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Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Komponenten aus einem Gas-und/oder
Dampfgemisch
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Komponenten aus einem Gas-und/oder Dampfgemisch durch Abkühlung.
Es wurde bereits früher vorgeschlagen, eine Komponente aus einem Gas-und/oder Dampfgemisch, z. B. Feuchtigkeit aus der Luft, dadurch abzutrennen, dass das Gemisch längs einer Anzahl Wände geführt wird, die sozusagen einen Raum bilden und wobei in diesem Raum durch Kühlung ein bestimmtes Temperaturgefälle aufrechterhalten wird.
Die erforderliche Wandfläche ist hiebei ziemlich gross. Das Entfernen von sich an der Wand absetzendem Schnee, der des öfteren teilweise einen Eischarakter hat, ist ziemlich zeitraubend.
Die Erfindung schafft nun ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Abtrennen von Komponenten, wie z. B. Wasser und Kohlensäure, aus einem Gas- und/oder Dampfgemisch durch Abkühlung, das einfach durchzuführen ist und wobei auch die Vorrichtung einfach aufgebaut ist und wenig Raum beansprucht, und bei dem der abgelagerte Schnee leicht entfernt werden kann.
Der Abtrenner nach der Erfindung ermöglicht eine längere Betriebszeit der Maschine oder Anlage, wie z. B. einer Gastrennanlage, bei der der Abtrenner zur Verwendung kommt.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass eine für Gas und/oder Dampf durchlässige Schicht aus dem Schnee einer oder mehrerer Komponenten auf einem gekühlten engmaschigen Metallgitter, wie z. B. einer Metallgaze, als ein immer dicker werdender Kuchen aufgebaut wird und dass das Gas-und/oder Dampfgemisch durch diesen Schneekuchen hindurch dem Metallgitter zugeleitet und sodann durch das Metallgitter hindurchgeführt wird.
In der österr. Patentschrift Nr. 30371 wird bereits vorgeschlagen, Feuchtigkeit aus durch ein engmaschiges Rohrsystem strömendem Gas auf den Wandungen der Kühlrohre als Schnee niederzuschlagen.
Dieser Schnee füllt die Zwischenräume zwischen den Rohren aus und bildet dort ein Filter, Verunreinigungen werden auf der Schneedecke abgesetzt (Seite 1, Zeilen 22,23 der Patentschrift). Die Verunreinigungen sind Staubteilchen (Seite 1, Zeile 10).
Dieses bekannte Schneefilter hat eine sehr beschränkte Dicke. Die Temperatur in diesem Schneefilter wird demzufolge überall gleichmässig sein. Dagegen ist im Schneekuchen bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ein beträchtlicher Temperaturgradient gerechnet von der Wand bis zur freien Schneeoberfläche vorhanden. Ausfrierbare Komponenten im anströmenden Gas (z. B. Wasserdampf und COO kristallisieren nicht nur auf der Oberfläche des Schneekuchens, sondern auch in den Poren dieses Kuchens aus. Trotzdem bleibt der Kuchen für Gas durchlässig.
Weil der Kuchen entgegen der Stromrichtung immer dicker werden kann, ist die Ausfrierleistung dieser Vorrichtung sehr gross.
Der Gedanke, dass es möglich ist, in dem freien Raum an einer Seite einer gasdurchlässigen, gekühlten Wand z. B. einer Gaze, einen in die von der Wand abgekehrten Richtung merkwürdigerweise immer dicker werdenden Schneekuchen, gebildet aus Komponenten, die aus einem in Richtung der Wand strömenden Gas ausgefroren werden (z. B. Wasser- bzw. Kohlensäureschnee) aufzubauen, ist somit der österr. Patentschrift Nr. 30371 nicht zu entnehmen.
Der Schnee kann durch mindestens eine Komponente selbst gebildet werden. Es ist aber auch möglich, zunächst Schnee, z. B. von Wasserdampf, zu bilden und damit eine andere Komponente, wie z. B. Kohlensäure, zu fangen.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass auf diese Weise nach der Erfindung sozusagen Schnee mit Schnee gefangen werden kann. Die aufgebaute Schneeschicht wächst bei der Hindurchführung des zu behandelnden Gemisches entgegen der Strömungsrichtung der Luft an und frischer Schnee lagert sich in einer für Gas durchlässigen Form darauf ab. Selbstverständlich muss die Vorrichtung so konstruiert sein, dass für den immer dicker werdenden Schneekuchen genügend Raum vorgesehen ist.
Die Schneeabscheidung erweist sich dadurch als möglich, dass der Wärmestrom durch die Schneemasse selbst hinreichend gross ist, um die Aussenseite auf niedrige Temperatur zu halten. Es handelt sich im vorliegenden Fall also um einen Temperaturgradienten in der Schneeschicht selbst.
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Es sei bemerkt, dass im vorliegenden Fall das Wort "Schnee" weit zu deuten ist. So kann z. B. Schwefel dadurch aus einem Dampf abgeschieden werden, dass dieser Dampf durch eine Schicht Schwefelschnee" hindurchgeführt wird, in welcher dann nach der vorliegenden Erfindung ein Temperaturgradient vorhanden sein soll. In diesem Fall liegt die Temperatur des "Schnees" aber nicht unter 0 C.
Die aufgebaute Schneeschicht bleibt beim Betrieb fortwährend als ein vorzügliches Filter für die abzutrennenden Komponenten, wie z. B. Wasser und Kohlensäure, wirksam, was besonders bemerkenswert ist. Es zeigt sich, dass die Schneeschicht beim Betrieb sehr dick, z. B. 7 cm und mehr werden kann, ohne zu einem grossen Widerstand bei der Durchströmung Veranlassung zu geben.
Der Aufbau der für die Erfindung wesentlichen Schicht des für Gas durchlässigen Schnees kann an einer gekühlten Wand erfolgen, die auch für Gas oder Dampf durchlässig sein soll.
Im vorliegenden Fall kommen poröse Wände oder aus Siebmaterial bestehende Wände in Betracht.
Das Siebmaterial kann runde oder schlitzförmige Öffnungen aufweisen.
Vorzügliche Ergebnisse sind mit ganz oder teilweise aus Metallgaze hergestellten Wänden erhalten worden. Kupfergaze erweist sich als besonders geeignet, da es hiebei möglich ist, eine sehr gleichmässige Temperatur über die ganze Gazeoberfläche zu erhalten.
Die auf einem solchen Gazestück aufgebaute Schneeschicht kann leicht entfernt werden, sogar mit einem einfachen Kratzer. Das Gazestück soll nicht zu feinmaschig sein. Die Öffnungen in der Wand haben z. B. eine Kleinstabmessung zwischen 0, 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0, 4 und 2 mm.
Die Wand oder Wände soll (en) auf einer ziemlich niedrigen Temperatur gehalten werden. Bei einer Ausbildung der Erfindung wird die Wand auf einer Temperatur gehalten, etwa gleich oder um mehrere Grade niedriger als der zulässigen Dampfspannung der niedrigsten ausgefrorenen Komponente entspricht.
Um Kohlensäure möglichst vollständig abzuscheiden, empfiehlt sich eine Wandtemperatur von zirka - 165 C. Um Wasser abzuscheiden, reichen z. B.-50 C aus. Um z. B. Acetylen abzutrennen, sind noch niedrigere Temperaturen, z. B. -1800 C, erforderlich.
Im Gasstrom können mehrere Wände, z. B. Gazestücke, hintereinander angeordnet werden, so dass z. B. die erste Wand im wesentlichen zum Abscheiden von Wasser dient, die nächste zum Abscheiden von CO2 und gegebenenfalls eine folgende Wand zum Abtrennen von Acetylen.
Die bestmögliche Abtrennung dieser Komponenten ist namentlich in Gastrennanlagen sehr wichtig, um das Verstopfen der Füllung der Trennsäule sowie Feuer- und Explosionsgefahr zu verhüten. Auch können an einer einzigen z. B. aus Gaze bestehenden Wand verschiedene Komponenten, z. B. Wasser und Kohlensäure, gefangen werden, sofern die Temperatur richtig gewählt wird.
Um bei der Abtrennung von Wasser und Kohlendioxyd aus Luft eine lose, gut durchlässige Schneestruktur zu erhalten, wird die Einflussgeschwindigkeit des Gasstroms vorzugsweise auf einem Wert gehalten, der höchstens 10 cm/sek beträgt. Unter "Zuflussgeschwindigkeit" ist die Geschwindigkeit zu verstehen, die das Gas nahe bei dem Lagerort des Gazestückes hat, wenn man sich das Gazestück entfernt denkt.
Aus dieser Geschwindigkeit und der Gasmenge lässt sich die erforderliche Wand- bzw. Gazeoberfläche berechnen.
Die laufende Kühlung der Wand oder Wände, wo die Schneeschicht abgelagert wird, kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Bei einer Ausbildung der Erfindung steht die Wand in leitender Verbindung mit kühlbaren, leitenden Streifen, Rippen, Stäben oder Rohren, die z. B. mittels eines die Wärme gutleitenden Teiles, wie z. B. einer Kupferplatte, an einem kalten Teil befestigt sind, wie z. B. am Kopf einer Kaltgaskältemaschine, d. h. an einer nach dem umgekehrten Heissgasprinzip arbeitenden Maschine.
Auch ist es möglich, den Abtrenner als eine lose, abnehmbare Einheit auszubilden und dann die Kühlung dadurch zu bewirken, dass ein Teil der Wand (Wände) in einem Sammelraum, wie z. B. in einer Rinne, für verflüssigtes Gas angeordnet wird.
Auch ist es möglich, die Wand (Wände) des Abtrenners ringsum oder an ein Kochgefäss einer Gastrennsäule anzubringen, z. B. ringsum oder an Umlaufdampfrohre eines solchen Kochgefässes.
Schliesslich kann der neue Abtrenner vorzüglich bei Kühlschränken für niedrige Temperaturen zur Verwendung kommen, in denen ein kaltes Gas zirkuliert.
Auch bei diesen Anwendungen wirkt die Schneeschicht als ein wirksames Filter für den neugewonnenen Schnee, der sich z. B. beim Öffnen solcher Kühlschränke stets wieder bildet.
Die gewünschte Schneeschicht auf dem Gazestück wird dadurch aufgebaut, dass feuchte Luft durch das Gazestück hindurchgeführt wird. Nach einer Weile entsteht eine Schneeschicht, welche alle Feuchtigkeit in Form von Schnee abfängt.
Es zeigt sich, dass die erforderliche Gazeoberfläche nicht besonders gross ist.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung, in der einige Ausbildungen der Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt sind, beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines mittels eines flüssigen Gases in einer Rinne gekühlten losen Gasabtrenners. Fig. 2 ist ein teilweiser Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1 ; Fig. 3 ist ein teilweiser Längsschnitt eines auf dem kalten Kopf einer Kaltgaskältemaschine festgeklemmten Abtrenners, Fig. 3 a ist ein Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 3. Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch die Anwendung bei
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einem Kochgefäss einer Gastrennsäule. Fig. 5 a veranschaulicht eine mögliche Form des Gazestückes nach Fig. 5.
Nach den Fig. l und 2 ist ein Käfig durch hochkant angeordnete, sich radial erstreckende Kupferstreifen 1 und durch liegende Streifen 4 gebildet, um welche Streifen die Gaze 2 z. B. durch Löten angeordnet ist.
Das Ganze ist in einer Rinne 3 untergebracht, die z. B. mit flüssiger Luft gefüllt ist. Die Wand 3 a soll an der Gaze 2 anliegen.
Die Strömungsrichtung des zu behandelnden Gases ist von aussen nach innen (Pfeil p).
Die Schneeschicht wächst also in Fig. l an der Aussenseite der Gaze entgegen der Richtung der Pfeile p.
In Fig. 3 ist auch ein Käfig aus flachen Streifen 1 und 4 aufgebaut, die mit robusten Teilen 5 und 6 aus wärmeleitendem Material verbunden sind.
Die Platte 5 ist mittels einer Stiftschraube 7 und einer Mutter 8 auf einem Bolzen am kalten Kopf 9 einer Kaltgaskältemaschine mit Rippen 10 festgeklemmt ; an diesen Rippen wird die dem Kopf zuströmende Luft kondensiert. Diese Luft wird in der Rinne 11 aufgefangen und z. B. durch das Rohr 12 abgeführt.
Rings um den Käfig ist Gaze 2 angeordnet.
Diese Gaze ist am kältesten und eine darauf gebildete Schneeschicht fängt im wesentlichen CO.
Die Gaze 2 a ist um Stäbe oder Rohre 13 angeordnet, die durch eine Scheibe 14 mit der Buchse 6
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Der auf diesem Gazestück 2 a gebildete Schnee fängt im wesentlichen Wasser.
Wenn die Gaze an Rohren festgelötet ist, kann sie mit Hilfe von in den Rohren fliessender (m) kalter (m) Flüssigkeit (oder Gas) gekühlt werden.
Die ringförmigen Räume rund s sollen hinreichend gross bemessen sein, um die Schneeschichten aufzunehmen.
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ordnet.
Fig. 5 a zeigt, wie die Gaze 2 in Form eines Zickzackkragens gefaltet sein kann.
Diese Konstruktionen erfordern wenig Kupfer.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abtrennen von Komponenten aus einem Gas-und/oder Dampfgemisch durch Abkühlung, dadurch gekennzeichnet, dass eine für Gas und/oder Dampf durchlässige Schicht aus dem
Schnee einer oder mehrerer Komponenten auf einem gekühlten engmaschigen Metallgitter, wie z. B. einer Metallgaze, als ein immer dicker werdender Kuchen aufgebaut wird und dass das Gas und/oder Dampfgemisch durch diesen Schneekuchen hindurch dem Metallgitter zugeleitet und sodann durch das Metallgitter hindurchgeführt wird.