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Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung der Luft in ihre Bestandteile.
Bekanntlich kann man Sauerstoff und Stickstoff durch Rektifikation flüssiger Luft ge- winnen und sind z. B. in der österr. Patentschrift Nr. 16496 zwei Arten der Trennung beschrieben : Die erste wird vielleicht die Darstellung verhältnismässig reinen Stickstoffes gestatten, aber der
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beschriebene Verfahren gestattet wohl die gleichzeitige Herstellung von reinem Sauerstoff und reinem Stickstoff, aber auf eine Art, die, verglichen mit dem den Gegenstand dieser Erfindung bildenden Verfahren, als verwickelt und wenig ökonomisch bezeichnet werden muss. denn der zur Durchführung der Rektifikation erforderliche Stickstoff rührt bei dem bekannten Verfahren von einer ergänzenden Behandlung eines Teils des durch die Zerlegung gewonnenen Stickstoffes her.
Es ist nämlich notwendig, den Stickstoff, der zur Durchführung der Rektifikation wieder verflüssigt werden soll, von der Temperatur 195 auf gewöhnliche Temperatur zurückzuführen, sodann wieder zu komprimieren und vor dem wiederverflüssigen von neuem abzukühlen.
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niederem Drucke, z. B. dem atmosphärischen, verdampft.
Der Druck, inter dem sich die Zerlegung vollzieht. also jener, unter dem sich der wieder zu
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mittels des flüssigne reinen Sauerstoffes gestattet, der bei einem geringen Drucke verdampft.
Angenommen z. B., dass der Sauerstoff bei atmosphärischem Drucke, d. i. bei-182 verdampfe, so wird der Minimaldruck, dem der wieder zu verflüssigende Stickstoff ausgesetzt werden muss, Davon abhängen. ob seine Verflüssigungstemperatur höher oder gleich - 182 ist.
Dit : Zeichnung zeigt in schematischer Weise eine Vorrichtung zur praktischen Ausübung der Erfindung. Sie besteht im wesentlichen aus einer Rektifikationskolonne A, die als Verlängerung des oberen Teiles des Zerlegungsapparates zu betrachten ist. 1, 2, 3, 4 sind Platten, die mit Waschglocken zum Durchtritt des Gases von unten nach oben versehen sind, während Cberlaufrohre das Abfliessen der Flüssigkeiten von oben nach unten vermitteln. An die Rektifikationskolonne schliesst sich nach oben der Verdampfer an, der aus einem Röhrenbündel (', ('besteht, das in einen Behältr B mit Flüssigkeitssammler D eingesetzt ist.
Die Arbeitsweise des Apparates ist folgende : Die komprimierte, trockene und in den Wärme-
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stickstoffreiche und aus der Abteilung-E austretende Gas durchströmt sodann die Rektifikation- Kolonne A, auf deren Platten sich noch keine Flüssigkeit befindet und teitl sich in zwei Teile.
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Röhrenbündel ein, das von bei atmosphärischem Drucke verdampfendem flüssigem Sauerstoff umgeben ist. Ist der Druck in der Kolonne A. richtig geregelt, so verflüssigt sich das stickstoffreiche Gas im Röhrenbündel C, C, indem die umgebende Flüssigkeit verdampft.
Die so gebildeteeFlüssigkeit sammelt sich in dem Sammler D und tritt von dort durch die Leitung K auf die oberste Platte 4 der Rektifikationskolonne.
Das aus dem Teil E des Zerlegungsapparates austretende stickstoffreiche Gas kommt also auf den Platten 1, 2, 3, 4 nacheinander mit dem wieder verflüssigten stickstoffreichen Gase in Berührung und entzieht ihm infolge seines hohen Gehaltes an Stickstoff noch den letzten Rest von Sauerstoff. Das wieder verflüssigte Gas ist also nach dieser Rektifikation stickstoffreicher als vorher. Infolgedessen ergibt die Wiederverflüssigung eine stickstoffreichere Flüssigkeit als diejenige ist, die vorher auf die oberste Platte 4 floss ; dies dauert so lange, bis ein normaler Zustand erreicht ist, d. h. bis die Flüssigkeit auf der Platte 4 eine konstante Zusammensetzung hat.
Andererseits tritt der Überschuss des durch die Zerlegung gebildeten flüssigen Sauerstoffs, der sich im unteren Teile des Zerlegungsapparates vorfindet, durch die mit Hahn L versehene Leitung M in den Behälter B über, in dem er bei der Verflüssigung des stickstoffreichen Gases verdampft, um in Gasform in die Wärmeaustauscher zu strömen. Mit Vorteil kann man die in den Behälter B übertretende Flüssigkeit vorher mittels dem Zerlegungsapparate entnommenen gasförmigen Stickstoffes abkühlen. Dieses Gas, das an sich schon kälter als der flüssige Sauerstoff ist, kann durch den Hahn G noch weiter, selbst bis auf atmosphärischen Druck entspannt werden und auf diese Weise eine erneute Temperaturerniedrigung erfahren.
Die Abkühlung des in B zu verteilenden flüssigen Sauerstoffs erfolgt beispielsweise im Austauscher N, den die Flüssigkeit in umgekehrter Richtung mit dem entspannten Stickstoff durchströmt. Kühlt man den unter Druck befindlichen flüssigen Sauerstoff auf diese Weise ab, so kann man seine teilweise Verdampfung vermeiden, wenn er in den Behälter B unter schwächerem Drucke übertritt.
Man könnte auch mit dem von der Zerlegung herrührenden komprimierten Stickstoff eine
Entspannung mit äusserer Arbeitsleistung vornehmen und die so erzeugte Kälte beispielsweise dazu benutzen, die ganze oder einen Teil der zum Ausgleiche verwendeten Flüssigkeit herzustellen.
In gleicher Weise könnte man den kalten Stickstoff dazu benutzen, um ein unter Druck be-
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gezogen werden) weiter abzukühlen und zu verflüssigen. Der teilweise wiedererhitzte Stickstoff unterliegt sodann einer Entspannung vorzugsweise unter Leistung äusserer Arbeit und das aus- gedehnte Gas wird schliesslich dazu benutzt, um in den Austauschern einen Teil der zu zerlegenden
Luft abzukühlen.
Dieses neue Verfahren zur Abkühlung und Verflüssigung eines Gases mittels getrennt aus dem Zerlegungsapparat bei niedriger Temperatur entweichender Gase ist übrigens allgemeiner
Natur und ist für alle Zerlegungsverfahren anwendbar, insbesondere für solche, wo die getrennten
Gase unter Druck gewonnen werden.
Die Ausgleichflüssigkeit ist dazu bestimmt, die Kälteverluste im Apparate auszugleichen, die durch Unvollkommenheiten der Isolation und beim Austausch entstehen. Es ist vorteilhaft. flüssigen Sauerstoff an Stelle der allgemein für diesesn Zweck benutzten flüssigen Luft zu ver- wenden. Hiedurch vermehrt man die Menge des wieder verflüssigten Stickstoffs. In diesem Falle wird die zum Ausgleich dienende Menge von flüssigem Sauerstoff durch Hahn 0 in den Behälter B geleitet. Die Benutzung von Sauerstoff als Ausgleichflüssigkeit an Stelle der bis jetzt für diesen Zweck benutzten flüssigen Luft bietet erhebliche Vorteile.
Die regelmässige undgleichmässige Einführung von flüssiger Luft. die zum Ausgleich der Verluste in der Rektifikationskolonne verteilt wird, ist praktisch schwer durchzuführen. Infolge der unregelmässigen Zuführung dieser Flüssigkeit kommt leicht vor, dass die rektifizierende Flüssigkeit einen Überschuss an gasförmigem Sauerstef enthält, der aus dem Verdampfer des Zerlegungsapparates austretend, die Flüssigkeit ihres Stickstoffes beraubt.
Unter diesen rmständen wird die Rektifikation unregelmässig und unvollständig und die Reinheit des gewonnenen Sauerstoffs kann hierunter leiden. Hingegen vermeidet man diesen Ubelstand I dadurch, dass man auf irgend eine beliebige Weise erzeugten flüssigen Sauerstoff benutzt und ihn sich direkt im unteren Teile des Apparates verteilen lässt, wo man den flüssigen, von der
Rektifikation herrührenden Sauerstoff verdampft, um ihn nicht ungenutzt seine rektifiziert'ndl'
Wirkung ausüben zu lassen. Die Verwendung von flüssigem Sauerstoff als Ausgleichsflüssigkeit
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Selbstverständlich kann man den Apparat in seinen einzelnen Teilen abändern. So kann man beispielsweise gleichzeitia die Zerlegung unter Druck bewirken und über der Flüssigkeit
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im Behälter B ein grösseres oder geringeres Vakuum schaffen. Es ist klar, dass die notwendige Vorbedingung zur Ausführung irgend einer Wiederverflüssigung die Herstellung eines genügenden Druckunterschiedes ist zwischen dem Drucke, bei dem die Zerlegung sich ausführen lässt und dem Drucke, bei dem die Flüssigkeit des Behälters B kocht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Zerlegung der Luft in ihre Bestandteile zwecks gleichzeitiger Darstellung von reinem Sauerstoff und ebensolchem Stickstoff mittels Verflüssigung und unter Druck stattfindender Fraktionierung, dadurch gekennzeichnet, dass die ganze Fraktionierung unter demselben Druck vor sich geht und ein Teil des von der Zerlegung herrührenden Stickstoffes durch Verdampfung des von der Zerlegung herrührenden und unter einem geringeren Drucke verdampfenden 90-100%igen Sauerstoffes wieder verflÜssigt wird. worauf der wieder verflüssigte Stickstoff zu einer unter Druck stattfindenden ergänzenden Rektifikation des unter demselben Drucke mittels eines Gemisches von flüssigem Sauerstoff und Stickstoff bereits rektifizierten Gases verwendet wird.