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Österreichische
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Gasen aus Gemengen derselben und soll zunächst in ihrer Anwendung auf die Zerlegung der atmosphärischen Luft in ihre Bestandteile beschrieben werden. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass die in ihre Bestandteile zu zerlegende, filtrierte und von Wasser und Kohlensäure befreite Luft bis auf den Verflüssigungspunkt abgekühlt wird ; gleichzeitig wird verflüssigte Luft durch eine Reihe von Behältern mit gesonderten Gasabzugrohren unter für jeden Behälter unabhängiger Wärmezufuhr laufen gelassen und die in den einzelnen Behältern oder Gruppen von Behältern entwickelten Verflüchtigungsprodukte werden gesondert aufgefangen.
Dadurch werden die von den ersten Behältern der Reihe kommenden Gase ausschliesslich oder fast ausschliesslich den leichter flüchtigen und die von den letzten Behältern kommenden Gase ausschliesslich oder fast ausschliesslich den schwerer fluchtigen Bestandteil des Gasgemisches enthalten. Die zur Verflüchtigung der flüssigen Luft
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In den eine Ausführungsform der zu verwendenden Vorrichtung darstellenden Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schnitt des Filters für die zu zerlegende Luft, Fig. 2 ein Schnitt durch die Entwässerungsvorrichtung, Fig. 3 die Wärmeaustausch- und Verflüssigungsvorrichtung, Fig. 4
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und Verflüssigungsvorrichtung.
Di ? zu verarbeitende Luft wird vor Einführung in den Kompressor filtriert und zu diesem Zwecke durch eine Filtrierkammer a (Fig. 1) geleitet, die zwei durchgehende, gelochte Zwischenwände c aus Holz oder dgl. enthält, zwischen welche Baumwolle oder anderes Filtermaterial d eingefüllt ist. Die Filterkammer hat einen grossen Durchgangsquerschnitt, um die durchgangsgeschwindigkeit möglichst niedrig zu halten. Zweckmässig ordnet man zwei oder mehrere solcher Filterkammern nebeneinander an, um die schadhaft gewordenen ohne Unterbrochung des Betriebes ausschalten zu können. Die filtrierte Luft gelangt hierauf zu einem nicht gezeichneten Kompressor beliebiger Art, wo sie z. B. auf eine bis vier Atmosphären Überdruck komprimiert und dann in die in Fig. 2 dargestellte Entwässerungvorrichtung (Trockner) geleitet wird.
Der im Behälter g befestigte Kasten m ist mit einer Anzahl wagrochter, gelochter Scheidewände 11 ausgestattet und von einer im Inneren des Behälters angeordneten Kühlschlange o umgeben, deren Enden die Behälterwände durchsetzen und bei p, q mit dem Zu- und Ableitungsrohr für die Kühlflüssigkeit verbunden werden können. Ablenkungsplatten r am oberen Teil des Behälters zwingen die entweichende Luft zu wiederholten Richtungsänderungen. In den Behälter 9 wird soviel Flüssigkeit eingegossen, dass der Kasten m und die Kühlschlange darin eintauchen.
Das Rohr, welches die zusammengepresste Luft in die Entwässerungsvorrichtung einleitet, muss natürlich so gekrümmt sein, dass die Flüssigkeit nicht aus dem Behälter 9 abläuft, wenn die Kompressoren zu arbeiten aufhören. Die bei i in den Trockner eintretende Luft geht durch den Kasten m nach aufwärts, wobei sie durch die Wände M zerteilt und mit der Flüssigkeit in innige Berührung gebracht und so gewaschen und getrocknet wird.
Überdies wird die Flüssigkeit in Zirkulation versetzt, so dass sie innerhalb des Kastens M ! emporsteigt und aussen an den KühlschlangssQ o herabaieUL
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Wird nur ein Trockner verwendet, so wählt man für denselben eine Flüssigkeit, die auf-20 bis-400 C abgekühlt werden kann, ohne zu erstarren, z. B. Glyzerin, Chlor- katziumlösung, Petroleum, Alkohol oder dgl., zweckmässig aber eine Flüssigkeit, welche begierig Wasser aufnimmt, wie Chlorkalziumlösung oder Alkohol, so dass die Luft gleichzeitig auch möglichst vollständig getrocknet wird.
Es ist aber vorzuziehen, die zu verarbeitende Luft nacheinander durch zwei solche
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und im zweiten erst auf 20 bis 400 C abgekühlt. Im ersten Trockner kann dann Wasser verwendet werden. In der Schlange des zweiten Trockners muss aber immer sehr kalte Salzlösung oder schwefelige Säure, Kohlensäure, Ammoniak oder eine andere flüchtige Flüssigkeit zirkulieren und statt Wasser muss eine der obenerwähnten Flüssigkeiten verwendet werden, welche selbst bei-20 bis-400 C nicht erstarrt.
Die aus dem Trockner austretende Luft wird nochmals filtriert und hierauf verflüssigt und dann wieder verdampft, um ihre Bestandteile voneinander zu scheiden. Hiezu dienen zwei Vorrichtungen ; der Zweck der einen ist der, die Wärme eines Teiles der zu ver-
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rührenden Gase oder Gasgemenge zu übertragen und hiedurch die erstere, bereits auf den Verflüssigungsdruck gebrachte Luft auch auf die Verflüssigungstemperatur zu bringen (Austauschvorrichtung).
Der Zweck der anderen Vorrichtung besteht darin, die zu verarbeitende Luft zu verflüssigen, indem man ihre Wärme zur Verdampfung der bereits verflüssigten Luft benutzt, und dieser Teil bildet die Verfüssigungsvorrichtnng. Diese beiden Teile können zu einem Ganzen vereinigt sein oder zwei in der erforderlichen Weise verbundene Aiparatteile bilden.
In Fig. 3 und 4 sind eine Austausch-und eine Verflüssigungsvorrichtung derart an-
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schliesst. Dabei besteht die Austauschvorrichtung s aus zehn Abteilungen u und die Yerflüssigungsvorrichtung aus zehn Behältern oder Trögen v. In jeder der zehn Abteilungen il der Austauschvorrichtung ist eine Gruppe von acht Rohren 10 (Fig. 4) in Spiralform angeordnet und an einem Ende mit einem einfachen Rohr x mit Hahn y verbunden, das mit einem vertikalen Rohr z in Verbindung steht, in welches die aus dem Trockner kommende Luft eintritt. Am anderen Ende sind die acht Rohre w jeder Abteilung mit einem einzelnen Rohr 2 verbunden, das mit der Schlange 3 des zugehörigen Troges v der Verflüssigungsvorrichtung t in Verbindung steht.
Die Rohre 'sind in einem Kanal 4 von geeigneter Form angeordnet, der von Doppelwänden 5 aus Holz eingeschlossen ist, zwischen welche Baumwolle, Sägespäne, Werg, Kork oder dgl. eingefüllt ist. Der Kanal 4 ist dicht an einen Stutzen 6 angeschlossen, der in eine Öffnung 7 an der Seite des zugehörige Troges v der Verflüssigungsvorrichtung t dicht eingeschlossen ist, derart, dass Gas aus dem Trog v in den Kanal 4 eintreten kann, ohne zwischen der Aussenseite der Verflüssigungsvorrichtung und der Innenseite der Austauschvorrichtung entweichen zu können.
Weiters ist der Kanal 4 durch ein Rohr 8 mit dem Gassammler 9 verbunden, der am oberen Ende mit einem Gasbehälter geeigneter Art für Stickstoff oder stickstoffreiches Gemenge in Verbindung steht. Am unteren Ende ist der Gassammler 9 mit einem Behälter für Sauerstoff oder sauerstoffreiches Gemenge verbunden. Schieber oder Ventile 10 sind im Gassammler zwischen den Einmündungsstellen der Rohre 8 angeordnet und gesatten, die Kanäle 4 mit den oberwiihnten Gasbehälter in und ausser Verbindung zu setzen. Der Mittelteil des Gassammlfs 9 ist mit einem Rohr 11, etwa von rechteckigem Querschnitt verbunden, in dessen senkrechtem Teil eine dreieckige Öffnung 12 angebracht ist und in welchem ein Kolben 13 sich auf und nieder bewegen kann, um die Öffnung 12 mehr oder weniger zu schliessen.
Der Kolben 13 ist durch Gewichte 14 belastet, so dass der zur Auf- wfirtsbewegung des Kolbens erforderliche Druck nach Bedarf geregelt worden kann, womit auch der freie Querschnitt der Öffnung 12 und damit die Menge des daraus entweichenden
Gases geregelt wird.
Jeder Trog v der Verfüssigungsvorrichtung t mit Ausnahme des obersten und untersten ist in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise aus Metallplatten hergestellt und mit einem Fuss 15 ausgestattet, der in eine ringförmige Rinne 16 an der Oberseite des nächsten unteren Troges eintritt. Der unterste Trog l'ist am Boden durch eine ebene Platte 17 und der oberste oben durch eine Platte 18 abgeschlossen. Letzterer steht durch mit Ab- sperrvorrichtungen 21 versebene Stutzen 19 mit den Filtern 20 zur Abscheidung fester
Kohlensäure aus der vernüss gten Luft in Verbind nng.
Das Schlangenrohr 3 jedes Troges der Verfüssigungsvorrichtung, das, wie bereits erwähnt, an einem Ende mit dem zugehörigen Schlangenrohr 'der Austauschvorrichtung verbunden ist, liegt im unteren Teil seines Troges und sein inneres Ende ist durch ein
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sammler 24 geschlossen und am oberen mit einem Rohr 25 verbunden, das durch je ein Zweigrohr mit Hahn 26 mit je einem der Filter 20 verbunden ist. Von einem dieser Zweigrobre geht ein Rohr 52 mit Hahn 53 aus der beim gewöhnlichen Betrieb dos Apparates geschlossen ist, aber geöffnet werden kann, wenn, wie bei Ingangsetzung den Trogen ttasigR Luft von aussen zuzuführen ist.
Jeder Trog v. mit Ausnahme des untersten, ist-mit einem seinen Boden durchsetzenden Rohr 27 ausgestattet, das mit seinem oberen Ende bis über die höchste Stelle des Schlangenrohres 3 dieses Troges nd mit dem unteren Ende bis nahe zum Boden des nächst unteren Troges reicht und daselbst in einen Behälter 28 eintritt, so dass die in diesem befindliche flüssige Luft das untere Ende des Rohres 27 verschliesst und so den Übertritt von Gas aus einem Trog iN den anderen durch dieses Rohr verhindert.
Jeder Trog steht, wie schon erwähnt, durch eine Öffnung 7 mit dem Kanal 4 der zugehörigen Abteilung u der Austauschvorrichtung s in Verbindung und besitzt weiters eine Öffnung 29, in welche ein Rohr 30 eingeschoben wird, nachdem die einzelnen Tröge i, und Abteilungen 14 der Verflüssigungs-und Austauschvorrichtung zusammengestellt worden sind. Das Rohr 30 ist mit zwei Fenstern 31 aus Glas, Glimmer oder dgl. ausgestattet, welche derart angeordnet sind, dass unter dem einen und über dem anderen ein kleiner
Zwischenraum frei bleibt, durch welchen kaltes trockenes Gas aus dem Trog v entweichen kann, um das Vereisen der Fenster zu verhüten.
Eine am Rohr 30 befestigte Feder 32 trägt eine Glühlampe 33 derart, dass die Feder beim Einschieben des Rohres 30 nachgibt, die Lampe aber dann hebt,, so dass sie in Verbindung mit dem im Trog befindlichen
Spiegel (bezw. dem Deckel 18 des obersten Troges) einer durch das Rohr 30 sehenden
Person gestattet, die Vorgangs im Inneren zu beobachten. Die Rohre 30 mit den Fenstern können auch so angeordnet sein, dass man von einer Seite des Apparates zur anderen hindurchsehen kann.
Im untersten Trog v der Verflüssigungsvorricbtung t, welcher, wie gezeigt, tiefer ist, als die übrigen, um dort flüssigen Sauerstoff aufzuspeichern und nach Massgabe des Steigen und Sinkens dieses Sauerstoffvorrates den Gang des Apparates regeln zu können, ist ein unten belasteter Schwimmer 35 angeordnet, von dem eine Stange 36 ausgeht, die in einer an der Trogwand befestigten Führung 37 senkrecht geführt wird. Von der Stange reicht seitlich ein Arm 38 in einen Kasten 3. 9, dessen Inneres mit dem Trog v in freier Ver- bindung steht und der elektrische Stromschlussstücke 40, 41 enthält, zwischen welchen der
Arm 38 spielt.
Je nachdem dieser Arm mit dem einen oder dem anderen Stromschlussstück in Berührung tritt, wird die eine oder die andere elektrische Leitung geschlossen und so mittels Läutwerks oder dgl. angezeigt, dass der Vorrat an flüssigem Sauerstoff zu gross oder zu klein geworden ist. Durch Schliessung der einen oder der anderen dieser Leitungen könnte auch ein elektrischer oder anderer Motor in Tätigkeit gesetzt werden, welcher den
Gang der Kompressoren regelt, die Pressluft für das Rohr s liefern.
Jeder der Filter 20 zur Abscheidung von fester Kohlensäure aus der flüssigen Luft besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 42 mit zwei zylindrischen, durchlochten Zwischen- wänden 43,44, zwischen welchen sich Baumwolle oder anderes Filtermaterial 45 befindet, wodurch eine zylindrische Filterkammer 46 entsteht. Der Deckel 47 schliesst diese
Kammer ab ; er wird durch die Schraube 49 mit Griff 48 festgehalten, welche sich gegen den Deckel stemmt und in Muttergewinde im Querbügel 50 eingreift, der Ansätze an der Aussenseite des Gehäuses 42 untergreift. Die flüssige Luft tritt durch das Rohr 25 in der Mitte der Bodenfläche dieser Kammer ein. Die leichte Abnehmbarkeit des Deckels 47 gestattet, die sich in den Filtern ansammelnde Kohlensäure rasch zu entfernen.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist die folgende : Es wird in irgendeiner Weise erhaltene flüssige Luft in solcher Menge in die Verflüssigungsvorrichtung t eingeführt, dass die Schlangonrohre 3 in den Trögen v davon bedeckt sind. Man lässt hiezu die flüssige Luft durch das Rohr 52 und eines der Filter 20 einströmen, indem man den
Hahn 53 öffnet und den benachbarten Hahn 26 schliesst. Nach erfolgter Einführung der flüssigen Luft wird der erstere geschlossen und der letztere geöffnet. Die mittlerweile in
Gang gesetzten Kompressoren pressen vorher filtrierte Luft zusammen und drücken sie durch die Trockner in das Rohr z.
Ein Teil dieser Luft geht durch das Robrsystem to in jeder Abteilung is der Austauschvorrichtungen und gelangt so in die Schlange 3 des zugehörigen Troges f der Verfüssigungsvorrichtung, woselbst ihr durch die in den Trögen befindliche flüssige Luft Wärme entzogen wird, die zur fraktionierten Destillation der vor- flüssigen Luft in v dient. Die dabei aus der letzteren entwickelten Gase strömen durch die Öffnung 7 aus dem Trog v in den Kanal 4 der entsprechenden Abteilung u der
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der Richtung, in der die Luft durch die Rohre ! p strömt, entgegengesetzt ist. Dabei nehmen diese Gase Wärme aus der Luft in den Rohren w auf und gelangen schliesslich in den Gassammler 9.
Die durch die Rohre w streichende Luft wird somit praktisch genommen bis auf die Verflüssigungstemperatur abgekühlt ; durch weitere Wärmeabgabe an die flüssige Luft in den Trögen !'wird sie schlieüich in den Schlangenrohren S verflüssigt und gelangt in diesem Zustande in den Flüssigkeitssammler 24, Von da fliesst sie durch eines der Filter 20 in den obersten Trog v, wo ein Teil davon vergast wird, während der Rest durch das Rohr 27 in den nächsten unteren Trog v Hiesst, wo wieder ein Teil davon sich verflüchtigt
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verliert die flüssige Luft fast den ganzen Stickstoff und die in den untersten Trog gelangende Flüssigkeit ist fast reiner Sauerstoff.
Wenn die Luft begonnen hat, sich in den Schlangenrohren 3 zu verflüssigen und durch die Filter 20 in die Tröge zu fliessen, nimmt der Apparat seine kontinuierliche Arbeit auf, welche so lange fortdauert, als die Kompressoren arbeiten. Ist die Vorrichtung einige Zeit im Gange, so wird sich Sauerstoff in dem untersten Trog v sammeln und den Schwimmer 35 heben, worauf die Schieber oder Ventile 10 geöffnet und geschlossen werden können, wie es erforderlich sein mag, um die Reinheit der vom Gassammler 9 zu den Gasbehältern gehenden Gemische zu regeln und den Austritt der Gemische, welche für diese Gasbehälter nicht geeignet sind, durch die Öffnung 12 zu ermöglichen.
Da die Verflüchtigung des verflüssigten Gasgemenges im obersten Trog v beginnt, so wird in diesem fast ausschliesslich der flüchtigere Bestandteil (bei Luft Stickstoff) frei werden ; das im zweiten Trog v entbundene Gas wird schon mehr Sauerstoff enthalten u. s. f. ; jo tiefer ein Trog v in der Reihe steht, desto mehr wird das in ihm entwickelte Gasgemenge von dem minder flüchtigen Bestandteil (Sauerstoff) enthalten und desto ärmer wird das in ihm zurückbleibende flüssige Gasgemenge an dem flüchtigeren Bestandteil (Stickstoff) sein, so dass im untersten Trog v fast reiner flüssiger Sauerstoff enthalten ist.
Schliesst man daher den obersten Schieber 10, so wird nur aus dem obersten Trog v kommendes Gas (also fast völlig reiner Stickstoff) in den Behälter am oberen Ende des Gassammlors gelangen können. Lässt man den ersten Schieber offen und schliesst den zweiten, so enthält das in den genannten Behälter strömende Gas schon mehr Sauerstoff u. s. f. und man kann so in den an das obere Ende des Gassammlers 9 angeschlossenen Behälter Gas gelangen lassen, dessen Sauerstoffgehalt beliebig klein gemacht werden kann, indem man einfach den richtigen Schieber 10 schliesst. Selbstverständlich wird dementsprechend der Stickstoffgehalt des Gases, das am anderen Ende des Gassammlers 9 entweicht, entsprechend kleiner.
Man kann auch irgendeinen der Tröge r mit der zugehörigen Austauschvorrichtung ausser Betrieb setzen, ohne die übrigen in ihrer Arbeit zu stören, indem man die Schieber 10 zu beiden Seiten des Stutzens 8 schliesst, der von ihnen zum Gassammler 9 führt.
Die Hähne x und 23 gestatten, den Arbeitsgang in den einzelnen Abteilungen M der Austauschvorrichtung S, sowie in den Trögen v der Verfli1ssigungsvorrichtung t nach Erfordernis zu regeln und einzelne derselben für die Abkühlung und Verflüssigung der Luft ausser Tätigkeit zu setzen.
Auf ähnliche Weise kann auch die Gewinnung von Kohlensäure erfolgen, indem man in den Apparat ein Gemenge son Luft und Kohlensäure etwa in der Form von Essen- gasen oder ein anderes, Kohlensäure enthaltendes Gasgemenge einführt.
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