Pneumatisch betriebenes Absperrventil

Eine sehr wichtige Funktion übernimmt das pneumatisch betätigte Absperrventil (PV gemäß Tab. III.1) in der Druckapparatur. Es trennt den Vordruckbereich und den Autoklavendruck-bereich voneinander, die beide ein ungefähr gleich großes Volumen von etwas mehr als 100 mL besitzen. Bei dem verwendeten pneumatisch betriebenen Absperrventil handelt es sich um ein als Durchgangsventil ausgebildetes Gerät der Firma Sitec (Art.-Nr.: 710.3314;

Typ 1). Es ist für Betriebsüberdrücke bis 1000 bar geeignet und besitzt zwei Hochdruckver-schraubungsanschlüsse für 1/4"-Rohre. Es ist bei Normaldruck geschlossen (NC = Normal Closed) und öffnet mit Druckluft. Die Zufuhr und der Ablaß von Preßluft ist durch eine spezi-elle Vorrichtung elektrisch fernbedienbar. Das pneumatisch betätigte Absperrventil kann in der aufgebauten Apparatur vom Schalt- und Anzeigenschrank, vom Mikrocontroller oder vom Computer aus geschaltet werden. Die Druckluftversorgung erfolgt durch einen mit Textilfa-sern gestärkten Kunststoffschlauch, der durch die Rückwand des Luftthermostatenschrankes geführt und am universitätseigenen Preßluftsystem angeschlossen ist.

Das pneumatisch betätigte Absperrventil wird zum einen zum Einstellen eines be-stimmten Solldrucks im Autoklaven benutzt. Durch das Computerprogramm geregelt, wird im Vordruckbereich bei geschlossenem pneumatisch betätigten Ventil stets ein geringer Über-druck gegenüber dem AutoklavenÜber-druckbereich aufrechterhalten. Sinkt der Druck im Autokla-ven unter eine bestimmte Schwelle ab, so wird das Ventil durch Druckluftzufuhr geöffnet, und es kann Kohlendioxid in den Autoklaven nachströmen. Sobald der Solldruck im Druck-behälter unter Berücksichtigung einer gewissen Unterschreitungstoleranz erreicht oder über-schritten ist, wird das pneumatisch betätigte Absperrventil wieder geschlossen. Das große Volumen des Vordruckbereiches ist notwendig, damit ein kleiner Überdruck zur Solldruck-nachregelung genügt. Sollte der Druckdifferenzausgleich zum Wiederaufbau des Solldrucks nicht ausgereicht haben, so wird die Dosierpumpe (P1 gemäß Tab. III.1) eingeschaltet (siehe auch Punkt III.3.8.1.1.4).

Das pneumatisch betätigte Absperrventil ermöglicht zum anderen auch den Aufbau ei-nes größeren Überdruckes vor dem Autoklavendruckbereich. Dies ist von Bedeutung, wenn mit Hilfe der elektrisch betätigten Kugelhähne (EK1 und EK2 gemäß Tab. III.1) in den Druckbehälter durch Überdruckausgleich injiziert werden soll (siehe Punkt III.3.1.6.2).

Das pneumatisch betätigte Absperrventil ist am Montagegestell der Druckapparatur an einer eigenen Halterung (5 in Abb. III.5) und unter der hinteren Montageplatte angebracht.

III.3.1.5 Vordruckbereich

Der Vordruckbereich erstreckt sich vom Rückschlagventil (RV1 gemäß Tab. III.1) an der für den Druckaufbau verwendeten Kolbenmembrandosierpumpe (P1 gemäß Tab. III.1) bis hin zum pneumatisch betätigten Absperrventil (PV gemäß Tab. III.1). Letzteres stellt die Grenze zum Autoklavendruckbereich dar. Erfolgt eine Injektion durch Überdruckausgleich (Appara-turaufbau 3; siehe Punkt III.1), so wird der Vordruckbereich zusätzlich noch durch einen elek-trisch betätigten Kugelhahn (EK1 in Abb. III.3) abgeschlossen.

III.3.1.5.1 Druckmessung

Genauso wie der Autoklavendruckbereich ist auch der Vordruckbereich mit einem analogen Manometer (AM1 gemäß Tab. III.1) und einem DMS-Druckmeßumformer (DU1 gemäß Tab.

III.1) ausgestattet. Es werden die gleichen Geräte verwendet (siehe Punkt III.3.1.1.2). Der DMS-Druckmeßumformer (DU1 gemäß Tab. III.1) des Vordruckbereiches ist innerhalb des Luftthermostaten (siehe Punkt III.3.2) in das Drucksystem eingebaut. Er ist linkerhand an dem im Thermostatenschrank stehenden Montagegestell (siehe Punkt III.3.1.1.1.3.1) an einer waagrechten U-Stab-Halterung (4 in Abb. III.5) befestigt. Dagegen ist das analoge Manome-ter (AM1 gemäß Tab. III.1) außerhalb des Luftthermostaten, der auch eine Schutzfunktion ausübt, in das Drucksystem des Vordruckbereiches eingebaut. Daß es hohen Sicherheitsan-forderungen genügt, ist deswegen von besonders großer Bedeutung.

III.3.1.5.2 Rückschlagventile

Aus den verschiedensten Gründen kann es vorkommen, daß der Druck im Vordruckbereich geringer ist als der im Autoklavendruckbereich. Zum Beispiel könnte eine Undichtigkeit auf-getreten sein.

Wird unter solchen Bedingungen das pneumatisch betätigte Absperrventil (PV gemäß Tab. III.1) geöffnet, so kann aus dem Autoklavendruckbereich Kohlendioxid zusammen mit gelösten Substanzen und Schwebstoffen in den Vordruckbereich gedrückt werden, wenn kei-ne Sicherungsmaßnahme dagegen getroffen ist. Ist die Druckanlage nach Apparaturaufbau 3 (siehe Punkt III.1) aufgebaut, bei dem eine Injektion unter Benützung von elektrisch betätigten Kugelhähnen erfolgt, dann ist ohne eine geeignete Vorkehrung noch eine andere Gefahr gegeben: Bei invertierten Druckverhältnissen in den beiden Druckbereichen und entsprechender Betätigung der Kugelhähne könnte es dazu kommen, daß ein im Probenrohr vorgelegtes Injektionsgut in den Vordruckbereich hineingerissen wird.

Um letzteren vor schwer zu beseitigenden Verunreinigungen zu schützen, ist ein Dop-pelrückschlagventil (RV2 gemäß Tab. III.1) in direkter Nachbarschaft zum pneumatisch be-triebenen Absperrventil (PV gemäß Tab. III.1) in das Drucksystem eingebaut. Im Apparatur-aufbau 3 ist vor dem elektrisch betriebenen Kugelhahn (EK1 gemäß Tab. III.1), der an den Vordruckbereich angrenzt, zusätzlich ein weiteres Doppelrückschlagventil (RV3 gemäß Tab.

III.1) angebracht. Beide Rückschlagventileinrichtungen sind jeweils auf der Seite des Vor-druckbereichs eingebaut. Im Apparaturaufbau 3 ist dies nur in dieser Weise sinnvoll, da bei einem Einbau der Rückschlagventilsicherung zwischen dem Autoklaven und dem benachbar-ten Kugelhahn (EK2 gemäß Tab. III.1) die Injektion stark beeinträchtigt werden würde. Beim Injizieren würde ein größerer Anteil des Injektionsgutes in der Rückschlagventilsicherung verbleiben. Der Einbau am pneumatisch betriebenen Absperrventil (PV gemäß Tab. III.1) kann auf beiden Seiten erfolgen.

Bei den verwendeten Rückschlagventileinrichtungen (RV2 und RV3 gemäß Tab. III.1) handelt es sich um Doppelrückschlagklappen der Firma Sitec (Art.-Nr.: 720.4534; Typ 4). Sie sind für Drücke bis zu 4000 bar geeignet. Eine Darstellung gibt Abbildung III.12.

Damit eine einzelne Rückschlagklappe Medium in Durchlaßrichtung passieren läßt, ist ein Differenzdruck zwischen ihrem Ein- und Auslaß von ca. 1 bar notwendig. Dies gilt dann, wenn die standardmäßig eingebaute Feder (Firma Sitec; Art.-Nr.: 791.01.0004.2) mit einer Länge von 10 mm zum Andrücken des Keramik-Stössels an die Ventilöffnung verwendet wird. Es sind Federn (z. B.: Länge 12 mm; Firma Sitec; Art.-Nr.: 791.01.0034.2) erhältlich, die länger sind und eine bessere Ventildichtigkeit bewirken, da sie mit größerer Kraft andrük-ken. Der Vorteil der besseren Dichtigkeit ist bei Einsatz solcher Federn aber auch damit ver-bunden, daß in Durchlaßrichtung ein größerer Öffnungsdruck angewendet werden muß.

Bei den verwendeten Doppelrückschlagklappen wurden Federn mit einer Länge von je einmal 10 mm und einmal 12 mm eingesetzt. Es wurde beobachtet, daß eine Druckdifferenz von ca. 3 bar zwischen Ein- und Auslaß notwendig ist, damit Kohlendioxid in Durchlaßrich-tung passieren kann.

Abbildung III.12: Doppelrückschlagklappe (Firma Sitec) [387].

Wird in einem Drucksystem mit einer Flüssigkeit gearbeitet, so sind als Rückschlagsicherung einfache Rückschlagventile meist ausreichend. Beim Einsatz von Gasen und überkritischen Fluiden ist jedoch wegen der geringen Viskosität dieser Medien die Verwendung von Doppel-rückschlagventilen geboten.

Durch zwei Versuche wurde die Wirksamkeit einer einfachen und einer doppelten Rückschlagventileinrichtung zum Schutz des Vordruckbereiches getestet:

Beim ersten Versuch war eine einfache Rückschlagklappe am pneumatisch betätigten Absperrventil angebracht, die eine Feder der Länge 12 mm enthielt. Bei einer Thermostatisie-rung auf eine Temperatur von 25 °C wurde im Autoklaven nur unter Verwendung von reinem Kohlendioxid ein Druck von ca. 250 bar eingestellt. Im Vordruckbereich wurde der Druck mittels des zur Verfügung stehenden Ablaßventils (AV2 gemäß Tab. III.1) auf etwa 170 bar gesenkt. Der Druckverlauf in Abhängigkeit von der Zeit im Vor- und im Autoklavendruckbe-reich wurde mittels des geschriebenen Computerprogrammes über einen Zeitraum von 10 min hinweg aufgezeichnet (siehe Abb. III.13). Das zunächst geschlossene pneumatisch betriebene Absperrventil wurde nach etwa 2 min geöffnet. Die beiden Druckverläufe weisen zu diesem Moment plötzliche und starke Veränderungen auf, und sie bewegen sich aufeinander zu. Dies zeigt, daß trotz eines eingebauten einfachen Rückschlagventils unter den gegebenen Bedin-gungen Kohlendioxid aus dem Autoklavendruckbereich in den Vordruckbereich eindringen konnte. Schon nach etwa 3 min waren die Drücke der beiden Drucksysteme fast gänzlich aus-geglichen.

Der zweite Versuch testet die Wirksamkeit eines Doppelrückschlagventils (Federn: 1 x 10 mm, 1 x 12 mm) in Nachbarschaft zum pneumatisch betätigten Absperrventil. Wieder wurde bei einer Thermostatisierung auf 25 °C im Autoklavendruckbereich ein Druck von ca. 250 bar und im Vordruckbereich ein Druck von ca. 170 bar eingestellt. Mittels des Com-puterprogrammes wurde der Druck im Vordruckbereich und im Autoklavendruckbereich in Abhängigkeit von der Zeit über einen Zeitraum von 20 min hinweg aufgezeichnet (siehe Abb. III.14). Nach Verstreichen einer Zeit von ca. 2 min wurde das zunächst geschlossene pneumatisch betriebene Absperrventil geöffnet. Zu diesem Moment weisen die beiden Druckverläufe wieder plötzliche und starke Veränderungen auf, wobei sich die Druckwerte aufeinander zu bewegen. Mit kleiner werdender Druckdifferenz werden im folgenden beide Kurven flacher. Auch bei Verwendung eines Doppelrückschlagventils kommt es demnach zu einem Druckausgleich zwischen Autoklaven- und Vordruckbereich. Allerdings verläuft dieser sehr viel langsamer als beim Versuch mit dem einfachen Rückschlagventil. War dort ein fast vollständiger Druckausgleich schon nach ca. 3 min erreicht, so reduzierte sich beim Experi-ment mit dem Doppelrückschlagventil die Druckdifferenz innerhalb der gleichen Zeit auf nur etwa 80 % ihres ursprünglichen Wertes.

Auch ein Doppelrückschlagventil kann keinen absoluten Schutz vor Verunreinigung des Vordruckbereiches geben. Es ist aber sehr viel wirkungsvoller als ein einfaches Rück-schlagventil. Eine schlagartig geschehende Verunreinigung kann es auf jeden Fall verhindern.

In der Regel wird der Experimentator, der stets bei der Anlage bleiben muß, wenn sie unter Druck steht, das Vorliegen einer inversen Drucksituation bald bemerken und anschließend dafür sorgen, daß das pneumatisch betriebene Absperrventil geschlossen wird, wenn es nicht schon geschlossen ist. Eine Verunreinigung des Vordruckbereichs innerhalb einer einmaligen längeren Zeitspanne ist somit auch weitgehend ausgeschlossen. Im übrigen kann davon aus-gegangen werden, daß die Rückschlagventile zu einem verbesserten Abdichtverhalten tendie-ren, wenn sich im Autoklaven nicht nur reines Kohlendioxid befindet, sondern auch eine ge-wisse Menge zum Beispiel eines gelösten Tensides. Der Grund hierfür liegt in einer gesteiger-ten Viskosität des Mediums im Druckbehälter.

Auch am Auslaß der Kolbenmembrandosierpumpe (P1 gemäß Tab. III.1) ist ein Rückschlag-ventil (RV1 gemäß Tab. III.1) angebracht. Es hat zusammen mit den KugelRückschlag-ventilen des Pum-pendosierkopfes die Aufgabe zu verhindern, daß bei einem Druck im Vordruckbereich, der höher als der Gasflaschendruck liegt, Kohlendioxid allzu leicht in die Flasche zurückgedrückt wird. Der Druck im Vordruckbereich kann somit leichter stabil gehalten werden, und es muß mit der Dosierpumpe nicht zu häufig zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks nach-gepumpt werden.

Verwendet wird eine einfache Rückschlagklappe (Art.-Nr.: 720.4532; Typ 2) der Fir-ma Sitec mit einer Feder der Standardlänge 10 mm. Sie ist mit Hilfe eines Adapters (FirFir-ma Sitec; Art.-Nr.: 720.2361) an den Auslaß der Dosierpumpe angeschraubt. Der Einbau eines Doppelrückschlagventils hat sich an dieser Stelle nicht bewährt. Die Dosierpumpe hat Schwierigkeiten beim Druckaufbau, wenn eine Doppelrückschlagklappe am Auslaß ihres Pumpenkopfes angebracht ist.

Abbildung III.13: Test der Wirksamkeit eines einfachen Rückschlagventils; Auftragung der Drücke von Vor- und Autoklavendruckbereich relativ zum Atmosphärendruck in

Abhängig-keit von der Zeit.

Abbildung III.14: Test der Wirksamkeit eines Doppelrückschlagventils; Auftragung der Drücke von Vor- und Autoklavendruckbereich relativ zum Atmosphärendruck in

Abhängig-keit von der Zeit.

III.3.1.5.3 Wärmeaustauscher

Um einen bestimmten Solldruck im Autoklaven aufrechterhalten zu können, ist es notwendig, hin und wieder Kohlendioxid in den Druckbehälter nachzugeben. Hierbei sollte das Gas, das zudosiert wird, auf die im Autoklaven herrschende Temperatur vorthermostatisiert sein. An-derenfalls kommt es durch die nachträgliche Temperaturangleichung im Druckbehälter zu Änderungen des Drucks, die eine gute Druckregelung unmöglich machen können. Wird zum Beispiel zu kaltes Kohlendioxid nachgegeben, so kommt es nach jedem Zudosieren durch die folgende Temperaturangleichung zu einem Ansteigen des Drucks im Autoklaven.

Es ist daher notwendig, daß das sich im Vordruckbereich befindende Kohlendioxid mittels eines Wärmeaustauschers (WA gemäß Tab. III.1) auf die Druckbehältertemperatur vorthermostatisiert wird. Verwendet wird hierfür ein dreimal um einen Winkel von 180° ge-bogenes 9/16"-Hochdruckrohr (Firma Sitec; Art.-Nr.: 730.1110), welches an einer Wand im Inneren des zur Thermostatisierung verwendeten Luftthermostatenschrankes befestigt ist (sie-he 27 in Abb. III.35). Das Rohr besitzt einen Innendurchmesser von 8 mm und ist für Drücke bis zu 2000 bar bei einer Temperatur von 50 °C geeignet. Mit einer Länge von ca. 200 cm besitzt es ein Volumen von 100 ml. An seinen Enden ist es konisch im Winkel von 57° bis 58° bearbeitet und es sind linksgängige Gewinde vom Typ UNF 9/16-18 LH angebracht, so daß das Rohr unter Verwendung von geeigneten Druckringen und Druckschrauben mit pas-senden Hochdruckverschraubungsanschlüssen druckfest verschraubt werden kann (siehe auch III.3.1.9.1). Zur Adaption auf 1/4"-Hochdruckverschraubungsanschlüsse sind an beiden En-den entsprechende Reduzierstücke (Firma Sitec; Art.-Nr.: 720.2130) angebracht. Eine Zulei-tung von Kohlendioxid in den Wärmeaustauscher im rechten Winkel, die aus Platzgründen notwendig ist, gelingt mit Hilfe eines Winkelstückes (Firma Sitec; Art.-Nr.: 720.1532) und eines männlichen Verbindungsstückes (Firma Sitec; Art.-Nr.: 720.1535). Alle verwendeten Adapter sind für Drücke bis 4000 bar geeignet. Der Wärmeaustauscher wurde in einer Son-deranfertigung durch die Firma Bio-Ingenieurtechnik GmbH hergestellt.

Da sein Volumen nicht größer als 100 ml ist, kann er nicht als Druckbehälter im Sinne der Druckbehälterverordnung eingestuft werden. Er stellt auch keine Rohrleitung dar, die un-ter die Druckbehälun-terverordnung fallen würde, da in ihm nur Kohlendioxid fortgeleitet wird, welches weder brennbar noch ätzend oder giftig ist (siehe Punkt III.2).

Das relativ große Volumen des Wärmeaustauschers von 100 ml ist aus verschiedenen Gründen wichtig für die Funktionen der Druckapparatur:

Zum einen muß im Vordruckbereich zum Nachregeln des Drucks im Autoklaven kein großer Überdruck aufgebaut werden. Ein Überdruck von wenigen Bar genügt, um durch Öff-nen des pneumatisch betriebeÖff-nen Hauptventils (PV gemäß Tab. III.1) den Solldruck im Au-toklaven nachzukorrigieren. Bei einem Volumen des Vordruckbereichs von wenigen Millili-tern wäre ein Nachregeln auch bei hohen Druckdifferenzen wenig effektiv, da eine zu geringe Menge an Kohlendioxid nachgegeben werden würde. Es müßte immer die Kolbenmembran-dosierpumpe (P1 gemäß Tab. III.1) eingesetzt werden. Bei einem kleinen Volumen des Vor-druckbereichs könnte diese bei Geschlossensein des pneumatisch betätigten Absperrventils jedoch allzu schnell sehr hohe und gefährliche Drücke aufbauen. Die ständige Aufrechterhal-tung eines Überdrucks im Vordruckbereich wäre auch unter diesen Bedingungen notwendig, da die zum Schutz vor Verschmutzung vor dem pneumatisch betätigten Absperrventil ins Drucksystem eingebaute Rückschlagsicherung nicht gänzlich entgegen ihrer Durchlaßrich-tung dichtet (siehe Punkt III.3.1.5.2). Über die Zeit hinweg käme es zu einer Verunreinigung des Vordruckbereichs.

Zum anderen ist ein großes Volumen im Vordruckbereich wichtig, wenn nach der Me-thode des Überdruckausgleichs unter Verwendung der elektrisch betätigten Kugelhähne inji-ziert wird (Apparaturaufbau 3; siehe Punkt III.1). Je mehr Kohlendioxid während des

Druck-ausgleichs durch die Kugelhähne und das Probenrohr in den Autoklaven hinein gedrückt wird, desto effektiver ist die Injektion. Eine zu geringe Menge durchspülenden Gases würde eine besonders schlechte Vollständigkeit des Injizierens zur Folge haben.

Aufgrund seines Anbringungsortes im Thermostatenschrank ist der Wärmeaustauscher in längeren Heiz- und Kühlphasen in verstärktem Maße Temperaturveränderungen ausgesetzt (siehe Punkt III.3.2). Diesbezüglich ist sein großes Volumen von Nachteil, denn die Tempera-tureinflüsse können hier in relativ großen Druckschwankungen des Vordruckbereiches resul-tieren. Ein anderer und besserer Anbringungsort für den Wärmeaustauscher ist im Thermosta-tenschrank jedoch kaum zu finden. Eine Abhilfe für das Problem der Druckschwankungen könnte möglicherweise eine Vorrichtung (z. B. Führungsblech) bringen, die ihn vor einer zu intensiven Luftumspülung schützt. Auch der Einbau des Wärmeaustauschers in einen Kasten aus Edelstahlblech, der mit Wasser befüllt wird, könnte eine Lösung für das Problem sein.

Durch die Wassereinbettung würde eine größere Trägheit seines Temperaturverhaltens er-reicht werden.

III.3.1.5.4 Berstsicherung als Druckentlastungseinrichtung

Genauso wie der Autoklavendruckbereich kann auch der Vordruckbereich der errichteten Apparatur unter Umständen einmal einem höheren Druck als den für ihn geltenden höchstzu-lässigen Druck ausgesetzt sein. Letzterer ist auch hier wieder vom am wenigsten mit Druck belastbaren Bauelement bestimmt. Zwei Gründe können eine übermäßige Druckbeanspru-chung des Vordruckbereiches bewirken:

Zum einen könnte durch eine Fehlfunktion des Mikrocontrollers (MC gemäß Tab.

III.1) oder aufgrund eines Fehlers im Ablauf des Computerprogrammes die Kolbenmembran-dosierpumpe (P1 gemäß Tab. III.1) bei geschlossenen Absperrventilen (AV2 und PV gemäß Tab. III.1) des Vordruckbereiches bis zu ihrem maximalen Druckaufbauvermögen von 690 bar Druck erzeugen.

Zum anderen kann ein Temperatureffekt der Auslöser sein. Liegt im Vordruckbereich bereits ein relativ hoher Druck vor und wird gleichzeitig die Heizung des Luftthermostaten über längere Zeit betätigt, so kommt es aufgrund der Erwärmung zu einer deutlichen Druck-steigerung. Der im Inneren des Thermostatenschrankes angebrachte Wärmeaustauscher (WA gemäß Tab. III.1) wird von der zu Thermostatisierungszwecken umgewälzten Luft ganz be-sonders stark umspült. Aufgrund seines großen Innenvolumens von ca. 100 ml können Tem-peratureinflüsse relativ große Druckveränderungen im Vordruckbereich bewirken. Zu einer Überschreitung des höchstzulässigen Drucks des Vordruckbereichs kann es ganz besonders leicht kommen, wenn bei hohen Drücken gearbeitet wird und im Thermostatenschrank eine Temperaturregelung nach der Autoklaventemperatur erfolgt (siehe Punkt III.3.8.1.1.3).

Der Vordruckbereich ist zur Absicherung gegen allzu hohe Drücke genauso wie der Autoklavendruckbereich mit einer Berstsicherung (BS1 gemäß Tab. III.1) nach AD-Merk-blatt A1 versehen. Als Einspannvorrichtung dient ebenfalls ein Berstscheibenhalter der Firma Sitec (Art.-Nr.: 720.5032-2), welcher einen Entlastungsquerschnitt von 6,35 mm freigeben kann. Er ist außerhalb des Luftthermostaten unter Verwendung eines T-Stückes in den Vor-druckbereich eingebracht. Wie durch TRB 403 [447] verlangt, ist die Berstsicherung nicht vom zu schützenden Vordruckraum absperrbar. Auf der dem Atmosphärendruck zugewandten Seite der Einspannvorrichtung ist ein Normaldruckrohr mit Innendurchmesser 7 mm ange-bracht, welches nach einigen Zentimetern Länge im 90°-Winkel nach unten gebogen ist. Es schützt vor Berstscheibensplittern, leitet das Kohlendioxid gefahrlos ab und dämpft den bei einem Bersten einer Berstscheibe entstehenden Schall.

Der höchstzulässige Druck für den Druckraum des Vordruckbereiches wird durch das verwendete Analogmanometer (AM1 gemäß Tab. III.1) vorgegeben. Eine Zusammenstellung

der maximalen Betriebsdrücke für die Geräte und Bauteile des Vordruckbereichs zeigt Tabel-le III.6.

Gerät / Bauteil pmax [bar]

Rückschlagventile (RV1, RV2, RV3) 4000 Dreiwege-Kugelhahn (EK1) 690 Adapterstück am Kugelhahn 1500 Analogmanometer (AM1) 600 Wärmeaustauscher (WA) 2000 Adapterstücke am Wärmeaustauscher 4000 Druckmeßumformer (DU1) 900 pneumatisch betätigtes Absperrventil (PV) 1000 Ablaßventil (AV2) 1000 Fittingkörper (T-Stücke; Winkelstücke) 4000

Rohre 4400

Tabelle III.6: Zusammenstellung der maximalen Betriebsdrücke pmax der Geräte und Bauteile des Vordruckbereichs (mit Kurzbezeichnungen nach Tab. III.1).

Um einen übermäßig hohen Druck im Vordruckbereich zu verhindern, kann zum Beispiel eine konische Berstscheibe vom Typ B10b550-04 von der Firma Berstscheiben Schlesinger GmbH mit einem Berstdruck von 550 bar bei 20 °C und einer Ansprechtoleranz von ± 5 % verwendet werden. Bei diesen Berstscheiben liegt der maximale Ansprechdruck bei 577,5 bar und der minimale bei 522,5 bar.

Im Sinne einer guten Druckregelung muß der Druck im Vordruckbereich um wenige Bar über dem Solldruck des Autoklaven gehalten werden. Dies wird durch das Computerpro-gramm bewirkt, wenn die Regelung eines Solldrucks durch den Experimentator veranlaßt wird (siehe Punkt III.3.8.1.1.4).

Soll mittels eines Drucküberschusses im Vordruckbereich in den Autoklaven hinein injiziert werden, so ist ein höherer Überdruck zu wählen (siehe Punkt III.3.1.6.2). Der relativ hohe Ansprechdruck der eingesetzten Berstscheibe von 550 bar läßt hier große Spielräume.

Allzu große Druckdifferenzen sollten jedoch nicht zum Zwecke des Injizierens angelegt wer-den, da dies nachteilige Folgen haben kann (siehe Punkt III.3.1.6.2).

III.3.1.6 Injektion

Für die Durchführung absorptionsspektrophotometrischer Untersuchungen in komprimiertem Kohlendioxid ist es von ganz besonders großer Bedeutung, in den unter Druck stehenden Au-toklaven hinein injizieren zu können. Dies ermöglicht es, ohne Vorliegen der zu detektieren-den Substanz im Druckbehälter zunächst ein Referenzspektrum aufzunehmen. Im folgendetektieren-den können dann gemessene Hauptspektren vor, während und nach einer Injektion mit diesem verglichen werden. Die Erstellung von Absorptionsspektren und Kinetiken ist somit möglich.

Es wurden mehrere Injektionsmethoden unter Benützung verschiedener Geräte getestet.

III.3.1.6.1 Verwendung einer HPLC-Pumpe und eines automatischen Injektionsventils Eine Injektion von Flüssigkeit in den unter Druck stehenden Autoklaven kann mittels einer HPLC-Pumpe (P2 gemäß Tab. III.1) und eines elektrisch betriebenen Injektionsventils (EI gemäß Tab. III.1) auf zweierlei Art und Weise geschehen: Zum einen kann der Inhalt einer am Injektionsventil angebrachten Probenschleife mittels der HPLC-Pumpe durch aus der Gas-flasche (GF gemäß Tab. III.1) entnommenes Kohlendioxid in den Druckbehälter gespült wer-den (Versuchsaufbau 1; siehe Punkt III.1). Zum anderen kann das Ausspülen einer solchen Probenschleife durch Umwälzen des Autoklaveninhalts erfolgen (Versuchsaufbau 2; siehe Punkt III.1).

Bei der zur Verfügung stehenden HPLC-Pumpe handelt es sich um eine Kolbenpumpe des Typs M305 (Art.-Nr.: 34150), welche über die Firma ABIMED Analysen-Technik GmbH

Bei der zur Verfügung stehenden HPLC-Pumpe handelt es sich um eine Kolbenpumpe des Typs M305 (Art.-Nr.: 34150), welche über die Firma ABIMED Analysen-Technik GmbH