CH359977A - Druckpumpe zum Fördern von Gemischen aus flüssigem N2O4,HNO3 und H2O - Google Patents

Description

  Druckpumpe zum Fördern von Gemischen aus     flüssigem    N204,     HNO3    und     H20       Es ist bekannt, Gemische aus flüssigem     N204,          HNO3    und     H.,0    unter Drucksteigerung um mehr als  10 Atmosphären, z. B. 50 Atmosphären, in einen Re  aktionsraum einzuführen. Die Durchführung des  drucksteigernden     Pumpvorganges    mit einer Kolben  pumpe wird durch die ausserordentlich     agressiven    kor  rodierenden Eigenschaften solcher Gemische oder  Emulsionen sowie die leichte     Vergasbarkeit    und Gif  tigkeit des     Stickstofftetroxyds    bzw. Stickstoffdioxyds  erschwert.

   Man hat deshalb Kolbenpumpen mit     Kol-          benlaufbüchsen    und in diese     eingepassten,    ohne Kol  benringe und übliche Dichtungen laufende Kolben  aus säurefesten Werkstoffen hoher verschiedener     Bri-          nellhärte    benutzt, wobei an die vom Hochdruck  raum abgewandte Seite des Kolbens ein unter ge  wöhnlichem Druck stehender, nach aussen abgedich  teter Raum angeschlossen wurde, mit Öffnungen für  die Abführung von durch die Laufbüchse durchge  tretener Förderflüssigkeit bzw. von Bestandteilen der  selben. Der Kolbendurchmesser und das Verhältnis  von     Kolbenlänge    zu Kolbendurchmesser wurde mög  lichst gross gewählt.  



  Es hat sich herausgestellt, dass die Anwendung  von Kolben und Laufbüchsen aus sehr harten metalli  schen Werkstoffen, wie z. B.     Ferrosilicium    mit     min-          destens        15        %        Si        oder        z.        B.        hochprozentigen        Chrom-          stählen,    die mit polierten Oberflächen saugend inein  ander     eingepasst    werden, betrieblich mit schwerwie  genden Nachteilen verbunden ist.

   Die anfangs gerin  gen Mengen durchtretender Flüssigkeit steigen schon  nach kurzer Laufzeit infolge Veränderung der     polier-          ten        Oberflächen        über    1     oder    2     %        der        Fördermenge,     und anschliessend weiter.

   Infolge der erwähnten  Eigenschaften der zu fördernden Gemische sowie der  mechanischen Beanspruchung der ohne Schmiermittel  betriebenen polierten Flächen, bei geringer Viskosität    der mehrphasigen Förderflüssigkeit selbst, bleibt die  Oberfläche nicht unverändert glatt, und     Aufrauhung     sowie     mechanische    Beanspruchung führen manchmal  zu Schrammen bzw.     Durchtrittsmöglichkeiten    in  Längsrichtung. Angesichts der beträchtlichen Drücke  und der geringen Viskosität, insbesondere von flüssi  gem     Stickstofftetroxyd,    führen schon geringe derartige  Verletzungen der Oberfläche zu unzulässigem Anstieg  der durchtretenden Mengen.  



  Dadurch werden erhebliche betriebliche Nachteile  hervorgerufen, die in dem Erfordernis dauernder Kon  trollen, in Unterbrechungen und hohen Unterhalts  kosten bei Ersatz der sehr harten polierten Teile, dem  erhöhten     Energiebedarf,    der leichten     Vergasbarkeit     usw. bestehen.  



  Es wurde gefunden, dass     eine    solche Ausbildung  der Druckpumpen bei der Förderung von Gemischen  aus flüssigem     N204,        HNO3    und H     z0    auf hohe Drücke  vermieden werden kann, und die geschilderten schwer  wiegenden Nachteile damit entfallen, wenn man eine  Pumpe     verwendet,    bei der erfindungsgemäss Kolben       und(oder        Kolbenlaufbüchse    mindestens     teilweise    aus       Polyhalogenäthylen    mit 3 oder 4     Fluoratomen    im mono  meren Halogenäthylen bestehen oder mindestens teil  weise damit verkleidet     sind,

      so dass die Abdichtung der       gegeneinander    bewegten Teile entweder zwischen Me  tall und     Polyhalogenäthylen    oder zwischen Polyhalo  genäthylen und     Polyhalogenäthylen    erfolgt. Als     Poly-          halogenäthylen    kommt einerseits     Polytetrafluoräthy-          len    und anderseits ein     Polytrifluoräthylen    in Betracht,  die als säurefeste Dichtungsmittel an sich     bekannt     sind.  



  Man lässt z. B. einen Kolben aus polierten säure  festen Metallen z. B. aus     Chromnickelstahl,    Chrom  stahl oder     Ferrosilicium    oder     Tantal    oder anderen  säurefesten Metallen in einer     Laufbüchse    aus Poly-           tetrafluoräthylen    laufen. Umgekehrt lässt sich eine  metallische Laufbüchse und ein Kolben aus     Poly-          teirafluoräthylen    verwenden. Es ist nicht     erforderlich,     dass Laufbüchse oder Kolben in ihrer ganzen Masse  aus diesem Kunststoff bestehen, sondern es lassen  sich Metallteile verwenden, die damit verkleidet bzw.

    ausgerüstet sind,  Während bisher kein Kunststoff diesen ungewöhn  lichen Anforderungen genügen konnte, und andere  als säurefest bezeichnete Kunststoffe aus den ver  schiedensten     Gründen    versagen, hat sich überraschend  herausgestellt, dass mit den angegebenen     Polyhalogen-          äthylenen    eine den bekannten Verfahren überlegene  Abdichtung und Haltbarkeit unter Senkung der Her  stellung- und Unterhaltskosten der Pumpen erreich  bar wird. Auch die     Verformbarkeit    hat sich über  raschenderweise nicht nachteilig ausgewirkt, sondern       führt    bei der unten beschriebenen Ausbildung zu  einem besonders guten Anliegen an den Dichtungs  flächen.

   Dieses Verhalten unter der gleichzeitig ausser  ordentlichen korrodierenden Beanspruchung durch  Gemische von     N.,04,        HN03    und     H,0,    hohe Drücke  und mechanische     Anforderungen    bei der Kolbenbewe  gung war nicht vorherzusehen, und die neue Ausbil  dung der Pumpen führt zu einem erheblichen tech  nischen Fortschritt dadurch, dass     ein    saugendes Ein  passen harter polierter     Metallteile    ineinander und die  damit verbundenen Unzuträglichkeiten entfallen. Man  kann zwischen Kolben und Laufbüchse einen Spalt  lassen, so dass Metallteile sich nicht berühren bzw.

    gegeneinander fressen können, wobei die einmalige  oder mehrmalige Unterbrechung des Spaltraumes  durch     Polyhalogenäthylene    in Form von Verkleidun  gen, Manschetten, Kolbenringen oder dergleichen  übernommen wird. Man hat dabei noch den bekann  ten     Vorteil    geringer Reibung zwischen Metall und       Polyhalogenäthylen.    Werden die bewegten Teile bei  derseitig mit Flächen aus     Polyhalogenäthylen    ausge  bildet, so ist die bekannte Tatsache für diesen Sonder  zweck, bei dem eine Schmierung entfallen soll, dass  z.

   B.     Polytetrafluoräthylen    gegen     Polytetrafluoräthy-          len    noch wesentlich geringere Reibung hat, zu einer  weiteren bisher nicht angewendeten Erleichterung  dieses schwierigen technischen     Pumpvorganges    aus  genutzt.  



  Man kann aus     Polyhalogenäthylenen    bestehende  Dichtungsteile, z. B. Manschetten oder dergleichen,       derart    in die Metallteile der Kolben     und/oder    der  Laufbüchsen und/oder der Kolbenstangen     einlassen     oder von den der Dichtung     nachgeformten    Metall  teilen abstützen, dass freitragende Flächen oder Stoss  kanten aus     Polyhalogenäthylen    praktisch entfallen,  während der abzudichtende Spaltraum zwischen Kol  ben und Zylinder durch die aus     Polyhalogenäthylen     bestehenden Dichtungsteile ein- oder     mehrmals    unter  brochen wird.

   Diese Spalträume sind vorzugsweise       weniger    als 2 mm, zweckmässig weniger als 1 mm,  und insbesondere weniger als 0,5 mm breit, und zwar  überall, oder wenigstens an den durch die aus     Poly-          halogenäthylen    bestehenden Dichtungsteile unterbro-         chenen    Stellen. Scharfe Metallkanten in Berührung  mit dem Dichtungsmittel lassen sich bei der Abstüt  zung vermeiden.  



  Besonders     bewährt    haben sich in die Metallteile  eingelassene oder von solchen abgestützte, aus     Poly-          halogenäthylen    bestehende Dichtungsteile, z. B. Man  schetten oder dergleichen, die durch den druckseitig       herrschenden    Flüssigkeitsdruck an die gegenüberlie  gende     Lauffläche    abdichtend angedrückt werden,  z. B. Kolbenmanschetten an die Laufbüchsen. Das  geschieht durch Einwirken der Druckflüssigkeit hinter  den Dichtungsteilen, z. B. bei Kolbenmanschetten kol  benseitig. Der Zutritt der     Druckflüssigkeit    wird ins  besondere durch Aussparungen bzw. Rillen bzw. Boh  rungen in den abstützenden Metallteilen bewirkt, z. B.

    bei     abgestützten    Kolbenmanschetten durch Rillen in  den abstützenden     Metallteilen.     



  Die     Polyhalogenäthylene    werden rein oder mit       Zusätzen,    z. B. Füllmitteln, verwendet. Durch Zusätze  lassen sich die Eigenschaften beeinflussen, z. B. die  Reibung vermindern     oder    die Haltbarkeit durch Füll  mittel oder Bindemittel erhöhen. Als     Polyhalogenäthy-          len    hat sich     Polytetrafluoräthylen    besonders     bewährt,     welches z. B. unter     derBezeichnung         Teflon     (eingetra  gene Marke) für Dichtungen aller Art mit spezifischen  Gewichten von 2,1 bis 2,3 an sich bekannt ist. Als  die Reibung vermindernder Zusatz     kann    z. B.

   Graphit  verwendet werden.     Auch    andere nichtmetallische oder  metallische säurefeste Zusätze in feiner Verteilung  kommen in Betracht.  



  Auch bei der Durchführung der Kolbenstange las  sen sich bei diesen Pumpen Abdichtungen mit sol  chem     Polyhalogenäthylen    mit besonderen     Vorteilen     verwenden. Es wird dadurch     möglich,    diese Abdich  tung auch gegen Betriebsdruck vorzunehmen, so dass  man auf einen druckentlasteten Raum vor der Durch  führung der Kolbenstange nicht mehr unbedingt an  gewiesen ist. Die     einfache    Ausbildung doppelt wir  kender Kolben wird dadurch erleichtert.

   Selbstver  ständlich     kann    aber auch zwischen Kolben und der  nach aussen führenden Abdichtung seiner Kolben  stange in an sich     bekannter    Weise ein unter gerin  gerem oder gewöhnlichem Druck stehender, nach  aussen abgedichteter Raum vorgesehen werden, aus  dem etwa durch die Laufbüchse getretene     Förder-          flüssigkeit        abgeführt    wird. Ebenso kann bei doppelt  wirkenden Pumpen an die erste Durchführung der  Kolbenstange noch ein solcher druckentlasteter Raum  angeschlossen werden, aus dem die Kolbenstange oder  eine     zweite    abgedichtete Durchführung nach aussen  tritt.

   Ein solcher Raum kann in bekannter Weise mit  getrennten Öffnungen zur Abführung der Flüssigkeit  und vergaster Stickoxyde versehen werden. Es genügt  aber auch eine angeschlossene Leitung.  



  Unter Benutzung der     erfindungsgemässen    Pumpen  lassen sich die angegebenen Gemische bei hohen  Drücken betriebssicher mit verminderten     Herstel-          lungs-    und Unterhaltskosten sowie     vermindertem     Energiebedarf kontinuierlich nach Belieben verarbei  ten, z. B. mit Sauerstoff zu hochkonzentrierter Sal-           petersäure        mit        Gehalten        zwischen        98        und        100        Gew.%          HN03.     



  <I>Beispiel</I>  Zwei     Dreikolbenpumpen,    die bei 60     Umdrehun-          gen/Minute    etwa 6     m3/h    eines zur     Herstellung          99        %        iger        Salpetersäure        dienenden        Gemisches        aus        flüs-          sigem    N204,     HNO3        und(        H20    auf 52 atü     beförderten,

       waren mit Kolben und Laufbüchsen aus     Ferrosilicium     ausgerüstet, die mit 0,01 mm Spiel saugend inein  ander eingeschliffen und poliert werden. Die zwischen  Kolben und     Laufbüchse    durchtretenden     Rücklauf-          mengen        betrugen        nach        150        Betriebsstunden    1     bis    2     %     der Ansaugmengen, nach 2000 Betriebsstunden 3 bis       4%,        und        stiegen        weiter        an,

          wobei        schon        nach        2600     Betriebsstunden etwa     511/o    Durchtritt erreicht waren.  Nur durch     Erneuerung    eines Kolbens mit Lauf  büchse kann Abhilfe geschaffen werden.  



  In denselben Pumpen wurden     ungeschliffene    Kol  ben aus säurefestem Stahl mit einem zwischen 0,2  und 0,3 mm liegenden Spiel     zwischen    metallischen  Kolbenteilen und Laufbüchsen derart eingebaut, dass  keine Berührung der Metalle mehr bestand.

   Die Ab  dichtung erfolgte durch zwei je Kolben hintereinander  angebrachte Kolbenmanschetten aus     Polytetrafluor-          äthylen.    Die     Rücklaufmengen    lagen nach 150     Be-          triebsstunden        im        Gebiet        unterhalb        0,1%        der        Ansaug-          mengen,    z. B. bei 0,02 oder     0,060/0.    Der Rücklauf  war nach 150 Betriebsstunden um ein bis zwei Grö  ssenordnungen geringer als bei der bekannten Aus  bildung dieser Pumpen.

   Auch nach 300 Betriebsstun  den wurde kein höherer Rücklauf festgestellt. Der  Rücklauf bleibt gering. Kolben und     Laufbüchse    wer  den nicht mehr erneuert, da das     Auswechseln    der  Kolbenmanschetten genügt, um zu hoch angestiegenen       Rücklauf        wieder        auf        das        Gebiet        unterhalb        0,1%        der     Ansaugmenge herabzusetzen.  



  Bei einer weiteren Druckpumpe wurden Kolben  benutzt, bei der die Druckflüssigkeit durch Ausspa  rungen in den die Manschetten abstützenden Metall  teilen des Kolbens derart einwirkte, dass die Lippen  der Manschetten durch den Flüssigkeitsdruck an die  Laufbüchse angedrückt wurden. Dabei war der Rück  lauf nach 150 und 300 Betriebsstunden praktisch  beseitigt bzw. blieb bei     0,01' /o    der abgesaugten Menge  und darunter. Daran hatte sich auch nach 600 Be  triebsstunden nichts geändert.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Druckpumpe zum Fördern von Gemischen aus flüssigem N.04, HNO3 und H20 auf höhere Drücke, dadurch gekennzeichnet, dass Kolbenlaufbüchse und/ oder Kolben mindestens teilweise aus Polyhalogen äthylen mit 3 oder 4 Fluoratomen im monomeren Halogenäthylen bestehen, oder mindestens teilweise damit verkleidet sind, so dass die Abdichtung der ge geneinander bewegten Teile entweder zwischen Metall und Polyhalogenäthylen oder -zwischen Polyhalogen äthylen und Polyhalogenäthylen erfolgt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die aus Polyh@alogenäthylen beste henden Dichtungsteile, z. B. Manschetten, derart in die Metallteile der Kolben und/oder der Laufbüchsen und/oder der Kolbenstangen eingelassen oder von der Dichtung nachgeformten Metallteilen abgestützt sind, dass freitragende Flächen oder Stosskanten aus Poly- halogenäthylen praktisch entfallen, während der ab zudichtende Spaltraum zwischen Kolben und Zylinder durch die aus Polyhalogenäthylen bestehenden Dich tungsteile ein- oder mehrmals unterbrochen wird. 2.

   Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die aus Polyhälogen- äthylen bestehenden Dichtungsteile ein- oder mehr mals unterbrochene Spaltraum weniger als 2 mm breit ist. 3. Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass in die Metallteile eingelassene oder von solchen abgestützte aus Polyhalogenäthylen be stehende Dichtungsteile, z. B. Manschetten, durch den Flüssigkeitsdruck an die gegenüberliegende Lauf fläche abdichtend angedrückt werden, indem die Druckflüssigkeit durch Hohlräume, z. B.

   Aussparun gen, Rillen oder Bohrungen, in den abstützenden Me tallteilen hinter den Dichtungsteilen, z. B. Manschet ten, einwirkt. 4. Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Polyhalogenäthylene Zusätze, z. B. Füllmittel, enthalten. 5. Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Polyhalogenäthylen Polytetra fluoräthylen ist. 6. Druckpumpe nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polytetrafluoräthylen Zu sätze, z. B. die Reibung vermindernde Zusätze oder Füllmittel, enthält. 7.

   Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass auch die Kolbenstange unter Ver wendung von Polyhalogenäthylen abgedichtet ist. B. Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben doppeltwirkend ar beitet. 9. Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass in der Abdichtung Polyhalogen- äthylene verschiedener Härte gegeneinander bewegt werden.

   10. Druckpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kolben und der nach aussen führenden Abdichtung seiner Kolbenstange ein unter vermindertem oder gewöhnlichem Druck ste hender, nach aussen abgedichteter Raum vorgesehen ist, aus dem durch die Laufbüchse getretene Förder- flüssigkeit abgeführt wird.