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Verfahren zur Trennung der Bestandteile von flüssiger Luft.
Man hat bereits flüssige Luft in ihre Bestandteile dadurch zerlegt, dass man die flüssige Luft mit atmosphärischer Luft beheizte, die bis nahe zu ihrem Verflüssigungspunkt abgekühlt ist.
Bisher wurden zur Ausführung dieses Verfahrens aus einer Anzahl gleichzeitig wirkender Apparate bestehende Einrichtungen verwendet, von denen ein Teil zur kontinuier- lichen Herstellung der flüssigen Luft bestimmt ist und der andere Teil die Destination der erhaltenen flüssigen Luft zu bewirken hat. Bei allen bekannten Ausführungsformen des genannten Verfahrens begegnet man folgenden charakteristischen Merkmalen :
1. Es ist ein einziger Kreislauf der Luft vorgesehen, hervorgerufen durch Kom- l1rpssoren von 100 200 Atm. Betriebsdruck.
2. Die der Destillation unterworfene Luft stammt immer von derjenigen flüssigen Luft, die aus einen) einzigen Drossehentil austritt.
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immer auf die höchsten Drucke komprimiert. die zu ihrer Verflässigung durch Expansion erforderlich sind.
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vollständig ab. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass man einen Strom nüssiger Luft neben der zu verflüssigenden Luft hinfliessen lässt und die letztere nur auf einen Druck von weniger als 20 Atm. komprimiert. Um die durch die Unvollkommenheiten des Apparates bedingten Kälteverluste zu decken, wird dem Apparat von Zeit zu Zeit etwas flüssige Luft zugeführt, die auf beliebige Weise gewonnen sein kann.
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der atmosphärischen Luft.
Diese Verschiedenheit in den Verflüchtigungseigenschaften dieser FHlssigkoiten erklären es, dass, wenn man die flüssige Luft verdampfen lässt. die sich ent-
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unterworfen sind.
Bei Beginn der Destillation der flüssigen atmosphärischen Luft entwickeln sich zu-
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keit verschwunden sind, so sind die aus dem Rest sich entwickelnden Gase sehr sauerstoss- reich und stickstoffarm geworden. Die Siedetemperatur ist vom Beginn bis zum Ende des Vorganges allmählich um etwa 130 gestiegen.
Auf diesen physikalischen Tatsachen beruht das vorliegende Verfahren zur Trennung der Bestandteile der atinospiiiirischun Luft in einem wirtschaftlich rationellen und kontinuierlichen Verfahren. Dabei können die Ströme der flüssigen und zu verflüssigenden Luft gleich oder entgegengesetzt gerichtet sein. In dem schematisch dargestellten Apparat ist beispielsweise Gegenstrom gewählt.
Eine metallene Rohrschlange W rid in eine Reihe von übereinander angeordneten wagerechten Schalen J, 7, 7... derart eingetaucht, dass jeder wagerechte Teil derselben dicht über dem Boden einer Schale liegt. Sie besteht aus einem durchgehenden Rohr ohne Ventil, dessen Durchmesser etwas kleiner als die Höhe der Schalenränder ist.
Wenn man auf die oberste Schale It eine. Flüssigkeit, wie z. B. flüssige Luft giesst, so fliesst sie von Schale zu Schale herunter, indem sie jede Schale vollständig anfüllt, bevor sie über deren oberen Rand nach der nächst tieferen Schale abfliesst. Jeder wagerechte Teil der Rohrschlange ! F ist also dann vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht. Die Überläufe der Schalen werden, wie dargestellt, am besten wechselweise diametral angeordnet.
Sämtliche Schalen 1, I2, 13... sind säulenartig übereinander in gleichen Abständen angeordnet. Sie sind an dem Mantel eines stehenden zylindrischen oder prismatischen Be- hälters G befestigt, der aus Metall oder aus Holz bestehen kann. Auf einer Seite des
Behälters G lässt jede Schale einen Raum frei, durch den die Flüssigkeit und das Gas hindurchgehen können. Durch Senken von Schiebern oder Prellplatten MI, M2, M3... derart, dass ihre wagerechten unteren Kanten in die Flüssigkeit eintauchen, kann ein Flüssigkeitsabschluss zwischen je zwei Schalen gebildet werden.
In der Zeichnung ist nur bei jeder zweiten Schale ein solcher Schieber vorgesehen, doch können auch die anderen Schalen damit ausgestattet werden.
Das wagerechte Scharnier jedes Schiebers ist an der Stelle der Wandung des Be- hälters befestigt, die dem Überlauf der Schale gegenübersteht. Jeder Schieber Jll, M'2... kann unabhängig von den anderen bewegt werden. Wenn ein Schieber in die Flüssigkeit niedergesenkt ist, so dass seine Kante unter den Flüssigkeitsspiegel hinabreicht, so können die Gase nicht mehr widerstandslos von der unteren Schale zu der durch den Schieber abgeschlossenen Schale hinaufsteigen, ebenso können auch die in dieser Schale gebildeten Gase nicht ohne Widerstand nach der unteren Schale übergehen. Dieser Widerstand ist der Eintauchtiefe der Schieberkante unter den Flüssigkeitsspiegel proportional.
Demgegenüber wird, da die Flüssigkeit frei unter der wagerechten Kante des gesenkten Schiebers hindurchgehen kann, der von Schale zu Schale von oben nach unten erfolgende Abfluss der Flüssigkeit in dem Behälter in keiner Weise gehindert. Dieser Unterschied zwischen dem Abfluss der auf den Schalen gebildeten Gase und dem Abfluss der nieder- fallenden Flüssigkeit ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Einrichtung.
Die freien Enden der Schlange 1F am unteren und oberen Ende der Schalensäule sind je mit einem Ventil I bzw. K ausgestattet.
Die Inbetriebsetzung des Apparates geschieht nach Auffüllung der Schalen I1, I2, I3 ... mit flüssiger Luft in folgender Weise : Es wird atmosphärische Luft auf 2-3 Atm. kom- primiert und ihr auf irgendeine Weise der beigemengte Staub und Wasserdampf entzogen.
In Austauschapparaten beliebiger Art wird die komprimierte Luft bis nahe zu ihrem Ver-
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abgekühlt. Diese Austauscher können beispielsweise aus Rohren, die die komprimierte Luft von aussen zuführen und aus diese Rohre enthaltenden, die austretenden kalten Gase führenden Kanälen zusammengesetzt sein. Austauscher dieser Art sind allgemein bekannt, sie sind daher in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die abgekühlte Luft gelangt von den Austauschern zu dem einen, z. B. unteren Ende der Rohrschlange ; das betreffende Ventil K ist geöffnet, während das am oberen Ende angeordnete Ventil 7 geschlossen ist.
Versuche haben ergeben, dass unter einem Druck von 2-3 Atm. die gesamte atmo- sphärische L ft in der Schlange W sich verflüssigt. Ausserdem schlägt sich die gesamte in dieser Luft enthaltene Kohlensäure in Form von feinem Kristallstaub in der in der Schlange gebildeten Flüssigkeit nieder.
Während sich in dieser Weise die Flüssigkeit in dem gesamten Innenraum der Schlange IF bildet, findet ein Übergang beträchtlicher Wärmemengen vom Innern der Schlange, wo sich die Flüssigkeit bildet, nach aussen statt, wo sich die anfänglich eingeführte Flüssigkeitsmenge befindet. Man sieht also, dass die Verflüssigung der Luft wie eine Wärmequelle wirkt, die einen Teil der die Schlange U umgebenden flüssigen Luft zum Verdampfen bringt.
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Da zwischen dem Sauerstoff und dem Stickstoff gar keine chemische Affinität besteht, so müsste theoretisch das Gewicht des mit der atmosphärischen Luft in den Apparat eintretenden gasförmigen Sauerstoffes gleich dem Gewicht des im Apparat sich entwickelnden Sauerstoffes sein, und das gleiche gilt auch vom Stickstoff. Denn es ist selbstverständlich, dass die bei der Verflüssigung eines bestimmten Gewichtes atmosphärischer Luft in der Rohrschlange W freiwerdende Wärmemenge gleich sein muss der zur Verdampfung eines gleichen Gewichtes von Flüssigkeit ausserhalb der Rohrschlange W verbrauchten Wärmemenge.
Es ist erforderlich, die dargestellten Vorgänge kontinuierlich zu gestalten, um eine kontinuierliche Trennung der Bestandteile der atmosphärischen Luft zu erhalten. Das Ventil 1 am oberen Ende der Rohrschlange wird zu diesem Zweck etwas geöffnet. Die unter dem Druck von 2-3 Atm. stehende flüssige Luft in der Rohrschlange W fliesst dann sofort ab ; sie wird durch die Kohlensäurefilter L, L, die den niedergeschlagenen kristallinischen Staub dieses Körpers zurückhalten, auf die oberste Schale I geführt.
Die Kohlensänrf'niter L, L können beliebig eingerichtet sein. Die flüssige Luft tritt vollkommen rein aus ihnen aus und fällt in die obere Schale 1 der Säule zu der bereits darin befindlichen flüssigen Luft. Ein Teil der Flüssigkeit verdampft hier, der Rest fliesst
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Von hier sinkt die Flüssigkeit kaskadenartig nacheinander bis zur untersten Schale zon nieder, wo die Strömung aufhört, da die gesamte zuströmende Luft bis dahin verdampft sein muss. Es ist oben festgestellt worden, dass sich in der obersten Schale beinahe reiner
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während die untersten Schalen mehr und mehr reinen Sauerstoff liefern. In der letzten Schale In destilliert sehr reiner Sauerstoff ah.
Um den Zwecken der Industrie zu genügen, muss das Gas von den verschiedenen Schalen getrennt aufgefangen werden. Zu diesem Zwecke sind die Schieber oder Prell- platten M1, M2, M3 ... angeordnet, mittelst deren die Räume über den einzelnen Schalen
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mantel angebohrt werden.
Senkt man z. B. den Schieber der fünften Schale und verbindet die fünf obersten Schalen dadurch, dass man den Schieber er hebt, so werden die in diesen fünf Schalen
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In der Mitte der Säule werden die Gase ungefähr die gleiche Zusammensetzung wie die atmosphärische Luft und daher kaum einen gewerblichen Wert haben. Sie werden nur nach Austritt durch die Öffnung P in den Austauschern zur Abkühlung der komprimierten Luft benutzt, jedoch nicht in Gasometern aufgespeichert.
In den untersten Schalen entwickeln sich Gase, die merklich reicher an Sauerstoff als die atmosphärische Luft sind. Je nach den Bedürfnissen kann man diese Gase aus dem Raum über jeder Schale einzeln abziehen und dadurch Gase von verschiedener Reinheit erhalten. Wenn man nur reinen Sauerstoff und ausserdem Stickstoff von hohem Reinheitsgrad erhalten will, so genügt es, sämtliche Klappen M1, M2, M3 ... mit Ausnahme der letzten zu iiffnen.
In dieser Weise wird die Trennung der atmosphärischen Luft in ihre Bestandteile kontinuierlich urd vollständig unter Erhaltung der ursprünglichen. als erste Füllung in den Apparat eingeführten Flüssigkeitsmenge bewirkt. Die Kohlensäure wird in festem Zustande
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trennten Strömen in gasförmigem Zustande erhalten.
Das beschriebene Verfahren spielt sich natürlich in der Praxis nicht vollkommen ab, da man mit der Unvollkommenhcit der Apparate rechnen muss. Die Warme der Umgebung dringt trofz der Schutzumhüllungen in die Apparate ein. Die Oherfäehe der Austauscher ist nicht unendlich gross und die Leitungsfähigkeit ihrer metallischen Flächen nicht voll- kommen. Die Gase treten daher nicht mit der Eintrittstemperatur der in entgegengesetztem Sinne strömenden Gase aus den Austauschern aus.
Endlich ist auch die Kohlensäure in gasförmigem Zustande in den Apparat eingetreten und wird ihm in festem Zustande entnommen und kann daher in den Austauschern nicht zur Kühlung der eintretendon kom-
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in der Rohrschlange W verflüssigte Luftmenge bildet.
Die Einrührung dieser flüssigen Luft in den Apparat kann zwecks Ermöglichung einer Kontrolle in abgemessenen Mengen durch ein Messgefäss 0 erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Trennung der Bestandteile von flüssiger Luft durch Beheizung mit atmophärischer Luft, die ihrer Verflüssigung nahe ist, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Strom flüssiger Luft neben der unter weniger als 20 Atm. Druck stehenden zu verflüssigenden Luft hinfliessen lässt.