AT114103B - Verfahren und Vorrichtung zur industriellen Erzeugung fester Kohlensäure. - Google Patents

Description

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    Verfuhren und Vorlichtung zur industriellen Erzeugung   fester Kohlensäure. 



   Die industrielle Erzeugung von fester Kohlensäure erfolgte bisher in Form von sogenanntem   Kohlensäureschnee   dadurch, dass flüssige Kohlensäure ausströmen gelassen wird, wodurch ein Teil verdampft und dem andern Teil die   Schmelzwärme   entzieht, der in Form von Schnee auf Siebtüchern od. dgl. aufgefangen wird.

   Da die gesamte Verdampfungswärme der festen Kohlensäure ungefähr 140 Wärmeeinheiten, die der flüssigen Kohlensäure bei 0  C erst 57 Wärmeeinheiten beträgt, so ist ersichtlich, dass selbst bei vollständiger Ausnutzung der Kühlwirkung des verdampften Teiles zur Kühlung der zuströmenden flüssigen Kohlensäure in diesem günstigen Falle nur   40%   der flüssigen Kohlensäure in Schnee verwandelt werden können, während   60%   als gasförmige Kohlensäure von 0  C wieder verflüssigt werden müssen. Unwirtschaftlich wirkt hiebei noch, dass in den Verdampfungsgefässen, in denen sich der Kohlensäureschnee abscheidet, ein möglichst niederer Druck herrschen muss, der nur durch rasches Absaugen der verdampften Kohlensäure mittels grosser Pumpen zu ermöglichen ist. 



   Ein weiterer Übelstand liegt im Ausbringen der festen Kohlensäure, das entweder die Verwendung von komplizierten und schwer betriebsfähig zu haltende Einrichtungen erfordert, die im wesentlichen nach Art von Kolbenmaschinen arbeiten und wie Brikettiermaschinen den Schnee pressen und ausstossen, oder aber es geht bei jedem Ausbringen ein Teil von Kohlensäuregas verloren, während an dessen Stelle Luft in den Kreisprozess tritt. 



   Das Verfahren gemäss der Erfindung behebt diese Übelstände teilweise oder vollkommen dadurch, dass der Wärmeentzug zum Zwecke der Verfestigung der flüssigen Kohlensäure zur Gänze oder teilweise durch an einem von dieser Kohlensäuremenge verschiedenen Arbeitsmittel vorgenommenen Zustands-   änderungen   (Kältekreisprozess) bewirkt wird, wie dies an sich, z. B. bei der Eiserzeugung, bekannt ist. 



   Als Arbeitsmittel kann allenfalls ebenfalls Kohlensäure oder vorteilhaft   Stickoxydul   verwendet werden. 



   In der Zeichnung ist das Verfahren in zwei Beispielen in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt, Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten zu Fig. 1 in grösserem Massstab. 



   Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung dient zur Erzeugung fester Kohlensäure in Eisform, durch Gefrierenlassen der flüssigen Kohlensäure, bei der beispielsweise Stiekoxydul als Kältemittel dient. 



   Im wärmeisolierten Verdampfer 1 wird flüssiges Stiekoxydul durch Verdampfenlassen stets auf der gewünschten tiefen Temperatur, die unter dem Gefrierpunkt der Kohlensäure liegt, gehalten. Der Dampf wird durch die Rohrleitung 2,2'vom Verdichter 3 abgesogen, in der Vorlage 4 kondensiert und die Flüssigkeit in der Kühlschlange 5 wieder auf die tiefe Temperatur gebracht. Das   Stickoxydul   gelangt sodann in den Raum, in dem es die Gefrierformen 7 für die Kohlensäure umspült und sodann durch das Druckminderungsventil 8 wieder in den Verdampfer. 



   Um das Erstarren der flüssigen Kohlensäure zu beschleunigen und demnach die Anlage leistungsfähiger zu machen, wird die flüssige Kohlensäure schon vor dem Füllen der Formen möglichst tief gekühlt. 



  Um dies ebenfalls mit dem flüssigen Stiekoxydul zu bewirken und trotzdem ein Einfrieren der Rohrleitungen für die Kohlensäure zu vermeiden, ist erfindungsgemäss folgende Anordnung getroffen. 



   Die Rohrleitung 9, die zum Abfüllen der Kohlensäure aus dem Vorratsbehälter dient, ist in Schlangenwindungen durch einen Verdampfer 10 geführt, der über dem Verdampfer 1 angeordnet ist und mit diesem durch ein Fallrohr 11 verbunden ist, das ein entsprechendes Stück unter dem Flüssigkeitsspiegel des   Stickoxyduls   im Verdampfer 1 reicht. Durch ein Dampfabführungsrohr 12 und einen Dreiweghahn 13 ist der obere Teil des Verdampfers 10 mit der Leitung 2'und dem Kompressor 3 verbunden. 



  Während des Füllens der Gefrierformen wird der Dreiweghahn 13 so umgestellt, dass die Rohrleitung 2 

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 abgesperrt, hingegen die Rohrleitung 12 mit dem Kompressor verbunden ist, der nun das flüssige Stickoxydul durch das Fallrohr 11 hochsaugt, so dass es das Schlangenrohr bespült und die   Kohlensäure   kühlt. Ein Ubersaugen von flüssigem   Stickoxydul   in den Kompressor ist durch die Eintauchtiefe des Fallrohres 11 vermieden, die so bemessen ist, dass die über dessen Ende stehende   Stiekoxydulmenge   den   Verdampfer-M nicht überfüllen kann.   



   Vor Beendigung der Füllung der Gefrierformen wird der   Dreiweghahn-M wieder   umgestellt, so dass sich der Verdampfer 10 durch das Fallrohr 11 entleert. Der verbleibende Stickoxyduldampf genügt nicht, in der nunmehr das Schlangenrohr füllenden warmen Kohlensäure Eisbildung zu erzeugen. 



   Die vorteilhaft schwach   kegel-oder pyramidenförmigen   Gefrierformen sind, wie in Fig. 2 dargestellt, unten mit einem dichtenden   Bodenversehluss.   14 versehen, der durch einen starken Bügel 15 mittels eines Hebelverschlusses od. dgl. festgepresst wird. Das Einlassventil   17   ist erfindungsgemäss als   Ho1ùspindelventil   ausgeführt, in dem die   Schraubenspindel. M   sitzt, die mittels eines Gegenkegels 19 im Ventilkörper   j ! 7 dichtet. Unten   trägt die Spindel 18 eine Platte 20. Die Einrichtung dient zum Ausstossen des Kohlensäureeises, indem die Spindel bei geschlossenem Ventil   17 herabgeschraubt   wird. 



  Sie dient ferner dazu, um vor dem Losmachen des Bodenverschlusses anzuzeigen, ob die Eisbildung vollkommen eingetreten ist, da bei noch vorhandener flüssiger Kohlensäure beim Lüften des Ventilkegels   19 Kohlensäuredampf zwischen   den Spindeln 17 und 18   auszischt.   



   Die Anordnung   kann   auch, wie in Fig. 4 dargestellt, so getroffen sein, dass das ganze Ventilgehäuse 21 mittels eines Kegels 22 von innen dichtet und mittels der Mutter 23 nach oben gepresst wird. 



  Der Abschluss des   Zuführungsrohres   9 erfolgt durch die   Ventilspindel17.   Zum Auspressen des Kohlensäureeisblockes wird die Mutter 23 hochgeschraubt, so dass sie sich gegen den Bügel 24 stützt und dadurch das ganze Ventilgehäuse 21 unter elastischem Nachgeben des Rohres 9 nach einwärts presst. 



   Die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung dient insbesondere zum Abfüllen von   Kohlensäuresehnee   unmittelbar in die Verpackung. Hiebei wird nur ein Teil, u. zw. der wesentlich grössere Teil der Kühlwirkung durch einen Kälteprozess bewirkt, der mit einem von der zu verfestigenden Kohlensäure verschiedenen Arbeitsmittel arbeitet, das in diesem Falle selbst wieder Kohlensäure ist, was den Vorteil bietet, dass mit einem einzigen für die Erzeugung flüssiger Kohlensäure, für die   Kälteerzeugung   und für die   Rückverdichtlmg   des nicht verfestigten Kohlensäurerestes dienenden Verdichter das Auslangen gefunden wird. 



   Der beispielsweise zweistufige Verdichter 25 saugt je nach der Stellung des Dreiweghahnes 26 im Vorrat zu verflüssigende Kohlensäure durch die Leitung 27 an, verdichtet sie in der Vorlage 28 und presst sie über den Zweiweghahn 29 und die Leitung 30 in den Vorratsbehälter 31. Zur Erzeugung von Schnee wird vorerst der Hahn 29 so umgestellt, dass der Verdichter Kohlensäure über das Druckminderungsventil 32 in den Verdampfer 33 drückt und gleichzeitig nach Umstellen des Dreiweghahnes 26 den Kohlensäuredampf aus dem Verdampfer 33 über die Leitung 34 ansaugt. Die Temperatur wird durch Druckregelung mittels des Ventiles 35 bis nahe an den Verfestigungspunkt der Kohlensäure   (-65  C)   eingestellt.

   Vom Vorratsbehälter 31 führt eine Rohrleitung 36 als   Kühlschlange   durch den Verdampfer und ist unten durch einen Doppelhahn 37   abschliessbar.   Hinter dem Hahn sitzt ein elastischer Pfropfen   38,   der zum Aufstecken des Verpackungsgefässes bzw. einer die Verpackung (Papierhülle) eingelegt tragenden Hülse oder erfindungsgemäss eines Dewardschen Gefässes 39 dient. 



   Das Rohr 36 läuft durch den Pfropfen und endet in einer Expansionsdüse 40, die analog der bekannten Lavaldüse entsprechend der adiabatischen Dehnung erweitert ist. Durch den Pfropfen ist eine zweite   Leitung 41 geführt,   die ebenfalls mittels des Hahnes 37   abschliessbar   ist, jedoch so, dass sie bei Betätigung des Hahnes 37 etwas früher geöffnet und etwas später geschlossen wird, als die Leitung 36, was leicht durch eine   mehr schlitzförmige   Bohrung im Hahnwirbel für die Leitung 41 erzielt werden kann. Die Leitung   41   kann ebenfalls über den Dreiweghahn 26 an die Saugseite des Verdichters ange- schlossen werden. 



   Gemäss der Erfindung erfolgt die unmittelbare Füllung des zum Versand des   Kohlensäureschnees   dienenden Dewardschen Gefässes in der Weise, dass vorerst der Hahn 26 so umgestellt wird, dass die Leitung   41   an den Verdichter geschlossen ist. Sodann wird das   Verpackungsgefäss   mit der Mündung auf den Pfropfen 38 aufgesetzt und der Hahn 37 langsam geöffnet. Da zuerst das Rohr 41 geöffnet wird, wird vorerst der Luftinhalt des   Verpackungsgefässes   abgesaugt und ein Unterdruck hergestellt. Sodann wird auch die Leitung 36 freigegeben, so dass die tief gekühlte Kohlensäure durch die Düse 40 ausströmt und sich zum grossen Teil in Schnee verwandelt, da die flüssige Kohlensäure bei diesen tiefen Temperaturen eine schon sehr bedeutende Gesamtverdampfungswärme besitzt.

   Der verhältnismässig kleine Teil der Kohlensäure, der hiebei verdampft, wird durch die Leitung 41 dauernd vom Verdichter abgesogen, wieder verdichtet, in der Vorlage 28 kondensiert und über den entsprechend gestellten Zweiweghahn 29 dem Vorratsbehälter 31 zugedrückt. Ein Hahn 42 am Vorratsbehälter dient dazu, die aus dem Verpackungsgefäss abgesaugte Luft von Zeit zu Zeit mit einer kleinen Menge Kohlensäure abzublasen. Das auf diese Weise mit Kohlensäureschnee gefüllte Dewardsche Gefäss wird mit einem wärmeisolierenden gasdurchlässigen Pfropfen bzw. Deckel verschlossen und kommt so zum Versand. Infolge der bekannten 
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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur industriellen Erzeugung von fester Kohlensäure, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeentzug zum Zwecke der Verfestigung der flüssigen Kohlensäure zur Gänze durch an einem von dieser Kohlensäuremenge verschiedenen Arbeitsmittel vorgenommenen Zustandsänderungen (Kältekreisprozess) bewirkt wird.

   2. Verfahren zur industriellen Erzeugung von fester Kohlensäure, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeentzug zum Zwecke der Verfestigung der flüssigen Kohlensäure zum Teil durch an einem von dieser Kohlensäuremenge verschiedenen Arbeitsmittel vorgenommenen Zustandsänderung (Kältekreisprozess) bewirkt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Kohlensäure in ruhendem Zustand der Einwirkung eines von Kohlensäure verschiedenen Kühlmittels, z. B. Stiekoxydul, ausgesetzt wird.

   4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierformen (7) mit Bodenversehlüssen und einer dieser gegenüberliegenden Ausstossvorrichtung für das Kohlensäureeis ausgestattet sind.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstossvorrichtung mit dem Einlassventil (17) kombiniert ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine in der hohlen Ventilspindel (17) geführte Auspressspindel (18), die mittels Ventilkegels (19) am Ventilkörper der Spindel (17) dichtet und eine Ausstossplatte (20) trägt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (21) des Einlassventiles selbst als mittels Dichtungssitzes (22) dichtende Ausstossvorrichtung ausgebildet ist, die mittels Mutter (23) dichtend angepresst bzw. in der Ausstossrichtung bewegt wird.

   8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung für die flüssige Kohlensäure, die nur während des Füllens der Gefrierformen in Wirksamkeit gesetzt wird.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen besonderen mit Absaugeeinrichtung (12) für den Kühlmitteldampf eingerichteten Verdampfer (10), der mittels Fallrohr (11) derart mit dem eigentlichen Verdampfer (1) in Verbindung steht, dass er durch Umstellen der Absaugleitungen (2, 12) aus diesem in begrenztem Masse gefüllt bzw. in diesem entleert wird.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der als Arbeitsmittel für den Kältekreisprozess Kohlensäure verwendet wird, gekennzeichnet durch drei mittels Mehrweghähnen, Ventilen od. dgl. umstellbare Wege für Kohlensäure, von denen der erste von der Druckseite des Verdichters (25) über den Verdampfer (33) zur Saugseite des Verdichters, der zweite von der Druckseite des Verdichters in das Vorratsgefäss (31) für die flüssige Kohlensäure und der dritte vom Vorratsgefäss (31) unter Ausnutzung der Kühlwirkung des Verdampfers (33) über den Raum des Verfestigungsqehälters (39) zur Saugseite des Verdichters führt.

   11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Behälter für die Bildung der festen Kohlensäure unmittelbar an die Ausströmdüse (40) anschliessbare, nach dem Prinzip der Dewardschen Gefässe gebaute Versandbehälter angeschlossen werden, die nach unmittelbarer Füllung mit Kohlensäureschnee mit einem wärmeisolierenden, gasdurchlässigen Verschluss abgeschlossen werden.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen elastischen Pfropfen (38) od. dgl., in dem die Ausströmdüse (40) für die flüssige Kohlensäure und das Absaugrohr (41) für die verdampfte Kohlensäure münden.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein für die Düse (40) und das Absaugrohr (41) gemeinsames Absperrorgan (37), das vorteilhaft das Absaugrohr (41) etwas früher öffnet und etwas später schliesst als die Düse (40).

   14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- EMI3.1 gebildet ist.

   15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 10, gekennzeichnet durch ein Entlüftungsventil EMI3.2