahmen unterworfen werden, ist beispielsweise größer als 5 kg/cm² und kann bis zu 30 kg/cm² gehen. Er ist dazu bestimmt, die Dichtigkeit der Filterpresse zu gewährleisten.

Das Material, das durch die Mittelöffnungen 3 geht, gelangt in eine Kammer 4, die zwischen zwei Platten 1 ausgespart ist. Somit stehen die Flächen des Mittelteils 21 der Platten 1 mit dem korrosiven Material in Berührung. Während des Betriebs durchquert die in dem in die Kammer 4 geschickten Material enthaltene Flüssi2keit unter der Einwirkung des Drucks das Filtergewebe 2 und wird über die Leitungen 5 abgeleitet, die in die Platten eingearbeitet sind. Das feste Material wird auf dem Filtergewebe 2 zurückgehalten. Um den Filter zu entleeren, ist es somit erforderlich, die Kopfplatten zu entfernen und die Platten 1 einzeln abzunehmen.

Bei dieser Ausführungsart sind es die Platten, die die erfindungsgemäßen Strukturelemente bilden.

Dieser Begriff Strukturelement ist in der vorliegenden Anmeldung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Elements, der Rahmenteil 20, all gemeiner, im wesentlichen flacher Form derart ausgeführt ist, daß er den mechanischen Druckspannungen widersteht, die von den Endelementen, d.h. den Kopfplatten, in die Richtung senkrecht zur Ebene des Elements ausgeübt werden.

Diese Spannungen gewährleisten den dichten Kontakt zwischen zwei aneinandergrenzenden Elementen der Vorrichtung und ermöglichen auf diese Weise die Vermeidung des Austritts des korrosiven Fluids, das in dieser Vorrichtung zirkuliert, über die Strukturelemente.

Falls die Flächen von zwei aneinandergrenzenden Elementen, die miteinander in Berührung stehen, Oberflächenunebenheiten aufweisen, kann eine flexible Dichtung zwischen diesen beiden Elementen angeordnet werden, um diese Unregelmäßigkeiten unter der Einwirkung der Druckspannungen auszugleichen.

Erfindungsgemäß sind die Platten aus einem Stück und aus einem Material, das durch Polymerisation gewonnen wurde, ausgeführt.

Vorzugsweise weisen die eingesetzten Monomere eine Norbornenfunktion auf. Dieses Material wird insbesondere unter folgenden Marken vertrieben: Telene , Metton , Pentam .

Die Merkmale und Eigenschaften dieses Materials sowie die verwendeten Polymerisationsverfahren sind detaillierter in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.

Es weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Dies ermöglicht es, das Vorhandensein eines metallischen Schutzes zu vermeiden, was die Herstellung und die Montage der Platten wesentlich vereinfacht, jede Gefahr von Leckagen vermeidet und auch die Dicke der Platten verringert.

Ferner ist dieses Material duroplastisch. Es ist somit gegen Warmfließen unter Spannung oder auch gegen Warmdruckverformung beständig.

Es weist ferner eine größere Dimensionsstabilität auf und ist leicht zu bearbeiten. Dies ermöglicht es insbesondere, Leitungen 5 über das Material der Platte 1 zu verwirklichen, ohne daß es notwendig wäre, sie gegen das korrosive Milieu zu schützen.

Die Platten können bei gewissen Arten von korrosiven Milieus auch aus Polyurethan hergestellt werden.

Es wird nun auf die Figur 2 Bezug genommen, die einen Wärmetauscher vom Typ Platte darstellt.

Dieser Wärmetauscher umfaßt auf bekannte Weise eine Reihe von Platten 6, die von einem Umfangsrahmen 22 und einem Mittelteil 23 geringerer Dicke gebildet werden. Sie sind derart nebeneinandergelegt, daß die Umfangsrahmen 22 mitein ander in Berührung stehen. Nur zwei Platten 6 sind teilweise in Figur 6 dargestellt.

Die Platten 6 können horizontal, wie in Figur 2, oder vertikal angeordnet sein.

Sie umfassen in ihrem Mittelteil Wellungen oder eine Schlange 7, die es ermöglichen, den Wärmeaustausch zu erhöhen.

Jede dieser Platten 6 umfaßt eine Leitung 8, 9, die die Einführung von Fluiden ermöglicht. Somit stehen die Flächen des Mittelteils der Platten 6 mit den korrosiven Materialien in Berührung.

Beispielsweise kann durch die Leitung 8 eine Säure in wässeriger Lösung und durch die Leitung 9 Wasser eingeführt werden. Ein solches System ermöglicht nun die Abkühlung der Säure durch das Wasser.

Erfindungsgemäß werden die Platten 6 von einem Teil aus einem Material gebildet, das insbesondere durch Polymerisation von Monomeren gewonnen wird, die eine Norbornenfunktion aufweisen. Es kann auch eine Herstellung der Platten aus Polyurethan vorgesehen werden.

Um einen guten Wärmeaustausch zu ermöglichen, ist die Dicke des Materials kleiner oder gleich 1 mm und vorzugsweise kleiner 0,5 mm.

Es kann auch vorgesehen werden, die Schlange 7 aus Metall herzustellen, um den Wärmeaustausch zu verbessern.

Wie vorher angeführt, weist das Material, aus dem die Platten 6 bestehen, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf und gewährleistet die Dichtigkeit, wenn eine äußere Spannung auf den Wärmetauscher ausgeübt wird. Herkömmlicherweise wird ein Druck von ungefähr 5 kg/cm² auf den Wärmetauscher ausgeübt, der bis zu 30 kg/cm² gehen kann.

Dieses Material gewährleistet auch die Aufnahme der Strukturkräfte. Ferner können die Leitungen 8 und 9 direkt in den Platten eingearbeitet sein, ohne daß es notwendig wäre, diese gegen die Korrosion zu schützen, wobei die Gesamtheit der Platten aus demselben Material hergestellt ist.

Wie im Falle der Filterpresse stellen die Platten 6 Strukturelemente des Wärmetauschers dar. Dieser Begriff Strukturelement bedeutet, daß zumindest ein Teil der Platte, hier der Rahmen 22, derart ausgeführt ist, daß er den mechanischen Druckspannungen, die auf den Wärmetauscher ausgeübt werden, widersteht. Diese Spannungen ermöglichen es, den dichten Kontakt zwischen zwei Platten zu gewährleisten.

Bezugnehmend auf Figur 3 kann das erfindungsgemäße Strukturelement auch die Form einer Platte für ein Fließbett annehmen.

Zwei Platten 10 dieses Typs sind teilweise in Figur 3 dargestellt. Sie umfassen einen Umfangsrahmen 24 und einen Mittelteil 11 geringerer Dicke.

Die Platten 10 sind horizontal angeordnet, wie in Figur 3 dargestellt.

Auf bekannte Weise umfassen diese Platten 10 in ihrem Mittelteil 11 Löcher 12.

Zwischen diesen Platten sind poröse Massen angeordnet, die mit einem Katalysator durchtränkt sind. Der gesamte Zusammenbau ist mit Material gefüllt, die im allgemeinen in feinpulveriger Form vorhanden ist. Die Platten ermöglichen, daß der Druck im Inneren der Vorrichtung nicht zu groß wird. Somit kann das Material ohne Unterbrechung durchgenihrt werden, dank eines Gasflusses, der von unten nach oben zirkuliert, wie durch die Pfeile F angezeigt. Das Gas kann über die Öffnungen 12 zirkulieren Die Flächen des Mittelteils 11 der Platten 10 stehen somit mit den korrosiven Materialien in Berührung.

Wie auch Figur 3 zeigt, kann eine Bohrung 13 in einer der Platten vorgesehen werden, um insbesondere die Befestigung einer Kontrollsonde, beispielsweise einer Temperatursonde, eines Feuchtigkeitsfühlers oder auch eines Druckmeßwertgebers, zu ermöglichen.

Die Platten 10 sind auch aus einem Stück und aus demselben Material hergestellt, d.h. auf Basis von Polymeren, die aus Monomeren hergestellt wurden, die eine Norbornenfunktion aufweisen. Sie können auch aus Polyurethan hergestellt werden.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird eine äußere Spannung auf die Platten 10 ausgeübt, um die Dichtigkeit des Fließbettes zu gewährleisten. Ein Druck von ungefähr 5 kg/cm² wird im allgemeinen aufgebracht.

Wie dies oben erwähnt ist, ermöglicht es das verwendete Material den Platten, den mechanischen Druckspannungen zu widerstehen. Die Platten weisen somit eine geeignete Druckfestigkeit auf. Somit wird der Freiraum zwischen zwei Platten aufrechterhalten, was gewährleistet, daß der Gasstrom immer im Inneren des Fließbettes zirkulieren kann.

Die Platten für das Fließbett entsprechen auch dem Begriff des Strukturelements, da zumindest der Rahmenteil 24 den mechanischen Spannungen standhält und die auf das Fließbett ausgeubten Kräfte aufnimmt.

Diese Platten weisen im allgemeinen eine allgemeine flache und im wesentlichen kreisförmige Form auf.

Bezugnehmend auf Figur 4 kann das erfindungsgemäße Strukturelement die Form einer Platte einer Destillationskolonne annehmen.

Diese Platte weist auch einen Umfangsrahmen 25 und einen Mittelteil 26 mit geringerer Dicke auf.

Diese Platte 14 umfaßt Öffnungen, von denen eine in Figur 4 dargestellt ist und das Bezugszeichen 15 besitzt. Ein Teil 16 wird über der Öffnung 15 befestigt. Die Befestigungsmittel für das Element 16 auf der Platte 14 sind nicht in der Figur dargestellt, sie können insbesondere aus Metall sein.

Der Teil 16 wird derart befestigt, daß er über der Öffnung 15 liegt. Er weist eine derartige Form auf, daß er die Öffnung 15 völlig bedeckt, wobei Durchgänge 17 ausgespart werden. Wenn somit Gase durch die Öffnung 15 entlang des Pfeiles F, der in Figur 4 dargestellt ist, zirkulieren, kondensieren sie auf dem Teil 16, und die Kondensate werden auf der Platte 14 gesammelt. Die Seiten des Mittelteils der Platte 14 stehen somit mit korrosiven Materialien in Berührung.

Die Einheit der Platte mit den Teilen 16 besteht aus denselben Materialien wie in den vorhergehenden Beispielen. Die Platte weist somit eine Struktur auf, die der Korrosion unter Spannung standhält, und entspricht dem Begriff des Strukturelements.

Die Platten 14 sind horizontal angeordnet, wie in Figur 4 dargestellt.

Wie dies in bezug auf die Figur 3 erwähnt ist, können Bohrungen in dem Strukturelement vorgesehen werden, die verwendet werden können, um Kontrollsonden oder auch metallische Teile zu befestigen, die insbesondere dazu bestimmt sind, die Erdung zu gewährleisten.

Da das Strukturelement gegossen wird, wie dies noch im Detail beschrieben wird, können auch ausgegossene Einsätze vorgesehen werden.

Schließlich nimmt bezugnehmend auf Figur 5 das erfindungsgemäße Strukturelement die Form eines Rahmens einer Elektrolysezelle an.

Die Funktion einer solchen Zelle ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird hier somit nicht detailliert beschrieben. Es kann in diesem Zusammenhang auf das Patent US-4 668 371 Bezug genommen werden, das bereits in der Einleitung der Beschreibung erwähnt wurde.

Ganz allgemein umfaßt eine komplette Elektrolysezelle eine Nebeneinanderlagerung von Rahmen 31, die durch eine halbdurchlässige Membran getrennt sind, die in der Figur nicht dargestellt ist. Jeder Elektrolyserahmen umfaßt eine anodische Fläche und eine kathodische Fläche, je nach dem vorhandenen Elektrolyt, das mit dieser Fläche in Berührung steht.

Der umgebende und dicke Rahmenteil 27 des Elektrolyserahmens 31, der alleine und teilweise in Figur 5 dargestellt ist, begrenzt das Innenvolumen der Zelle, in der das Elektrolyt zirkuliert.

Der Anpreßdruck der Rahmen gegeneinander gewährleistet die Dichtigkeit der Abteilungen.

Jeder Elektrolyserahmen umfaßt über den Umfangsrahmenteil 27 Kanäle für die Zuführung der Elektrolyte in jede Abteilung und für die Ableitung der gelieferten Produkte, wie den Kanal 32.

Wie dies in der Folge der Beschreibung noch im Detail beschrieben wird, wird der Rahmen in eine geschlossene Form eingespritzt, in der vorher metallische Einsätze 28 angeordnet wurden, die für den Transport des Stroms dienen.

Diese Einsätze bestehen aus Gründen der Korrosionsfestigkeit und der Kosten aus einem zylindrischen Faß 29, das im Mittelteil Rillen umfaßt, die in Figur 5 nicht dargestellt sind. Das Faß ist insbesondere aus rostfreiem Stahl hergestellt, auf dem eine Schutzkapsel 30 aufgeschweißt ist, beispielsweise aus Titan, Zirkon, Wolfram oder einer Legierung auf Basis aller oder eines Teils dieser Metalle.

Während der Polymerisation ermöglicht es das Schrumpfen des Polymers um den Einsatz herum, die Verbindung zwischen dem Rahmen und den Einsätzen zu gewährleisten. Die vorgeschlagene Ausführung ermöglicht es, die Diffusion des anodischen Elektrolyts in das zylindrische Faß des Einsatzes und in das kathodische Elektrolyt zu verhindern. Die Rillen verstärken den Halt des Einsatzes und die Dichtigkeit.

Die Funktionsbedingungen einer solchen Elektrolysezelle sind beispielsweise folgende:

- Betriebstemperatur: 60 bis 90ºC

- Anpreßdruck des Rahmens zwischen den Endplatten: 30 kg/cm²

- Einsatz aus rostfreiem Stahl für den zylindrischen Teil in Kontakt mit dem kathodischen Elektrolyt

- Kapsel aus einer Legierung vom Typ Hastelloy

Wenn die Zelle für die Herstellung von Soda oder Chlor aus einer Salzlösung bestimmt ist, wird vorgezogen, den Rahmen durch Polymerisation von Monomeren herzustellen, die eine Norbornenfunktion aufweisen.

Für die Herstellung von Wasserstoffperoxyd wird der Rahmen vorzugsweise aus Polyurethan hergestellt, aufgrund des stark oxydierenden Charakters des Wasser stoffperoxyds.

Die besonderen korrosiven Milieus, bei denen vorzugsweise Materialien vom Typ Polyurethan verwendet werden, die nach den Verfahren RIM oder RTM einge spritzt werden, sind somit: die stark oxydierenden Milieus, wie beispielsweise konzentriertes Wasserstoffperoxyd (> 7%), konzentrierte und warme Salpetersäure (> 10% und 50ºC), konzentrierte und warme Schwefelsäure (> 70% und 40ºC).

Somit ist bei einer ersten Ausführungsart der Erfindung das verwendete Material ein System von flüssigen Harzen auf Basis von Monomeren, die eine Norbornenfunktion aufweisen, deren Einsatz durch die RIM-Technologie (Reaction Injection Molding) oder durch die RTM-Technologie (Reaction Transfer Molding) verwirklicht wird. Es kann in dieser Hinsicht insbesondere auf das Patent US-5 087 343 Bezug genommen werden.

Die Monomere mit Norbornenfunktion, die in Masse polymerisiert werden können, sind durch das Vorhandensein von mindestens einer Norbornengruppe gekennzeichnet, die durch die untenstehende Formel identifiziert ist, die substituiert oder nicht substituiert sein kann:

Die bevorzugten Arten sind durch die untenstehenden Formeln II und III identifiziert:

wobei R und R¹ unabhängig ausgehend von Wasserstoff, Alkyl-, Arylradikalen, die 1 bis 20 Kohlenstoffatome besitzen, und zyklischen gesättigten und ungesättigten Gruppen ausgewählt werden, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome umfassen, die durch R und R¹ gemeinsam mit den beiden zyklischen Kohlenstoffatomen, die verbunden sind, gebildet sind.

Beispiele von Monomeren, die eine Norbornenfunktion aufweisen, die durch die obenerwähnten Formeln definiert ist, umfassen das Norbornen, Dizyklopentadien, Äthylen-Norbornen, Dihydrodizyklopentadien, die Trimere von Zyklopentadien, die Tetramere von Zyklopentadien, das Tetrazyklododezen, Methyltetrazyklododezen und ihre substituierten Derivate, wie 5-Methyl-2-Norbornen, 5-Äthyl-2-Norbornen, 5,6-Dimethyl-2-Norbornen und ähnliche Derivate.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung der Homopolymere, der Copolymere und der Terpolymere, die Dizyklopentadien mit Monomeren umfassen, wie beispielsweise Methylnorbornen, Äthyliden-Norbornen, die Trimere und die Tetramere von Zyklopentadien und von Methyltetrazyklododezen.

Das Dizyklopentadien wird durch spontane Dimerisation des Zyklopentadiens aus den Schnitten C5 von Dampfcracken gewonnen.

Um die Polymerisation dieser Monomere in Masse in einer Form durchzuführen, wird ein Katalysatorsystem geeigneter Metathese verwendet.

Das Metathese-Katalysatorsystem umfaßt einen Katalysator und einen Cokatalysator. Jede Komponente kann in getrennten Strömen des Monomers aufgelöst und gemischt werden, bevor sie in den Hohlraum der Form geleitet wird. Geeignete Katalysatoren umfassen Molybdän- und Wolfram-Katalysatoren, wie Molybdate von Organoammonium und Tungstate von Organoammonium, die durch die nach stehenden Formeln definiert sind:

[R²&sub4;]N(27-6x)MxOy, [R³&sub3;NH](2y-6x)MxOy

wobei O Sauerstoff; M Molybdän oder Wolfram, x und y die Anzahl von M- und O-Atomen in dem Molekül darstellen, das auf einer Wertigkeit von +6 für Molybdän, +6 für Wolfram und -2 für Sauerstoff basiert, und die Radikale R² und R³ identisch oder unterschiedlich sein können und unter den Wasserstoffen, einer Alkyl-Gruppe und einer Alkylen-Gruppe ausgewählt werden können, wobei jede 1 bis 20 Kohlenstoffatome und zykloaliphatische Gruppen umfaßt, die jeweils 5 bis 16 Kohlenstoffatome umfassen. Alle Radikale R² und R³ können nicht Wasserstoff sein.

Spezielle Beispiele von geeigneten Molybdaten von Organoammonium und von Tungstaten von Organoammonium umfassen die Molybdate von Tridodecylammonium und die Tungstate von Tridodecylammonium, die Molybdate und die Tungstate von Methyltrikaprilammonium und die Molybdate und die Tungstate von Tri(-tridecyl)ammonium und die Molybdate und die Tungstate von Trioktylammonium. Vorzugsweise werden 0,1 bis 10 mml Katalysator pro Mol Monomer gesamt verwendet. Das Molverhältnis des Katalysators zum Cokatalysator kann von 200/1 bis 1/10 variieren.

Der Cokatalysator umfaßt ein Aluminiumalkyl oder ein Halogenid eines Aluminiumalkyls, das mit einem Alkohol reagiert hat, so daß die reduzierende Wirkung des Cokatalysators gehemmt wird. Die Reaktion ist rasch und führt zu einer Freisetzung von flüchtigen Kohlenwasserstoffen, wie Äthan, falls das Aluminiumdiäthyl der Cokatalysator ist. Spezielle Beispiele von Verbindungen von Alkylaluminium umfassen das Äthylaluminiumdichlorid, das Diäthylaluminiummonochlorid, das Äthylaluminiumsesquichlorid, das Diäthylaluminiumjodid, das Äthylaluminiumdijodid und das Ähtylaluminiumdichlorid und dergleichen.

Der Spritzguß mit Reaktion RIM (Reaction Injection Molding) und der Guß durch Harz-Übertragung RTM (Resin Transfer Molding) sind Formen der Pol ymerisation in Masse, die in einer geschlossenen Form auftreten. Die Verfahren RIM und RTM unterscheiden sich vom Spritzguß von thermoplastischem Material in zahlreichen wesentlichen Aspekten. Der Spritzguß von thermoplastischen Materialien wird bei einem Druck von ungefähr 7 10&sup7; Pabis 14 10&sup7; Pa (ungefähr 10000 bis 20000 psi) in einem Hohlraum der Form eingesetzt, indem ein festes Harz geschmolzen wird und dieses in eine Form eingebracht wird, die auf einer Temperatur unter der Temperatur des Glasübergangs des Polymers gehalten wird, und das geschmolzene Harz ist typischeweise auf einer Temperatur von ungefähr 150ºC bis 350ºC. Die Viskosität des geschmolzenen Harzes liegt im allgemeinen in dem Bereich von 50 bis 1000 Pa.s (50000 bis 1000000 cps). Beim Spritzguß von thermoplastischen Materialien entsteht eine Verfestigung in un2efähr 10-90 Sekunden, in Abhängigkeit von der Abmessung der Teilchen. Es erfolgt keine chemische Reaktion in der Form.

Bei den Verfahren RIM und RTM beträgt die Viskosität der in die Form eingebrachten Materialien ungefähr 0,05 bis 3 Pa.s (50 bis 3000 cps), vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 bis 1,5 Pa.s (100 bis 1500 cps) bei einer Temperatur, die von der Raumtemperatur bis zu 80ºC geht. Mindestens eine Komponente in der Formel RIM oder RTM ist ein Monomer geblieben, das in ein Polymer in der Form polymerisiert wird. Die Unterscheidung zwischen dem Spritzguß und den Verfahren RIM/RTM liegt in der Tatsache, daß bei diesen letztgenannten Verfahren eine chemische Reaktion entsteht, um ein Monomer in einen Polymerzustand um zuformen.

Die Polymerisation in Masse der Monomere mit Norbornenfunktion wird bei einer relativ geringen Temperatur gestartet, und die exotherme Reaktion ist relativ kurz, was die Verwendung von Kunststoffgußformen ermöglicht.

Die Kunststoffgußformen sind weniger kostspielig als die metallischen Gußformen, was das Formen von Strukturelementen in kleinen Serien auf wirtschaftliche Weise durchführbar macht. Bei der Verwendung der Reaktionsformeln wird die Form vorzugsweise mit Stickstoff gereinigt, um die Verschmutzung des darin befindlichen Katalysators zu vermeiden.

Die Umformungsflexibilität des verwendeten Materials geht auf das katalytische System zurück. Das herkömmliche RIM-Verfahren stößt aufgrund der Schnelligkeit der chemischen Reaktion auf Grenzen, die sich aus der Größe der erzeugten Teile ergeben. Das Formen von großen Teilen erfordert Anlagen großer Kapazität, somit erhebliche Investitionen. Das verwendete Material hingegen eröffnet dem für den Formguß Verantwortlichen die Möglichkeit, die Kinetik der Reaktion in Abhängigkeit von dem zu erzeugenden Teil zu lenken. Die Teile kleiner Größen ertragen eine rasche Reaktion (Schmelzzeit zwischen 5 und 15 Sekunden) und eine kurzen Zyklus (1 bis 3 Minuten), wodurch die Herstellung in großer Serie möglich wird.

Wenn Strukturelemente großer Größe hergestellt werden sollen, wird ein Material eingesetzt, das eine relativ lange Topfzeit aufweist. Es können insbesondere Elemente mit Abmessungen von mehr als 1,2 mal 1,5 m erzielt werden.

Der bisher größte gegossene Teil wiegt ungefähr 300 kg, wobei das Produkt in 8 mn eingespritzt wird und die Zykluszeit 45 mn nicht überschreitet.

Es kann insbesondere auf das Dokument EP-0 324 979 Bezug genommen werden, das Norbornenformeln beschreibt, die eine längere Topfzeit aufweisen.

Dieses Dokument beschreibt eine cokatalytische Verbindung, bestehend aus mindestens einem Monomer vom Typ Norbornen, einem Cokatalysator mit Kernöffnung durch Methatese, der ausgewählt wird unter Alkoxyalkylaluminium, Aralkoxyalkylaluminium, Halogenid von Alkoxyalkylaluminium, Halogenid von Aralkoxyalkylaluminium und deren Gemischen. Die Alkoxy-Gruppen und die Aralkoxy-Gruppen sind verzweigte Alkoholderivate, die unter den tertiären Alkoholen, den gehinderten primären Alkoholen mit folgender Struktur ausgewählt werden (II):

wobei in der obenstehenden Gruppe II R², R³, R&sup4;, R&sup5;, R&sup6;, R&sup7; und R&sup8; individuell unter Wasserstoff, den Alkyl-, Alcenyl-, Alcinyl-, zyklosaliphatischen und Aryl-Gruppen ausgewählt werden, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome aufweisen,

wobei die gehinderten sekundären Alkohole folgende Struktur aufweisen (I):

wobei in der vorgenannten Gruppe R³ und R&sup5; individuell unter Wasserstoff, den Alkyl-, Alcenyl-, Alcinyl-, zyklosaliphatischen und Aryl-Gruppen ausgewählt werden, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome aufweisen, und R² und R&sup4; individuell unter den Alkyl-, Alcenyl-, Alcinyl-, zyklosaliphatischen und Aryl-Gruppen und ihren Gemischen ausgewählt werden, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome aufweisen. Diese cokatalytische Verbindung ist, wenn sie mit einem Katalysator kombiniert wird, in der Lage, die Verwendungsdauer von Formgebungsgemischen, die mindestens ein Monomer vom Typ Norbornen umfassen, zu verlängern.

Das für die Herstellung der erfindungsgemäßen Strukturelemente verwendete Material ermöglicht es auch, komplexe Formen mit variablen Dicken, Einsätze, Buckel und/oder Rillen ohne Schwierigkeiten und mit relativ geringen Bearbeitungs- und Umformungskosten zu erzielen.

Abgesehen von den Vorteilen, die mit seinem Einsatz verbunden sind, ist das verwendete Material auch aufgrund seiner ausgezeichneten physikalischen und chemischen Eigenschaften interessant. In einem selben Material sind in Verbindung zu finden: Stoßfestigkeit (sogar bis -40ºC), Zugfestigkeit, Starrheit, thermische und chemische Beständigkeit und elektrische Isoliereigenschaften. Ferner ist die Verstärkung mit Glasfaser nicht erforderlich, wodurch sich keinerlei Problem mit der Ausrichtung dieser Faser ergibt. Das verwendete Material ist selbstausformend und erfordert nicht die Verwendung eines (internen oder externen) Ausformungsmittels.

Es kann auch auf den Artikel "Neue stoßfeste Duroplaste", der in der Zeitschrift PLAST EUROPE, April 1993, Seiten 74 bis 76 erschienen ist, Bezug genommen werden, was den Einsatz und die Eigenschaften des verwendeten Materials betrifft. Der Inhalt dieses Artikels ist unter Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung enthalten.

Wie vorher erwähnt, können die erfindungsgemäßen Strukturelemente auch aus Polyurethan hergestellt werden.

Diese Materialien sind sehr gut bekannt. Als Bezugsbeispiel können die folgenden Dokumente genannt werden:

"Encyclopedia of Polymer and Science Technology", Band 15, Kapitel "Polyurethanne Technology".

ULLMANNS, "Enzyklopädie der Technischen Chemie", Band 19, Kapitel "Polyurethan" - Dr. UHLIG und Dr. DIETRICH, BAYER AG.

Monographie Sciences et Techniques de l'Ingénieur - A 3425.

Unter diesen Typen von Polyurethan werden vorzugsweise jene ausgewählt, die von der Reaktion des nicht destillierten MDI (Gemisch von ungefähr 55% Diphenyl-Methan, 4,4' und 2,4' Di-Isozyanat, 25% Tri-Isozyanat und 20% Isozyanat-Vorpolymerisat) mit Polyol vom Typ Polyester stammen.

Diese Polyole werden durch Reaktion einer Polysäure mit einem Glykol und einem Triol erzielt, die zu der Bildung eines verzweigten Polyesters führen.

Wie vorher angeführt, werden die Materialien vom Typ Polyurethan nach der Technologie RIM oder RTM eingesetzt. Diese Technologien wurden bereits unter Bezugnahme auf die Monomere mit Norbornenfunktion beschrieben.

Typischerweise besitzt das erhaltene Polyurethan die folgenden Eigenschaften:

- Young-Modul (E-Modul) 1800 MPa nach der Norm DIN 53457

- HDT unter 1,85 MPa 90ºC nach der Norm ISO 75

- maximale Biegefestigkeit 58 MPa nach der Norm ISO 78

- Shorehärte 75

Somit können, wie vorher angeführt, die erfindungsgemäßen Strukturelemente der Korrosion widerstehen, wobei sie gleichzeitig die Strukturkräfte aufnehmen. Sie sind nämlich dazu bestimmt, einem Druck von mehr als 5 kg/cm² unterworfen zu werden, um die Dichtigkeit der Vorrichtungen zu gewährleisten, in denen sie verwendet werden.

Schließlich weist das Material eine Schrumpfung auf, die die Dichtigkeit um die in das erfindungsgemäße Strukturelement eingesetzten Teile gewährleistet.

Die Bezugszeichen, die nach den technischen Merkmalen, die in den Ansprüchen erwähnt sind, eingesetzt sind, sollen nur das Verständnis der letztgenannten erleichtem und schränken keineswegs deren Schutzumfang ein.


Anspruch[de]

1. Strukturelement für eine Vorrichtung zur Warmbehandlung von korrosiven Materialien, wobei das Element aus einem Stück ist und aus Monomeren besteht, die in der Masse in einer geschlossenen Form polymerisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Umfangsrahmen (20, 22, 24, 25, 27) und einen Mittelteil (21, 23, 11, 26) mit einer geringeren Dicke aufweist, wobei das Element eine Dichtheit für das korrosive Material garantiert, wenn es in einer Vorrichtung angeordnet ist und eine äußere Spannung auf die Vorrichtung ausgeübt wird.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Monomeren eine Norbornenfunktion haben.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer, das eine Norbornenfunktion hat, Dicyclopentadien ist.

4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Polymer vom Typ Polyurethan ist.

5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine im wesentlichen flache Form aufweist.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die für die Funktion der Vorrichtung notwendig sind, wie die Mittel zur Fluidversorgung, oder zu ihrer Steuerung, im Element integriert sind.

7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es Einsätze aufweist.

8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Platte (1) für eine Filterpresse bildet und mindestens eine Öffnung (3) für das Einführen des zu behandelnden Materials und mindestens einen Durchgang (5) für den Ausgang der Flüssigkeit umfaßt.

9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Platte (6) für einen Wärmetauscher bildet.

10. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Mittelteil in Form einer Schlange (7) aufweist und mindestens eine Leitung (8, 9) für den Durchgang des Fluides.

11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Platte (10) für ein Fließbett bildet und Öffnungen (12) für den Durchgang eines Gases aufweist.

12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Platte für eine Destillationskolonne bildet und mindestens eine Öffnung (15) für den Durchgang von Dämpfen umfaßt, wobei sich über der Öffnung ein Bauteil (16) für die Kondensation der Dämpfe befindet.

13. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Platte (31) für eine Elektrolysezelle bildet.

14. Vorrichtung zur Warmbehandlung von korrosiven Materialien unter Spannung, umfassend mindestens zwei Strukturelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Elemente nebeneinanderliegen und zwei Endelemente, die beiderseits der Strukturelemente angeordnet sind, wobei mindestens eines der Endelemente beweglich ist, um eine Druckspannung auf die Strukturelemente auszuüben.

15. Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente und die Endelemente eine im wesentlichen flache Form aufweisen, wobei die Druckspannung vorzugsweise in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zur Ebene der Strukturelemente ausgeübt wird.

16. Verwendung der Behandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15 mit korrosiven Materialien bei einer Temperatur unter oder gleich 100ºC.

17. Verwendung der Behandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15 mit einer Druckspannung von über 5 kg/cm².







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