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Verfahren zur Vermeidung der Explosionsgefahr im Verdampferraum von Luftzerlegungsanlagen.
Erfahrungsgemäss ist es praktisch nahezu unmöglich, die zu zerlegende Luft von brennbaren
Beimengungen in Form von Oldämpfen aus den Schmiermitteln der Verdichter und von andern, in der
Luft zeitweilig enthaltenen brennbaren Gasen, insbesondere Aeetylen, vollkommen freizuhalten.
Wenn solche Beimengungen in der Luft auch nur im kleinsten Ausmasse vorhanden sind, so führt dies bei Anlagen mit sehr langer Betriebszeit, welche nur selten vollständig durch Wiedererwärmen aufgetaut werden, im Laufe der Zeit doch zu Explosionen, weil diese brennbaren Stoffe in der Zerlegungs- apparatur ausfrieren und als fein verteilte kleinste Eiskristalle bis in die Verflüssigungszone gelangen, wo sie von der Flüssigkeit gelöst werden oder als Aufschwemmung in dieser verbleiben.
Nachdem aber bekanntlich bei den Luftzerlegungsanlagen die Flüssigkeit durch den Rektifikations- prozess in flüssigen Sauerstoff umgewandelt wird, so finden sich schliesslich diese brennbaren Beimengungen im Sauerstoffverdampfer vor. Der flüssige Sauerstoff wird nun aber fortlaufend verdampft, während die ausgefrorenen, im flüssigen Sauerstoff gelösten oder aufgeschwemmten brennbaren Bestandteile zufolge ihrer schwersiedenden Eigenschaft im Verdampfer zurückbleiben und sich dort immer mehr ansammeln.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass ein Gemisch von flüssigem Sauerstoff und brennbaren Stoffen selbst bei der tiefen Temperatur von-180 zu Explosionen führen kann. Dieser Vorgang ist in den letzten Jahrzehnten sehr häufig in Erscheinung getreten. Nach einem Vorschlag sollte nun diesem Übelstand dadurch abgeholfen werden, dass ständig ein Teil des flüssigen Sauerstoffs aus dem Haupt- verdampfer in einen Nebenverdampfer abgeleitet wird und diesen von oben nach unten durchfliesst.
Das verbessert jedoch an sich noch gar nichts, denn so wird nur die Explosionsgefahr in die Kälte- tauscher verlegt, aber nicht beseitigt. Die Kältetauscher werden meist so betrieben, dass ihr warmes
Ende oben und ihr kaltes Ende unten ist, um einen Temperaturausgleich durch das verschiedene spezifische Gewicht des in ihnen befindlichen Gases zu begegenen.
Eine Beseitigung der Explosionsgefahr ist nur zu erreichen, wenn die wegen ihres höheren Siedepunktes als Verdampfungsrückstände in Form von kleinsten Eiskristallen verbleibenden brennbaren
Stoffe fortlaufend sowohl aus dem Hauptverdampfer f und dem Nebenverdampfer e als auch aus der Apparatur überhaupt entfernt werden.
Erfindungsgemäss wird deshalb der im Nebenverdampfer e in bekannter Weise während dem Durchfluss durch eine Rohrspirale von oben nach unten verdampfte Sauerstoff in derselben Richtung durch einen Nebenkältetauscher b in Form einer Rohrspirale weitergeleitet, damit die in Form von Eiskristallen im verdampften Sauerstoff noch verbleibenden brennbaren Stoffe durch die Dampfströmung in eine wärmere Zone des Nebenkältetauschers b mitgenommen, um dort durch fühlbare Luftwärme verdampft zu werden, damit sie restlos aus der Apparatur entfernt werden können, indem sie zusammen mit dem verdampften Sauerstoff am untersten Ende des Nebenkältetauschers b bei abziehen.
Die Fortsetzung des Nebenverdampfers c bildet deshalb ein Nebenkältetauscher b (Fig. 1), in welchem von oben nach unten die Eiskristalle der brennbaren Stoffe aus dem Nebenverdampfer e durch die Verbindung 3 hindurchgeblasen werden, wobei sie verdampfen, indem dieser Nebenkältetauscher b mit Luft beheizt wird, welche bei p eingeleitet und im Nebenverdampfer c verflüssigt werden soll.
Der Schwerpunkt des Verfahrens liegt darin, dass der Sauerstoffdampf mit den Eiskristallen der brennbaren Stoffe seine Strömungsrichtung sowohl durch den Nebenverdampfer als auch durch den Nebenkältetauscher von oben nach unten so lange beibehalten, muss bis die Eiskristalle in eine
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kits-und Dampfströmung so gross ist, dass die Eiskristalle von der Strömung mitgerissen werden.
Die Heizluft für den Nebenkältetauscher b wird in diesem mit etwa - 40 bis - 500 eingeleitet, nachdem sie vorher mit einer Ammoniakkältemaschine gekühlt und damit von ihrem Feuchtigkeitgehalt befreit wurde.
Die bei p in den N ebenkältetauscher b eingeleitete und im Kältetausch mit dem Sauerstoff bis etwa -1750 gekühlte Luft wird mit Leitung 3 aus dem Nebenkältetauscher b von unten nach oben in den Sauerstoffnebenverdampfer c geleitet, u. zw. auf die Kondensatorseite d dieses Verdampfers (Aussenseite der Rohrspirale n), wobei die Luft fraktioniert verflüssigt und dabei in Rohsauerstoff und reinen Stickstoff zerlegt wird, während auf der andern Seite, d. h. innerhalb der Rohrspirale n, der flüssige Sauerstoff verdampft.
Für den im Nebenverdampfer c verdampften Sauerstoff wird fortlaufend aus dem Hauptverdampfer f eine gleich grosse Menge flüssiger Sauerstoff mit Leitung 4 wieder zugeleitet.
Der auf der Kondensatorenseite d verflüssigte Rohsauerstoff wird dann mit Leitung 5 in den Rektifikator geleitet, um dort in Reinsauerstoff und Stickstoff zerlegt zu werden. Der im Kondensatorraum d ausgeschiedene Stickstoff wird mit Leitung 10 der Kondensatorseite des Hauptverdampfers f zugeführt.
Wenn dieses neue Verfahren gemäss Fig. 2 in Verbindung mit dem Regenerativ-Kältespeicherwechselbetrieb durchgeführt werden soll, dann wird die Luft für die Beheizung des Nebenkältetauschers b etwa in der Mitte der drei Regeneratoren I, II oder III, u. zw. abwechselnd immer aus einem derselben bei m entnommen, welcher gerade mit Luft beschickt wird, und mit Leitung 6 dem Nebenkältetauscher b bei p zugeführt. Der Sauerstoff aus dem Nebenkältetauscher b wird dann abwechselnd mit Leitung 7 in einen der drei Regeneratoren bei t in derselben Höhe eingeleitet, in welcher die Luft für den Nebenkältetauscher entnommen wurde.
Von dem Flüssigkeitsumsatz im Hauptverdampfer t brauchen in den Nebenverdampfer c nicht mehr als 5% abgeleitet zu werden, was vollkommen genügt, um eine Ansammlung von brennbaren Stoffen im Hauptverdampfer im allgemeinen zu verhindern.
Nachdem aber der Hauptverdampfer bei grossen Anlagen ziemlich bedeutende Ausmasse besitzt und mit eng beisammen angeordneten Röhren vollständig besetzt ist, so besteht trotzdem noch einige Gefahr einer lokalen Ansiedlung dieser brennbaren Stoffe auf dem Verdampferboden.
Zur Vermeidung dieser Ansiedlungen wird nun ein sehr ausgiebiger künstlicher Flüssigkeitsumlauf im Hauptverdampfer herbeigeführt, um damit eine ganz gleichmässige Verteilung der brennbaren Stoffe in der Flüssigkeit des Hauptverdampfers zu bewirken und etwaige auf dem Verdampferboden sich vorübergehend als feste Bestandteile angesiedelte brennbare Stoffe abzuschwemmen.
Hiezu wird nun das Röhrenbünde11'aussen mit einem Kupferblechmantel s umgeben, der nicht bis zum unteren Verdampferboden reicht, und nur bis etwa drei Viertel der Verdampferhöhe hochgeführt ist.
Da sämtliche Röhren sich innerhalb dieses Mantels befinden, so kann nur innerhalb desselben die Verdampfung vor sich gehen. Durch die starke Verdampfung wird nun die Flüssigkeit innerhalb des Mantels vollständig mit Dampfblasen durchsetzt und damit spezifisch leichter als die Flüssigkeit ausserhalb des Mantels. Die Folge davon ist ein sehr lebhafter Flüssigkeitsumlauf im Hauptverdampfer in der Pfeilrichtung.
Die übrigen in der Zeichnung angegebenen Leitungen, die aber mit dem Schutzbegehren nicht in unmittelbarem Zusammenhang stehen, sind mit L für Luft, mit N2 für Stickstoff und mit O2 für Sauerstoff bezeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Vermeidung der Explosionsgefahr im Verdampferraum von Luftzerlegungsanlagen durch ständiges Ableiten einer Teilmenge des Hauptverdampferinhaltes von oben nach unten durch einen Nebenverdampfer, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Nebenverdampfer (c) noch als Eiskristalle enthaltenen brennbaren Stoffe vom verdampften Sauerstoff ebenfalls von oben nach unten durch einen Nebenkältetauscher (b) geblasen werden, welcher mit der fühlbaren Wärme von Luft beheizt werden soll, die mit einer Temperatur zugeleitet wird, welche geeignet ist, um die im Sauerstoffdampf noch enthaltenen brennbaren Stoffe zu verdampfen.