Hochdruckapparate

Hochdruckapparate,

 

Geräte für Untersuchungen der Hochdruckphysik sowie technische Einrichtungen zur Durchführung von Stoffumwandlungen (z. B. chemische Reaktionen, hydrothermale Kristallzüchtung, Extraktion mit überkritischen Gasen) unter hohem Druck. Die in der Verfahrenstechnik gebräuchlichen Hochdruckapparate werden allgemein Hochdruckreaktoren genannt; Hochdruckapparate für den diskontinuierlichen Betrieb werden häufig als Autoklaven bezeichnet. Die erforderliche Wanddicke eines zylindrischen Hochdruckapparates ist dem Innendruck und dem Durchmesser proportional. Bei dickwandigen Hochdruckapparaten ergeben sich dadurch Probleme, dass die durch den Druck erzeugten Spannungen auf der Innenseite der Wand größer sind als auf der Außenseite. Bei Vollwandbehältern, die durch Schmieden oder Pressen und Verschweißen aus einem Stück hergestellt werden, lassen sich Wanddicken von maximal 500 mm erreichen. Bei der Mehrlagenbauweise werden auf ein dünnwandiges Kernrohr mehrere Lagen von rot glühenden Metallbändern oder dünnen Blechen aufgetragen. Dadurch lassen sich größere Einheiten herstellen; die Obergrenze bei 1 000 bar (100 MPa) liegt derzeit bei einem Volumen von 30 m³. Drücke von 10 000 bis 100 000 bar (1 GPa bis 10 GPa) lassen sich mit Pressen erzeugen und durch Zylinder-Stempel-Apparaturen verschiedener Bauart auf Feststoffe übertragen. Die in der chemischen Industrie angewandten und sicher beherrschten Drücke reichen gegenwärtig bis etwa 750 bar (75 MPa) bei Temperaturen bis 550 ºC, bei tieferen Temperaturen bis etwa 1 kbar (100 MPa) in großen Anlagen, in kleineren Anlagen bis etwa 4,5 kbar (450 MPa). In Laboratoriumsanlagen werden in Hochdruckapparaten für Gase und Flüssigkeiten Drücke bis 30 kbar (3 GPa) in Schrumpfautoklaven erzielt. Besondere Höchstdruck-Höchsttemperatur-Anlagen, in denen langzeitig Drücke von 50 kbar bis 70 kbar (5 GPa bis 7 GPa) bei Temperaturen von 2 800 ºC erreicht werden, sind großtechnisch zur Herstellung synthetischer Industriediamanten einsetzbar.