Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, aus einer Quelle oder einem Verratsbehälter für den Stoff in eine Vakuumleitung durch eine Pumpe, deren Pumpenleistung steuerbar ist,

EP 2 237 373 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein, die an einer Hauptballastwasserleitung einer Ballastwassereinrichtung anzuschließen ist, umfassend: eine

Reaktoreinrichtung, der ein Acroleinderivat, Katalysatorsäure und Wasser zur Erzeugung einer wässngen Acroleinlösung zuzuführen ist, eine Abzweigungsleitung, die mit der

Hauptballastwasserieitung zur Abzweigung eines Ballastwasser-Teilstroms verbunden ist, und eine Mischeinrichtung, die mit der Abzweigungsleitung und mit einer Acroleintösung-Zufuhrteitung von der Reaktoreinrichtung verbunden ist und zur Verdünnung der wässrigen Acroleinlösung von der

Reaktoreinrichtung ausgelegt ist, und eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr der wässrigen Acroleinlösung von der Mischeinrichtung zu der Hauptballastwasserieitung. Die EP 2 237 373 A1 lehrt, wie an Deck von Schiffen aus Acroleinacetal, einem leicht brennbaren Stoff mit niedrigem Flammpunkt, plus Wasser und Katalysator bei Bedarf eine wässrige Lösung des Biozides Acrolein erzeugt werden kann, welches über eine Vakuumleitung in den Maschinenraum des Schiffes geleitet wird, um dort idas Ballastwasser des Schiffes zu desinfizieren,

DE 20 2011 032 903 U1 betrifft eineMisch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien umfassend eine Kreislaufpumpe mit einem Saugstutzen und einem

Druckstutzen, eine Rohrschlange, deren Volumeninhalt so bemessen ist, dass die in die Vorrichtung eindosierten Chemikalien eine für die chemische Umsetzung ausreichende Verweilzeit haben, ein Staurohr, das den aus der Rohrschlange austretenden Kreislaufstrom unter Bildung einer Staustelle von dem Auslass der Rohrschlage zu einer Dosierleitung führt, die zwischen dem Staurohr und dem Saugstutzen der Kreislaufpumpe angeordnet ist und wenigstens zwei Dosierventile umfasst, sowie ein Fallrohr, das mit dem Staurohr verbunden ist und einen Vakuumflansch zum Anschluss der Misch- und Dosiervorrichtung an eine Vakuumvorrichtung aufweist. Im Detail wird in DE 20 2011 032 903 U1 gezeigt, wie in einer kontinuierlichen Vorrichtung in Form eines Schlaufenmischreaktors das

Acroleinacetal mit der wässrigen Katalysatorlösung zur Reaktion gebracht wird, und wie diese beiden Stoffe durch zwei Dosierventiie an dieser Vorrichtung in eine Vakuumleitung kontinuierlich eingepumpt werden,

Dosierpumpen werden üblicherweise von Drehstrommotoren angetrieben, deren Drehzahl durch Frequenzumrichter geregelt wird, Frequenzumrichter müssen relativ nahe am Drehstrommotor aufgestellt werden, da es andernfalls zu Regelschwingungen kommt. Dazu kommt, dass beim Einsatz der Dosierpumpe in explosionsgefährdeter Umgebung, wie z.B. an Deck von Schiffen, die Flüssiggase transportieren, der Einsatz von elektrischen Betriebsmitteln untersagt ist.

Der Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, eine Dostereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, bereit zu steilen, die in explosionsgefährdeten Umgebungen gefahrlos eingesetzt werden kann,

Dazu ist die ertindungsgemäße Dosiereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, aus einer Quelle oder einem Verratsbehälter für den Stoff in eine Vakuumleitung durch eine Pumpe, deren Pumpenleistung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine durch einen Pressluftmotor betriebene Verdrängungspumpe ist, und dass zwischen der Verdrängungspumpe und der Vakuumleitung ein Druckhalte- und Regelventil angeordnet ist, dessen dimensionslose Förderhöhe H/Ho [mWS/1 mWS] mit der dimensions!osen Förderleistung Q/Qo

Durch Verwendung eines Pressiuftmotors statt eines Elektromotors als Antrieb der Dosierpumpe kann die Vorrichtung nach DE 20 201 1 032 903 U1 in explosionsgefährdeter Umgebung, d.h. an Deck von Schiffen, welche Flüssiggase transportieren, eingesetzt werden. Die Pressluftleitung zum

Pressluftmotor kann beliebig lang sein, d.h. die Pressluftquelle und deren Steuerung können außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches, beispielsweise im Maschinenraum des Schiffes, angeordnet sein. Allerdings ist das Drehmoment von Pressluftmotoren wegen des unvermeidlichen Schlupfes bei niedrigen Pressluftdrücken von unter 2 Bar nichtlinear zum Pressluftdruck. Dies stellt

steuerungstechnisch einen Nachteil gegenüber den bei Drehstrommotoren verwendbaren

Frequenzumrichtern dar. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Druckhalte- und Regelventil in der Dosierleitung einer mit Pressluftmotor angetriebenen Verdrängungspumpe als Dosierpumpe eingesetzt wird, wobei sich überraschend gezeigt hat, dass dann die Hubzahl der Dosierpumpe proportional dem Pressluftdruck an dem Pressluftmotor ist, sodass die Dosiereinrichtung zuverlässig mit einer mit Pressluftmotor angetriebenen Verdrängungspumpe betrieben werden kann und die Steuerung vereinfacht wird.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalte- und Regelventil umfasst ein zylindrisches Ventilgehäuse mit einer Oberseite, in der eine zentrale Eintrittsbohrung mit einem Durchmesser d1 vorgesehen ist, und mit einer Unterseite, in der eine Innenbohrung vorgesehen ist, deren Durchmesser d2 größer ist als der Durchmesser der Eintrittsbohrung und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet, einen Verschließkolben mit einem Oberteil, dessen Durchmesser d3 kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung und größer als der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung ist, eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe aus einem Elastomer zwischen dem Verschießkolben und einer Innen- Dichtfläche, die zwischen der Innenbohrung und der Eintrittsbohrung an einer Innenseite des

Ventilgehäuses gebildet ist, und durch eine Druckfeder, die in der Innenbohrung abgestützt ist und über den Verschließkolben die Dichtungsscheibe gegen die Innen-Dichtfläche drückt.

Das Druckhalte- und Regelventil ist weitgehend unempfindlich gegen die Anwesenheit von

suspendierten Stoffen in im durchfließenden Medium. Das erfindungsgemäße Druckhalte- und

Regelventil hat einen Selbstreinigungseffekt, denn, da alle beweglichen Teile sich axial und lateral frei bewegen können, werden Ablagerungen oder Anballungen von suspendierten Feststoffen stets mit dem Fördermedium ausgeschwemmt. Daher ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils besonders dann vorteilhaft, wenn das Fördermedium durch Polymerisation unlösliche Festkörper ausscheidet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe einen Durchmesser d4 hat, der größer ist als der

Durchmesser d2 der Eintrittsbohrung plus der radialen Erstreckung der Dichtfläche, und der kleiner ist als der Durchmesser d3 des Oberteils des Verschließkolbens. Durch diese Abmessungen der Dichtungsscheibe wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Dichtungsscheibe auf jeden Fall die Eintrittsbohrung abdeckt und zwar unabhängig von der zeitlichen Lage der Dichtungsscheibe gegenüber der Eintrittsbohrung,

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung dadurch gekennzeichnet _» dass die Oberseite und die Unterseite des Ventilgehäuses als plane Dichtungsflächen ausgebildet sind. Damit können die Oberseite und die Unterseite in vorteilhafter Weise beim Einbau des Druckhalte- und Regelventil als Dichtflächen gegenüber Anschlussbauteilen genutzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorlegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Druckhalte- und Regelventil, das bei der erfindungsgemäßen

Dosiereinrichtung zum Einsatz kommt;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Einbau des Druckhalte- und Regelventils nach Fig. 1 in einer Verfahrensanlage; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung für leicht brennbare Stoffe, insbesondere Acrolein; und

Fig. 4 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis des Pressluftdrucks an einem Pressluftmotor der

Dosiereinrichtung zu der Hubzahl der durch Pressluftmotor angetriebenen Verdrängungspumpe zeigt,

Zunächst wird anhand der Figuren 1 und 2 ein Druckhalte- und Regelventil beschrieben, welches bei der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung für eine Vakuumdestillationsanlage zum Einsatz kommt. Gemäß Fig. 1 hat das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil ein zylindrisches, metallisches Ventilgehäuse 1 mit einer Oberseite 2, in der sich eine zentrale Eintrittsbohrung 3 mit einem

Durchmesser d1 befindet. Das Ventilgehäuse 1 umfasst eine Innenbohrung 5, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser der Eintrittsbohrung 3 und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet. Das Ventilgehäuse 1 hat eine Unterseite 4, die ebenso wie die Oberseite 2 als plane Fläche ausgebildet ist und damit beim Einbau des Druckhalte- und Regelventil als Dichtflächen gegenüber Anschlussbauteilen genutzt werden kann.

In dem Ventilgehäuse 1 befindet sich zwischen der Innenbohrung 5 und der Eintrittsbohrung 3 eine zylindrische, plane, Innen-Dichtfiäche 6 als Übergang zwischen der Innenbohrung 5 und der

Eintrittsbohrung 3. Eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe Taus einem Elastomer ist zwischen einem Verschließkolben 8 und der Dichtfläche 6 angeordnet. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Durchmesser d3 eines zylindrischen Oberteils 9 des Verschließkolbens 8 kleiner als der Durchmesser der Innenbohrung 5 aber größer als der Durchmesser der Eintrittsbohrung 3.

Die Dichtungsscheibe 7 hat einen Durchmesser d3, der größer ist als der Durchmesser der

Eintrittsbohrung plus der radialen Erstreckung der Dichtfläche 6. Außerdem ist der Durchmesser d3 der Dichtungsscheibe 7 kleiner als der Durchmesser d4 des Oberteils 9 des Verschließkolbens 8. Die Dichtungsscheibe 7 verschließt damit die Eintrittsbohrung 3 unabhängig von der seitlichen Lage der Dichtungsscheibe 7, wenn der Verschließkolben 8 die Dichtungsscheibe 7 gegen die Dichtfläche 6 drückt. Der Verschließkolben 8 hat abgerundete Randkanten 10, Ein zylindrischer Unterteil 11 des Verschließkolbens 8 hat einen kleineren Durchmesser d4 als der Innendurchmesser einer Druckfeder 12, die den Verschließkolben 8 über die Dichtungsscheibe 7 gegen die Dichtfläche 6 drückt. Die Druckfeder 12 hat zwischen den Windungen freie Durchtrittspalte. Der Außendurchmesser der Druckfeder 12 ist kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung 5. Die Druckfeder 12 wird durch einen oder mehrere Spannringe 13 vorgespannt. Die Spannringe 13 sitzen mit Passung h6 in der Innenbohrung 5, die eine Passung H7 hat. Ein Seegering 14, welcher in eine Nut 15 eingeklemmt ist, hält die Spannringe 13 durch Stauchung gegen die Druckfeder 12 gedrückt. Im Einbauzustand übt die Druckfeder 12 durch Vorspannung mittels des Verschließkolbens 8 eine Kraft auf die Dichtungsscheibe 7 aus, wodurch die Eintrittsbohrung 3 flüssigkeitsdicht verschlossen wird.

Die Spannkraft der Druckfeder 12 berechnet sich zur Federkonstante ma! Stauchung in mm nach nachstehender Formel I:

Wie ersichtlich ist, gibt es verschiedene freie Variablen, um die gewünschte Federspannung zu erreichen. Der hydraulische Druck der bei der Eintrittsbohrung 3 zufließenden Flüssigkeit bewirkt, dass sich die Dichtungsscheibe 7 von der planen inneren Dichtfläche 8 gegen die Federkraft der Druckfeder 12 abhebt und der bei der Eintrittsbohrung 3 eintretende Flüssigkeitsstrom am Verschließkolben 8 vorbei, durch einen Spalt 16 zwischen dem Oberteil des Verschließkolbens 8 und der Innenbohrung 5 und zwischen den Windungen der Druckfederl 2 in die Innenbohrung 5 fließen kann.

Vorzugsweise hat der Spalt 18 eine Querschnittsfläche, weiche der Querschnittsfläche der

Eintrittsbohrung 3 entspricht. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils bewegt sich nur die Feder 12 und der Verschließkolben 8. Die Dichtungsscheibe 7 bleibt dabei zwischen dem Verschließkolben 8 und der Dichtfläche 8.

Die Druckfeder 12, der Verschließkolben 8 und die Dichtungsscheibe 7 können sich in der

Austrittsbohrung 5 radial bewegen und ordnen sich, wie Versuche zeigen, im freien Spie! zentrisch in der Innenbohrung 5 ein. Daher kann das erfindungsgemäle Druckhalte- und Regelventil vorteilhaft auf Seeschiffen eingesetzt werden, wo durch den Wellengang die Ordinatenachse eine Taumelbewegung durchführt.

Das Druckhalte- und Regelventil gemäß Fig.. 1 kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zwischen zwei DIN Flanschen 17, 17' unter Verwendung von Flachdichtungen 18, 18 ^' eingebaut werden. Wenn die

Flansche 17, 17' Teile von zwei Absperrventilen sind, lässt sich bei laufendem Betrieb durch Zusperren beider Ventile oberhalb und unterhalb des Druckhalte- und Regelventils von Fig. 1 und Lösen von Schraubbolzen 19 das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil leicht ausbauen. Das ausgebaute Druckhalte- und Regelventil wird durch Ausspannen des Seegerings 14 zerlegt und eine andere Druckfeder 12 oder ein zusätzlicher Spannring 13 kann in kurzer Zeit ausgewechselt werden.

Die Dosiereinrichtung umfasst einen Vorratsbehälter 20 für eine Förderflüssigkeit 21 , z.B.

Acroleinacetal. Der Flüssigkeitstand in dem Vorratsbehälter 20 kann niedrig sein, wie bei 22 gezeigt, oder hoch sein, wie bei 23 gezeigt Am Boden des Vorratsbehälters 20 ist eine Saugleitung 24 angebracht, die zu einer Verdrängungspumpe 26 als Dosierpumpe führt. Die Verdrängungspumpe 26 ist über eine mechanische Kupplung 27 mit einem Pressluftmotor 28 verbunden. Der Pressluftmotor 28 ist an eine Pressluftleitung 29 angeschlossen und hat einen Abluftstutzen 31.

Eine Druckleitung 33 führt direkt über einen Flansch 17 zur Eintrittsbohrung 2 des Druckhalte- und Regelventils 36, dessen Innenbohrung 5 an einem Flansch 17 ^' einer Dosierleitung 39 mündet. Durch ein geöffnetes Absperrventil 40 gelangt das mittels Verdrängungspumpe 26 gepumpte Medium,

Acroleinacetal, z.B. in die Vakuumrohrleitung 59.

Die Verdrängungspumpe 26 hatte eine Förderleistung von 27 Liter pro Stunde bei 128 Hüben pro Minute. In der Vakuumrohrleitung 59 herrschte ein Vakuum von - 9,5 mWS (Meter Wassersäule). Bei dieser Förderleistung von 27 Litern pro Stunde zeigte das Manometer in der Druckleitung 33 einen Druck von 25 mWS an. Der Pressluftdruck in der Pressluftleitung 25 war 77 kPa.

Bekanntlich ist das Drehmoment von Pressluftmotoren wegen des unvermeidlichen Schlupfes bei niedrigen Pressluftdrücken von unter 2 Bar nichtlinear zum Pressluftdruck. Es sind daher zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die erwünschte Linearität zwischen dem Pressluftdruck und der Hubzahl der Verdrängungspumpe herzustellen.

Versuche haben gezeigt, dass bei dem Druckhalte- und Regelventil nach Fig. 1 der Zusammenhang zwischen dem hydrostatischen Druck an der Eintrittsbohrung 3 und die Durchflussleistung durch das Druckhalte- und Regelventil das Verhältnis zweier Drücke gleich der dritten Wurzel aus dem Verhältnis der jeweiligen beiden Volumenströme ist.

Wenn H/Ho [m WS/1 m WS] den hydrostatischen Druck in dimensionsloser Form und Q/Qo [mWIrrrVh] die hydraulische Durchflussleistung in dimensionsloser Form bezeichnet, gilt folgende Formel für das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil:

Durch den Einsatz dieses Druckhalte- und Regelventils wird die erwünschte Linearität zwischen dem Pressluftdruck an dem Pressluftmotor 28 und der Hubzahl der Verdrängungspumpe 26 hergestellt. Zum Nachweis dafür wurde der Pressluftmotor 28 der Dosiereinrichtung gemäß Fig. 3 mit verschieden Pressluftdrücken beaufschlagt und die dazugehörige Hubzahl der Verdrängungspumpe 26 gemessen. Die Ergebnisse sind in der grafischen Darstellung in Fig, 4 dargestellt. Die Ordinate bezeichnet die Hübe pro Minute der Verdrängungspumpe 26, und die Abszisse bezeichnet den Pressluftdruck an dem Pressluftmotor 28. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, liefert der Einsatz des Druckhalte- und Regelventils 36 nach Fig. 1 eine lineare Hub/Druckkurve, so das die Regelung der Hubfrequenz mittels

Pressluftsteuerung ein vollwertiger, gefahrloser Ersatz für den elektrischen Frequenzumrichter darstellt.

Bei den Versuchen wurde folgendes Druckhalte- und Regelventil gemäß Fig. 1 verwendet, das durch folgende Parameter definiert war:

Ventilgehäuse 1 : Werkstoff Nr. 1.2424, Außendurchmesser 27 mm, Höhe

Eintrittsbohrung 3: Durchmesser = 8 mm

Innenbohrung 5; Durchmesser = 19 mm

Verschließkolben 8: Werkstoff Nr. 1.2424, Durchmesser Oberteil 17,2

Dichtungsscheibe 7 Viton; Außendurchmesser 16mm; Höhe der Platte 2mm

Feder 12: Werkstoffnummer 1.2330 Außendurchmesser 17,25 mm, Drahtstärke 1 ,25 mm

Spannringe 13: Werkstoff Nr. 1.2424, 3 Stück , Höhe je 2 mm

Flansche 17: Werkstoff Nr. 1.2771 , beidseitig DN 15