Verfahren, um einen flüchtigen Kohlenwasserstoff zu verdampfen und Verdampfer zur Durchführung des Verfahrens Das vorliegende Patent bezieht sich auf ein Ver fahren, um einen flüchtigen Kohlenwasserstoff zu ver dampfen und auf einen Verdampfer zur Durchfüh rung des Verfahrens, mit einer Verdampfungskammer, in welcher ein elektrisches Heizelement angeordnet ist, und die einen flüchtigen Kohlenwasserstoff ent hält. Solche Verdampfer können insbesondere für Zerstäubungsapparate, Spritzpistolen und dergleichen verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein Kohlenwasserstoff mit einem Siedeintervall von höchstens 50 C und einer mitt leren Siedetemperatur von annähernd 50 C verwendet wird.
Der Verdampfer zur Durchführung des Verfah rens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfungsraum durch das Heizelement und eine es umschliessende Mantelfläche gebildet ist, welcher Verdampfungsraum einen Flüssigkeitseinlass und einen Dampfauslass aufweist, wobei der flüchtige Kohlenwasserstoff im Verdampfungsraum in unmittel barem Kontakt mit der Heizfläche des Heizelementes steht.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel des erfindungsgemässen Verdampfers zur Durchführung des ebenfalls erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 den Verdampfer im Längsschnitt, Fig. 2 im grösseren Massstab und im Schnitt die Verdampfungskammer und das Heizelement, Fig. 3 eine Variante des Verdampfers im Schnitt und Fig. 4 einen Stromkreis mit druckempfindlichem Schalter zur Regelung des Dampfdruckes.
Der in Fig. 1 dargestellte Verdampfer besitzt eine Verdampfungskammer 1, in welcher der Spiegel des zu verdampfenden flüchtigen Kohlenwasserstoffes sta bil ist, so dass ein Dampf konstanter Temperatur er halten wird. In einem solchen Verdampfer wird ein Kohlenwasserstoff mit einem kurzen und tiefen Siede intervall von höchstens 50 C, wie z. B. Petroläther, verdampft. Der erzeugte Dampf kann als Druckmittel für Vorrichtungen zum Spritzen von Farbstoffen die nen, insbesondere beim warmen Spritzen. Während des Spritzens bildet der Dampf eine Schutzschicht, dank welcher das Lösungsmittel von dem Farbstoff nicht abgezogen werden kann.
Die Verdampfungskammer 1 ist mit einem Flüs- sigkeitseinlass 2 und einem Dampfauslass 3 (Fig. 1, 2) versehen. Die Verdampfungskammer 1 besitzt ein Ge häuse 4, das an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende auf einer Grundplatte 5 be festigt- ist. Die Verbindung des Gehäuses 4 mit der Grundplatte 5 ist dicht genug, damit keine Druckver luste entstehen. Dies kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. In den Fig.1 und 2 sind zwei ver schiedene Beispiele einer solchen Verbindung darge stellt.
Das Heizelement 6 besteht aus einem metallischen Band 7, das in Zickzack gefaltet und schrauben- linienförmig um einen Kern 8 aus Isoliermaterial an geordnet ist. Der Kern 8 ist an der Grundplatte 5 befestigt, wobei das Band 7 beidseitig mit dem flüs sigen und dem dampfförmigen Kohlenwasserstoff in Kontakt steht. Vorzugsweise besteht das Band 7 aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. aus Chromstahl.
Befestigungsklemmen 9 sind oben und unten am Kern 8 angebracht und dienen der Befestigung der Enden des Bandes 7 sowie der Enden eines Stranges 10 aus biegsamem Isoliermaterial, z. B. Asbest, der zwischen den Windungen des Bandes 7 angeordnet ist. Jede der Befestigungsklemmen 9 ist mit einem elektrischen Stromkreis verbunden.
Die Befestigungsklemmen 9 sind aneinander durch das Widerstandsband 7 verbunden, so dass dieses von einem elektrischen Strom durchflossen wird und die Flüssigkeit in der Verdampfungskammer 1 heizen kann.
Ein weiteres Band 11 aus Isoliermaterial, z. B. auch aus Asbest, ist um das Band 7 gewickelt, um dieses zusammenzuhalten. Die Enden des Bandes 11 sind ebenfalls von den Befestigungsklemmen 9 ge halten.
Der Raum 12 in der Verdampfungskammer 1 bil det den Verdampfungsraum, in welchem der flüchtige Kohlenwasserstoff von einem Behälter 13 über eine Leitung 14 zugeführt wird. Die Mündung 2 der Lei tung 14 in den Verdampfungsraum 12 bestimmt den praktisch konstanten Spiegel der Flüssigkeit in diesem Raum, wie nachstehend näher erläutert wird. Dank dem konstanten Spiegel wird ein Dampf konstanter Temperatur erhalten, was zu Malzwecken sehr wichtig ist.
Die Leitung 14 durchsetzt den Behälter 13 und mündet in den Ringraum eines aus einem doppel wandigen Rohr bestehenden Wärmeaustauschers 15, dessen beide Wände in Kontakt mit dem flüssigen Kohlenwasserstoff stehen und dessen offenes Ende über dem Flüssigkeitsspiegel im Behälter 13 liegt.
In seinem unteren Teil weist der Wärmeaustau- scher 15 eine Öffnung 16 von verhältnismässig klei nem Querschnitt auf, durch welche der flüssige Koh lenwasserstoff vom Behälter 13 in die Leitung 14 gelangt.
Die Leitung 14 verbindet den Verdampfungsraum 12 mit dem Dampfraum im Behälter 13. Der Dampf druck im Behälter 13 ist dann annähernd gleich dem Dampfdruck im Raume 12. Wenn also der Dampf druck im Raum 12 steigt, das heisst, wenn weniger Dampf verbraucht bzw. abgeführt wird, so senkt sich der Flüssigkeitsspiegel in der Druckkammer 1. Sobald dieser Flüssigkeitsspiegel den Einlass 2 erreicht, kann der Dampf durch die Leitung 14 in den Behälter 13 gelangen und dort teilweise kondensieren, so dass ein weiteres Sinken des Spiegels in der Verdampfungs- kammer 1 verhindert wird.
Wenn umgekehrt, während der Arbeit des Druck dampf benötigenden Verbrauchers, z. B. einer Spritz pistole, der Druck im Raume 12 abnimmt, so gelangt Dampf vom Behälter 13 in den Raum 12 und stellt das Druckgleichgewicht wieder her.
Auf diese Weise kann der Flüssigkeitsspiegel in folge einer Zunahme der Zufuhr durch die Öffnung 16 nicht steigen. Ferner ist diese Öffnung 16 derart bemessen, dass der Flüssigkeitsfluss zum Verdamp- fungsraum 12 genügend ist, um den abgezogenen Dampf zu ersetzen, aber niemals derart, dass ein grosser Spiegelunterschied infolge einer plötzlichen Druck abnahme im Raume 12 verursacht wird.
Der Wärmeaustauscher 15 dient der Ausnützung der Wärme des zurückfliessenden flüssigen oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffes, um ersteren im Behälter 13 vorzuwärmen.
Ein druckempfindlicher Schalter 17 ist auf dem Behälter 13 angeordnet und durch eine Öffnung dieses Behälters 13 dem darin herrschenden Druck aus gesetzt. Der Schalter 17 steuert die elektrische Strom zufuhr zum Band 7 derart, dass der Dampfdruck im Behälter 13 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Der Schalter 17 weist eine Druckwand 18 (Fig. 4) auf, die über einen Balg 19 mit einem Gehäuse 20 verbunden ist. Die untere Fläche der Wand 18 ist dem Druck im Behälter 13 ausgesetzt, während auf der anderen Fläche eine mittels eines Einstellorgans 22 einstellbare Feder 21 einwirkt. Die Wand 18 ist mit dem ferromagnetischen Kontakt 23 eines elektrischen Schaltelementes 24 verbunden. Der Kontakt 23 ist schwenkbar bei 25 gelagert und zwischen zwei per manenten oder permanent erregten Magneten 26, 27 angeordnet, deren einander gegenüberliegende Pole gleiches Vorzeichen haben, so dass der Kontakt 23 von beiden Magneten 26, 27 angezogen werden kann.
Wenn der Dampfdruck im Behälter 13 derart steigt, dass die Wirkung der Feder 21 und des Ma gnetes 27 aufgehoben wird, so dass die Wand 18 sich hebt, dann fällt der Kontakt 23 ins Feld des Ma gnetes 26, und die elektrische Stromzufuhr zum Band 7 wird somit unterbrochen.
Wenn der Druck im Behälter 13 unter den vor bestimmten Wert fällt, so kommt der Kontakt 23 wie der mit dem Magnet 27 in Berührung, und der elek- trische.Strom zum Band 7 fliesst wieder. Dank der Verwendung der Magnete 26, 27 erhält man sehr sta bile Schalterstellungen, so dass unstabile Zwischen zustände oder Schwingungen keine Umschaltung ver ursachen. Vorzugsweise wird für den Kontakt 23 ein biegsames Schaltmesser verwendet.
Der Schalter 17 steuert auch ein Relais 28, das ausserhalb der Verdampfungskammer 1 angeordnet ist und das selber die Stromhauptzufuhr steuert.
Sobald der Druck im Raume 12 über den ge wünschten Spitzendruck steigt, steigt der Druck im Behälter 13, und der Schalter 17 wird betätigt, wo durch die elektrische Stromzufuhr zum Heizelement, das heisst zum Band 7, unterbrochen wird und unter brochen bleibt, solange der vorerwähnte Druck nicht unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Der für das Spritzen gewünschte Druck kann wahlweise mittels des Einstellorgans 22 eingestellt werden.
Der Dampf wird vom Verdampfungsraum 12 über den biegsamen Schlauch 29 abgeführt, der zweck mässigerweise mit nicht dargestellten elektrischen Heizmitteln versehen ist und zur ebenfalls nicht dar gestellten Spritzpistole führt. Um eine Kondensation im Schlauch 29 zu vermeiden, muss die Dampfab nahme während des Anlaufens des Verdampfers un terbrochen werden. Während diesem Anlaufen wird zuerst Dampf gebildet und überhitzt, bevor das Sprit zen anfängt. Dies gilt ebenfalls, wenn der Verdampfer nicht verwendet wird und wenn die elektrische Strom- zufuhr unterbrochen ist, und zwar unabhängig vom herrschenden Druck. Denn anderseits würde der Dampf wegen der raschen Abkühlung des Schlauches 29 in demselben kondensieren.
Aus diesem Grunde ist zwischen dem Schlauch 29 und dem Dampfauslass 3 ein nicht dargestelltes Absperrventil vorgesehen, das von Hand oder selbsttätig durch den Schalter 17 be tätigt wird.
Der dargestellte Verdampfer funktioniert wie folgt: Wenn der Verdampfer nicht in Funktion ist, und wenn die elektrische Stromzufuhr unabhängig vom Druck im Behälter 13 und im Raume 12 unterbrochen ist, so herrscht im letzteren Raumtemperatur, so dass praktisch kein Dampf vorhanden ist. Der Spiegel in der Verdampfungskammer 1 liegt demnach ziemlich über dem Spiegel, der sich während des Betriebes des Verdampfers einstellt. Beim Anlassen des Verdamp fers wird das Einstellorgan 22 derart betätigt, dass die elektrische Stromzufuhr nicht vor dem Erreichen des maximalen Arbeitsdruckes unterbrochen wird.
Während dieser Periode wird das vorgenannte Ab sperrventil geschlossen, und der erzeugte Dampf ver ursacht eine rasche Druckzunahme im Raume 12.
Nach Bildung von unter Druck stehendem Dampf sinkt der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungs- kammer 1, bis zur Mündung der Leitung 14 in den Behälter 13, worauf der Dampf in den Behälter 13 gelangt und dort teilweise kondensiert.
Der Flüssigkeitsspiegel im Raume 12 wird leicht um eine Mittellage pendeln, da der Dampf in den Be hälter 13 gelangen kann, wenn dieser Flüssigkeits spiegel unter der genannten Mündung sinkt, wobei aber dadurch die Temperatur des flüssigen Kohlen wasserstoffes im Behälter 13 dank dem Wärmeaus- tauscher 15 steigt, so dass der Dampfdruck im Be hälter 13 auch steigt.
Wenn der maximale Arbeitsdruck erreicht worden ist, wird die elektrische Stromzufuhr vom Schalter 17 unterbrochen, wie vorbeschrieben wurde.
Die Spritzpistole wird angeschlossen, und der wirkliche Arbeitsdruck mittels des Einstellorgans 22 eingestellt. Anschliessend wird auch das Absperrventil geöffnet, so dass Dampf in den Schlauch 29 gelangt. Wenn die Spritzpistole betätigt wird, so wird der Dampf durch deren Düse freigelassen. Der Druck im Raume 12 sinkt, und der Dampf vom Behälter 13 fliesst zurück in diesen Raum 12. Wenn der Druck im Behälter 13 unter einen bestimmten Wert sinkt, wird der Schalter 17 betätigt, worauf die elektrische Strom zufuhr zum Band 7 wieder eingestellt wird.
Der Verdampfer arbeitet jetzt sehr stabil, und der Flüssigkeitsspiegel schwankt nun beidseitig der Mün dung der Leitung 14. Der Dampf bleibt somit prak tisch unter konstantem Druck und hat somit praktisch eine konstante Temperatur.
In Fig. 3 ist eine Variante des Verdampfers dar gestellt, bei welcher ein Teil der Verdampfungskam- mer 30 innerhalb des Behälters 31 für flüssigen Koh lenwasserstoff (entsprechend dem Behälter 13 der Fig. 1, 2) angeordnet ist. Die Dimensionen des Ver- dampfers lassen sich somit weitgehend reduzieren, wobei ein besonders günstiger Wärmeaustausch zwi schen dem flüssigen und dem dampfförmigen Teil des Kohlenwasserstoffes erzielt wird.
Der Behälter 31 bildet mit dem unteren Teil der Wand der Verdampfungskammer 30 einen Druck kessel, der aus einem oberen zylindrischen Teil 31, einem mittleren, ebenfalls zylindrischen Teil 32, des sen Durchmesser kleiner als derjenige des Teils 31 ist, und einem Bodenteil 33, der am Teil 32 druckfest abnehmbar befestigt ist, besteht. Eine zylindrische Trennungswand 34 ist im Teil 31 angeordnet und bildet mit den Teilen 32 und 33 die Wand der Ver- dampfungskammer 30.
Die Wand 34 weist eine kleine Öffnung 35 auf, durch welche ihr Inneres mit einem Ringraum für flüssigen Kohlenwasserstoff kommuni ziert, welcher Ringraum von der Wand 34 und dem Teil 31 gebildet ist. Ein Heizelement 39, wie in bezug auf Fig. 1, 2 beschrieben, ist am Bodenteil 33 be festigt.
Der Schalter 17 ist auf der oberen Seite des Be hälters 31 angeordnet. Der Schlauch 29 ist mit einem nicht dargestellten Absperrventil versehen und mit einer Haube 36 verbunden, die den Dampfraum bil det, in welchem der Dampf überhitzt wird.
Da die Kammer 30 und der Behälter 31 nur durch die dünne Wand 34 getrennt sind, findet ein Wärme austausch zwischen diesen Räumen längs dieser gan zen Wand 34 statt. Der flüssige Kohlenwasserstoff im Behälter 31 wird praktisch auf die gleiche Tem peratur wie der flüssige Kohlenwasserstoff in der Kam mer 30 geheizt.
Die Anlasszeit ist bei dieser Ausführungsform etwas länger, dafür ist die Verdampfung während der Arbeit weitgehend beschleunigt, und zwar wegen der hohen Temperatur im Behälter 31. Ferner ist der Dampfdruck im Behälter 31 wesentlich stabiler, da weniger Kondensation erfolgt.
Wenn der Verdampfer angelassen worden ist, sinkt der Flüssigkeitsspiegel in der Haube 36, bis die Kante 37 erreicht worden ist, dann kann der Dampf über den ringförmigen Kanal 38 in den Behälter 31 gelangen und dort teilweise kondensieren, so dass ein weiterer Wärmeaustausch erfolgt.
Der Flüssigkeitsspiegel in der Haube 36 steigt dann in bezug auf die Kante 37 wieder, so dass der Dampf nicht herausströmen kann. Dann steigt der Druck wieder, und der Prozess wiederholt sich.
Wenn der Dampfdruck im Behälter 31 den maxi malen Wert erreicht hat, schaltet der Schalter 17 um, und die elektrische Stromzufuhr zum Heizelement ist unterbrochen. Die Spritzpistole kann jetzt be tätigt werden, und der Flüssigkeitsspiegel bleibt prak tisch auf der Höhe der Kante 37. Der Dampf hat so mit praktisch eine konstante Temperatur.
Die Verwendung von Chromstahl für das Band 7 erlaubt nicht nur eine Kostensenkung, sondern noch die Entwicklung einer Leistung von 3000 Watt, die notwendig ist, um eine genügende Verdampfung bei einer Spannung von 220 V zu erreichen, wobei das Band 7 doch unter einer verhältnismässig tiefen Tem peratur bleibt.
Wenn überhitzter oder trockener Kohlenwasser stoffdampf als Zerstäubungsmittel verwendet wird, so mischt sich dieser Dampf nicht mit der Farbe, so dass empfindliche Lacke, die eine Mischung mit ge wissen Kohlenwasserstoffprodukten nicht ertragen (z. B. können Nitrozelluloselacke nicht mit Petrol gemischt werden), mit dem gleichen Dampf zerstäubt werden wie weniger empfindliche Lacke.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist die Verwen dung von billigen Kohlenwasserstoffprodukten, z. B. von Petrol, wünschenswert. Wenn aber handels übliches Petrol verwendet wird, muss der Widerstand des elektrischen Heizelementes stets neu eingestellt werden, ansonst der gewünschte Druck nicht erhalten bleibt. Ferner bildet sich ein Kohlenstoffniederschlag auf dem Heizkörper.
Diese Nachteile werden dadurch beseitigt, dass Kohlenwasserstoffprodukte verwendet werden, deren Verdampfungsintervall sich über höchstens 50 C er strecken und die eine mittlere Siedetemperatur von 50 C haben. Beispielsweise kann Petroläther mit einem Siedeintervall von 40 bis 60 C oder Benzin mit einem Siedeintervall von 30 bis<B>800C</B> als Zerstäu- bungsmittel gebraucht werden.
Wenn ein billiges Kohlenwasserstoffprodukt ver wendet wird, muss nicht mehr eine kontinuierlich zu nehmende Temperatur vorhanden sein, weil der not wendige Dampfdruck somit erhalten bleibt, da alle Komponenten bei relativ tiefen Temperaturen ver- dampfen. Ein Dampfdruck von etwa 6 Atü, der zur Zerstäubung genügend ist, kann bei einer Temperatur von 130 C erreicht werden. Somit genügt die relativ tiefe Temperatur des Heizkörpers zur Erzeugung jedes gewünschten Druckes.
In Anbetracht dessen, dass viele Länder hohe Zoll ansätze auf Motorbrennstoff besitzen, ist es zweck mässig, die verwendeten Kohlenwasserstoffe derart zu entwerten, dass sie als Motorbrennstoff nicht mehr verwendbar sind. Ein Vergällungsmittel, dessen Siede intervall innerhalb desjenigen des Kohlenwasserstoffes liegt, wird diesem beigemischt. Dieses Mittel muss in bezug auf den Stoff, mit welchem es bei Siedetem peratur in Berührung kommt, inert sein, muss aber gleichzeitig mit dem Kohlenwasserstoff verdampfen, ansonst sich im Druckkessel eine Kondensation eines solchen Mittels bilden würde.
Als besonders geeignetes Vergällungsmittel kann Dichlormethan verwendet werden, das zwischen 38 und 41 C siedet. Die Endsiedetemperatur ist so tief, dass es bei einem Prozentsatz von 1 bis 5 % ganz mit dem Kohlenwasserstoff verdampft. Es ist stabil genug, um bei keiner der Arbeitstemperaturen unstabil zu werden. Eine Dekomposition würde Salzsäure bilden, die schwere Beschädigungen an den metallischen Tei len des Apparates herbeiführen würde.
Nachstehend werden Charakteristiken von Petrol- äther <I>(A),</I> Benzin<I>(B),</I> Dichlormethan (C) und han delsüblichem Dichlormethan (D) angegeben, die mit dem beschriebenen Apparat verwendet .werden kön nen:
EMI0004.0029
<I>A <SEP> B <SEP> C <SEP> D</I>
<tb> Spezifische <SEP> Dichte <SEP> bei <SEP> 15 <SEP> C <SEP> 0,650 <SEP> 0,640 <SEP> - <SEP> Spezifische <SEP> Dichte <SEP> bei <SEP> 20 <SEP> C <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,324 <SEP> bis
<tb> 1,326
<tb> Siedeintervall <SEP> in <SEP> <SEP> C <SEP> 40-60 <SEP> 30-80 <SEP> 38-41 <SEP> 40-62
<tb> Gehalt <SEP> an <SEP> aromatischen <SEP> Substanzen <SEP> nach
<tb> dem <SEP> 112S04 <SEP> Gewinnungsverfahren <SEP> 3 <SEP> % <SEP> 3 <SEP> % <SEP> - <SEP> Verdampfungszeit <SEP> (Äther <SEP> = <SEP> 1) <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,8 <SEP> 2
<tb> Gehalt <SEP> an <SEP> CH2C12 <SEP> - <SEP> - <SEP> 98% <SEP> 65-70%
<tb> Rest
<tb> Chloroform