EP0897757A2 - Anordnung zur Fluorierung von Behältern aus Kunststoff - Google Patents

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EP0897757A2
EP0897757A2 EP98112096A EP98112096A EP0897757A2 EP 0897757 A2 EP0897757 A2 EP 0897757A2 EP 98112096 A EP98112096 A EP 98112096A EP 98112096 A EP98112096 A EP 98112096A EP 0897757 A2 EP0897757 A2 EP 0897757A2
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EP
European Patent Office
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chamber
fluorination chamber
fluorination
wall
gas mixture
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Ottmar Tallafus
Erich Rossmanith
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SAUERSTOFFWERK FRIEDRICH GUTTROFF GmbH
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SAUERSTOFFWERK FRIEDRICH GUTTROFF GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B9/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for fluorinating plastic containers according to the preamble of claim 1 with a fluorination chamber, which is connected to a compressed gas tank via a feed line.
  • the tightness of the wall can be improved in plastic containers.
  • preformed hollow bodies made of simple thermoplastics are stacked in lattice trolleys and moved into the fluorination chamber.
  • a technically dry-compressing vacuum pumping station removes oxygen and steam residues from the fluorination chamber so strongly that when a fluorine-gas mixture, which is located in the pressurized gas container, is introduced into the fluorination chamber, no harmful F 2 reactions, such as hydrofluoric acid (FH), can occur.
  • the fluorination chamber is emptied until there is only a pressure of about 1 millibar in it.
  • the low pressure prevents the highly reactive F 2 gas from entering into aggressive and dangerous compounds with the residual air components, which could be, for example, O 2 and H 2 O vapor.
  • the rapid reaction of F 2 gas with these residual air components could result in the dangerous hydrofluoric acid (FH).
  • the inside of the fluorination chamber should have a temperature of 50 to 60 degrees Celsius, since this is where the formation of desired fluorides is best can take place.
  • the formed from the plastic molecules and fluorine molecules Fluorides are embedded in the molecular lattice of the thermoplastic and make the hollow bodies such as petrol tanks or beverage bottles essential poet.
  • the temperature drops very much strong because the gas admitted into the fluorination chamber expands, thereby extracting heat from the chamber.
  • the temperature can drop by about 40 to 50 degrees Celsius within 1 to 2 minutes due to the expanison cold that is released when you let it in.
  • the fluorination chamber has to be reheated with a great deal of energy and time. Typical values are about 30 minutes at 5 kilowatts of heating power. Since pressure and temperature in the fluorination chamber are interrelated, the amount of fluorine gas mixture introduced into the fluorination chamber can only be determined when the temperature in the fluorination chamber has returned to its initial value.
  • DE 35 11 743 C2 describes a device for producing fluorinated surfaces of polymers known in which in a container fluorine-containing treatment gas is conducted by means of a feed line. There is a in the feed line Valve arranged by means of which the treatment gas is let into the container becomes.
  • DE 27 55 376 C2 describes a device for treating Plastic objects with sulfur trioxide known in which from an air dryer escaping dry compressed air flows through a pressure control valve, which ensures that dry air is available at a constant pressure. Then flows the dry compressed air through a solenoid valve into a heater. Because the solenoid valve either be fully open or fully closed can, it is not possible to have a certain flow resistance in the line build up. On the low pressure side of the pressure regulating valve can thus no adjustable back pressure build up. In addition, it is also not possible a predetermined volume of gas over a period of time, that of a few Minutes up to a few hours can be constant in constant amounts to keep.
  • a pressure reducer and a reducing orifice are in the supply line arranged. This makes it easy to precisely control Feed the fluorine gas mixture into the fluorination chamber.
  • the combination of the pressure reducer and the reducing orifice ensures that that even with the back pressure missing in the fluorination chamber, an exact controlled amount of the fluorine gas mixture introduced into the fluorination chamber can be.
  • a flow resistance is created in the feed line by means of the reducing orifice trained, which causes a back pressure on the pressure reducer, whereby the pressure reducer can work properly. Without reducer there would be no back pressure on the pressure reducer, which would make it work could not execute.
  • An arrangement has proven to be particularly favorable in which at least a wall of the fluorination chamber is heated and at a distance parallel to it Wall a heat exchange baffle is arranged. This allows the fluorine gas mixture in the area between the wall and the heat exchange control bleach be sprayed in, which can cause it to warm up on the heated wall. Hereby the initial temperature becomes very easy in the fluorination chamber restored. It is also particularly favorable if in the fluorination chamber a spray element having at least one nozzle is arranged by means of which the fluorine gas mixture introduced into the fluorination chamber is sprayed onto the chamber wall. It is particularly favorable if the spray element between the wall and the heat exchange baffle is.
  • the gas mixture emerging from the spray element first meets the heated one Wall of the fluorination chamber and can be there in a matter of seconds warm up to the desired temperature of about 50 to 60 degrees Celsius before it slowly due to the heat exchange baffle into the interior of the fluorination chamber can flow in without lowering the temperature.
  • An embodiment of the has proven to be particularly cheap, since it is particularly inexpensive Invention highlighted, in which the reducing orifice is designed as a shut-off valve is. This allows for the manufacture of the arrangement according to the invention Standard component can be used.
  • An embodiment of the invention has proven to be very useful in which the reducing orifice is arranged between the pressure reducer and the fluorination chamber is. With such an arrangement, a reliable function is guaranteed.
  • the single figure shows a schematic representation of an inventive Arrangement.
  • a fluorination chamber 1 is connected to a compressed gas container 2 via a feed line 3.
  • the fluorination chamber 1 has a volume of approximately 20 cubic meters and can be heated.
  • the fluorination chamber 1 has a heated inner wall 9.
  • the compressed gas tank 2 is a steel bottle which contains an F 2 / N 2 gas mixture with 20% fluorine and 80% nitrogen.
  • the compressed gas container 2 can also be a bottle bundle.
  • the compressed gas container 2 can also be designed as a central fluorine supply system with automatic switchover and F 2 absorber protection device, in which the switchover from an emptied bundle to a full bundle takes place automatically without interrupting the F 2 gas flow.
  • the compressed gas container 2 has a shut-off valve 2a.
  • a pressure reducer 4 and a reducing orifice 5 are arranged in the feed line 3.
  • the reducing orifice 5 is a conventional shut-off valve and is between the pressure reducer 4 and the fluorination chamber 1 switched.
  • the feed line 3 has a connection 9 on the one hand, to which the compressed gas container 2 is connected via a flexible connecting line 10.
  • the feed line 3 is connected to a nozzle tube 8 which is in the fluorination chamber 1 is arranged.
  • the nozzles of the nozzle tube 8 are heated to the Wall 6 of the fluorination chamber 1 directed and at a very short distance arranged to the heated wall 6.
  • a heat exchanger baffle 7 is arranged.
  • the heat exchanger baffle 7 is arranged or designed so that from the nozzles of the nozzle tube 8 emerging and on the heated wall 6 of the fluorination chamber 1 Impinging fluorine gas mixture slowly into the interior of the fluorination chamber 1 flows.
  • the combination of the pressure reducer with the reducing orifice ensures that an approximately constant amount of the fluorine / gas mixture flows into the fluorination chamber 1 at a usable gas bottle pressure of approximately 100 to 10 bar.
  • an amount of F 2 gas between 0.36 and 0.48 cubic meters per minute can be set, for example.
  • the F 2 gas temperature which is stored in the pressurized gas container 2 at approximately 18 to 20 degrees Celsius, will cool in the selected example by approximately 3 to 7 degrees Celsius.
  • a comparison with the cooling of about 50 degrees Celsius and more present in a conventional arrangement shows the advantages of the arrangement according to the invention. Since the dwell times of the plastic containers in the fluorination chamber 1 are reduced by approximately 30% due to the lower cooling, a whole day shift is saved in a three-shift operation.

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Abstract

Eine Anordnung zur Fluorierung von Behältern aus Kunststoff weist eine Fluorierungskammer 1 auf, welche über eine Zuführleitung 3 mit einem Druckgasbehälter 2 verbunden ist. In der Zuführleitung 3 sind ein Druckminderer 4 und eine Reduzierblende 5 angeordnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Fluorierung von Behältern aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer Fluorierungskammer, welche über eine Zuführleitung mit einem Druckgasbehälter verbunden ist.
Mit einer derartigen Anordnung kann bei Kunststoffbehältern die Dichtheit der Wandung verbessert werden. Hierzu werden beispielsweise vorgeformte Hohlkörper aus einfachen Thermoplasten in Gitterwagen gestapelt und in die Fluorierungskammer gefahren. Ein technisch trockenverdichtender Vakuumpumpstand entfernt Sauerstoff- und Wasserdampfreste aus der Fluorierungskammer so stark, daß bei Einleitung eines Fluor-Gasgemisches, welches sich in dem Druckgasbehälter befindet, in die Fluorierungskammer keinerlei schädliche F2-Reaktionen mehr entstehen können wie zum Beispiel Flußsäure (FH). Die Fluorierungskammer wird soweit entleert, bis in ihr lediglich noch ein Druck von etwa 1 Millibar vorhanden ist. Durch den geringen Druck wird verhindert, daß das sehr reaktionsfreudige F2-Gas aggressive und gefährliche Verbindungen mit den Restluftbestandteilen eingeht, welche zum Beispiel O2 und H2O-Dampf sein könne. Aus der schnellen Reaktion von F2-Gas mit diesen Restluftbestandteilen könnte nämlich die gefährliche Flußsäure (FH) entstehen.
Die Fluorierungskammer soll in ihrem Inneren eine Temperatur von 50 bis 60 Grad Celsius aufweisen, da hierbei die Entstehung von gewünschten Fluoriden am besten stattfinden kann. Die aus den Kunststoffmolekülen und Fluormolekülen gebildeten Fluoride lagern sich in dem Molekülgitter der thermoplastischen Kunststoffe ein und machen die Hohlkörper wie zum Beispiel Benzintanks oder Getränkeflaschen wesentlich dichter.
Zum Einbringen des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer wird ein am Druckgasbehälter befindliches Absperrventil kurzzeitig geöffnet. Wegen des geringen Druckes in der Fluorierungskammer strömt auch bei einer kurzzeitigen Öffnung des Absperrventils eine große Menge des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer. Eine genau kontrollierte Versorgung der Fluorierungskammer mit dem Fluor-Gasgemisch ist daher nicht zu erreichen.
Wird aus den Druckgasbehältern, wie beispielsweise Stahlflaschen- oder Flaschenbündeln zur Zeit gebräuchliches F2/N2-Gasgemisch mit 20% Fluor und 80 % Stickstoff in die auf 50 bis 60 Grad Celsius vorgeheizte und auf ein Millibar evakuierte Fluorierungskammer eingelassen, sinkt die Temperatur sehr stark, da das in die Fluorierungskammer eingelassene Gas expandiert, wodurch der Kammer Wärme entzogen wird. So kann die Temperatur innerhalb von 1 bis 2 Minuten durch die beim Einlassen freiwerdende Expanisonskälte um etwa 40 bis 50 Grad Celsius sinken. Um diese starke Temperaturabsenkung wieder auszugleichen, muß die Fluorierungskammer mit einem großen Energie- und Zeitaufwand nachgeheizt werden. Typische Werte sind etwa 30 Minuten bei 5 Kilowatt Heizleistung. Da Druck und Temperatur in der Fluorierungskammer miteinander verknüpft sind, läßt sich die Menge des in die Fluorierungskammer eingebrachten Fluor-Gasgemischen erst bestimmen, wenn die Temperatur in der Fluorierungskammer wieder ihren Ausgangswert angenommen hat.
Der Betrieb der bekannten Anordnung ist es daher sehr zeitaufwendig. Darüber hinaus gelangt durch die ungenaue Einbringung des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer regelmäßig eine größere Menge von dem Fluor-Gasgemisch in die Fluorierungskammer als erforderlich wäre. Dies wirkt sich zum einen nachteilig auf die Gaskosten aus und zum anderen wird mehr Energie benötigt, um in der Fluorierungskammer wieder die gewünschte Temperatur herzustellen.
Aus der DE 35 11 743 C2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von fluorierter Oberflächen von Polymeren bekannt, bei welcher in einen Behälter fluorhaltiges Behandlungsgas mittels einer Zuführleitung geleitet wird. In der Zuführleitung ist ein Ventil angeordnet, mittels dem das Behandlungsgas in den Behälter eingelassen wird.
Des weiteren ist aus der DE 27 55 376 C2 eine Vorrichtung zum Behandeln von Kunststoffgegenständen mit Schwefeltrioxid bekannt, bei welcher aus einem Lufttrockner austretende trockene Druckluft durch ein Druckregelventil strömt, welches dafür sorgt, daß trockene Luft mit einem konstanten Druck vorliegt. Danach strömt die trockene Druckluft durch ein Solenoidventil in eine Heizeinrichtung. Da das Solenoidventil entweder nur vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen sein kann, ist es damit nicht möglich, in der Leitung einen bestimmten Strömungswiderstand aufzubauen. Auf der Niederdruckseite des Druckregelventils kann sich somit kein einstellbarer Gegendruck aufbauen. Außerdem ist es damit auch nicht möglich, ein vorherbestimmtes Gasvolumen über einen bestimmten Zeitraum, der von wenigen Minuten bis zu einigen Stunden betragen kann, in gleichbleibender Menge konstant zu halten.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine eingangs genannte Anordnung derart auszubilden, daß sie wesentlich wirtschaftlicher betrieben werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung sind in der Zuführleitung ein Druckminderer und eine Reduzierblende angeordnet. Hierdurch laßt sich auf einfache Weise eine genau kontrollierte Zuführung des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer vornehmen.
Durch die Kombination des Druckminderers und der Reduzierblende wird erreicht, daß auch bei dem in der Fluorierungskammer fehlenden Gegendruck eine genau kontrollierte Menge des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer eingeleitet werden kann. Mittels der Reduzierblende wird in der Zuführleitung ein Strömungswiderstand ausgebildet, der auf den Druckminderer einen Gegendruck bewirkt, wodurch der Druckminderer ordnungsgemäß arbeiten kann. Ohne Reduzierblende würde am Druckminderer kein Gegendruck anstehen, wodurch er seine Funktion nicht ausführen könnte.
Durch die genau kontrollierte Zuführung von Fluor-Gasgemisch in die Fluorierungskammer wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß das Gasgemisch sehr langsam in die Fluorierungskammer einströmt, wodurch die Absenkung der Temperatur in der Fluorierungskammer stark reduziert wird. Hierdurch wird erreicht, daß in der Fluorierungskammer nach relativ kurzer Zeit wieder die vorherige Temperatur vorhanden ist, wodurch zum einen nur wenig Heizenergie benötigt wird und sich zum anderen die in die Fluorierungskammer eingeleitete Menge des Fluor-Gasgemisches schnell bestimmen läßt. Des weiteren wird durch die genau kontrollierte Einleitung des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Fluorierungskammer nur so viel Fluor-Gasgemisch zugeführt wird, wie zur Behandlung der sich in der Kammer befindlichen Kunststoffbehälter erforderlich ist.
Dies wirkt sich sehr günstig auf die Gaskosten aus. So kann der Verbrauch an wertvollem und relativ teurem Fluorgas um bis zu 75 % gesenkt werden.
Als besonders günstig hat sich eine Anordnung herausgestellt, bei der wenigstens eine Wand der Fluorierungskammer beheizt ist und in einem Abstand parallel zur Wand ein Wärmetausch-Leitblech angeordnet ist. Hierdurch kann das Fluor-Gasgemisch in den Bereich zwischen der Wand und dem Wärmetausch-Leitbleich eingesprüht werden, wodurch es sich an der beheizten Wand erwärmen kann. Hierdurch wird auf einfache Weise in der Fluorierungskammer sehr schnell die Ausgangstemperatur wieder hergestellt. Besonders günstig ist es auch, wenn in der Fluorierungskammer ein wenigstens eine Düse aufweisendes Sprühelement angeordnet ist, mittels welchem das in die Fluorierungskammer eingeleitete Fluor-Gasgemisch auf die Kammerwand gesprüht wird. Besonders günstig ist es, wenn das Sprühelement zwischen der Wand und dem Wärmetausch-Leitblech angeordnet ist. Das aus dem Sprühelement austretende Gasgemisch trifft zunächst auf die beheizte Wand der Fluorierungskammer auf und kann sich dort in Sekundenschnelle auf die gewünschte Temperatur von etwa 50 bis 60 Grad Celsius erwärmen, bevor es durch das Wärmetausch-Leitblech bedingt langsam in den Innenraum der Fluorierungskammer ohne Temperaturabsenkung einströmen kann.
Als besonders günstig, da besonders preiswert, hat sich eine Ausführungsform der Erfindung herausgestellt, bei der die Reduzierblende als Absperrventil ausgebildet ist. Hierdurch kann bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung auf Standardbauelement zurückgegriffen werden.
Als sehr zweckmäßig hat sich eine Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei der die Reduzierblende zwischen dem Druckminderer und der Fluorierungskammer angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung ist eine zuverlässige Funktion gewährleistet.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Eine Fluorierungskammer 1 ist über eine Zuführleitung 3 mit einem Druckgasbehälter 2 verbunden. Die Fluorierungskammer 1 hat ein Volumen von etwa 20 Kubikmetern und ist beheizbar. Insbesondere weist die Fluorierungskammer 1 eine beheizte Innenwand 9 auf. Der Druckgasbehälter 2 ist eine Stahlflasche, welche ein F2/N2-Gasgemisch mit 20 % Fluor und 80 % Stickstoff enthält. Statt der Stahlflasche kann der Druckgasbehälter 2 auch ein Flaschenbündel sein. Der Druckgasbehälter 2 kann aber auch als zentrale Fluor-Versorgungsanlage mit Umschaltautomatik und F2-Absorberschutzeinrichtung ausgebildet sein, bei welchem die Umschaltung von einem entleerten Bündel auf ein volles Bündel automatisch ohne F2-Gasstromunterbrechung geschieht. Der Druckgasbehälter 2 weist ein Absperrventil 2a auf.
In die Zuführleitung 3 sind ein Druckminderer 4 und eine Reduzierblende 5 angeordnet. Die Reduzierblende 5 ist ein herkömmliches Absperrventil und ist zwischen dem Druckminderer 4 und der Fluorierungskammer 1 geschaltet.
Die Zuführleitung 3 weist einerseits einen Anschluß 9 auf, an welchem der Druckgasbehälter 2 über eine flexible Anschlußleitung 10 angeschossen ist. Andererseits ist die Zuführleitung 3 mit einem Düsenrohr 8 verbunden, welches in der Fluorierungskammer 1 angeordnet ist. Die Düsen des Düsenrohrs 8 sind auf die beheizte Wand 6 der Fluorierungskammer 1 gerichtet und in einem sehr geringen Abstand zur beheizten Wand 6 angeordnet. Parallel zur beheizten Wand 6 der Fluorierungskammer 1 ist ein Wärmetauscher-Leitblech 7 angeordnet. Das Wärmetauscher-Leitblech 7 ist so angeordnet beziehungsweise ausgebildet, daß das aus den Düsen des Düsenrohrs 8 austretende und auf die beheizte Wand 6 der Fluorierungskammer 1 auftreffende Fluor-Gasgemisch langsam in den Innenraum der Fluorierungskammer 1 einströmt.
Durch die Kombination des Druckminderers mit der Reduzierblende wird erreicht, daß bei einem nutzbaren Gasflaschendruck von etwa 100 bis 10 bar eine etwa gleichbleibende Menge des Fluor-Gasgemisches in die Fluorierungskammer 1 einströmt. Für die im Ausführungsbeispiel gewählte Fluorierungskammer mit etwa 20 Kubikmeter Volumen kann beispielsweise eine F2-Gasmenge zwischen 0,36 bis 0,48 Kubikmeter pro Minute eingestellt werden. Die F2-Gastemperartur, welche in dem Druckgasbehälter 2 mit etwa 18 bis 20 Grad Celsius bevorratet wird, wird sich im gewählten Beispiel um etwa 3 bis 7 Grad Celsius abkühlen. Ein Vergleich mit der bei einer herkömmlichen Anordnung vorhandenen Abkühlung von etwa 50 Grad Celsius und mehr zeigt, welche Vorteile die erfindungsgemäße Anordnung bringt. Da durch die geringere Abkühlung die Verweilzeiten der Kunststoffbehälter in der Fluorierungskammer 1 um etwa 30 % verkürzt werden, ergibt sich bei einem Dreischicht-Betrieb die Einsparung einer ganzen Tagesschicht.

Claims (5)

  1. Anordnung zur Fluorierung von Behältern aus Kunststoff mit einer Fluorierungskammer (1), welche über eine Zuführleitung (3) mit einem Druckgasbehälter (2) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Zuführleitung (3) ein Druckminderer (4) und eine Reduzierblende (5) angeordnet sind, wobei die Reduzierblende (5) in Strömungsrichtung hinter dem Druckminderer (4) angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens eine Wand (6) der Fluorierungskammer (1) beheizt ist und in einem Abstand parallel zur Wand (6) ein Wärmetauscher-Leitblech (7) angeordnet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Fluorierungskammer (1) ein wenigstens eine Düse aufweisendes Sprühelement (8) angeordnet ist, mittels welchem das Druckgas auf die Kammerwand gesprüht wird.
  4. Anspruch nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Sprühelement (8) zwischen der Wand (6) und dem Wärmetauscher-Leitblech (7) angeordnet ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Reduzierblende (5) zwischen dem Druckminderer (4) und der Fluorierungskammer (1) angeordnet ist.
EP98112096A 1997-08-22 1998-07-01 Anordnung zur Fluorierung von Behältern aus Kunststoff Expired - Lifetime EP0897757B1 (de)

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