CH616740A5 - Liquefier in tubular-boiler construction - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine neue Art von Verflüssiger, welcher eine beliebig hohe Ausbeute ohne Explosionsgefahr und ohne die Nachteile der oben erwähnten Verfahren und Apparate ermöglicht. Der Verflüssiger in Röhrenbauart, gemäss der Erfindung, ist dadurch gekennzeichnet, dass er ausser den eigentlichen Wärmeaustauschrohren zur Verflüssigung, die von aussen durch eine Kühlflüssigkeit, z. B. verdampfendes Kältemittel, umgeben und gekühlt sind, zumindest ein Fallrohr, einen oder mehrere Flüssigkeitsüberläufe und Gaseinlassöffnungen, z. B. Gaseinblasdüsen, zu den einzelnen Verflüssigungs-Wärmeaustausch-rohren, aufweist. Im Betrieb wird der Verflüssiger bis etwas über dem oberen Rohrboden mit Kondensat gefüllt, während das zu verflüssigende Gas durch die Düsen unter den Wärmeaustauschrohren eingeblasen wird, so dass ein Auftrieb entsteht, der wiederum das Kondensat-Gasgemisch durch die The present invention now relates to a new type of liquefier, which enables an arbitrarily high yield without risk of explosion and without the disadvantages of the above-mentioned methods and apparatus. The condenser in tube design, according to the invention, is characterized in that, in addition to the actual heat exchange tubes for liquefaction, which are supplied from the outside by a cooling liquid, e.g. B. evaporating refrigerant, are surrounded and cooled, at least one downpipe, one or more liquid overflows and gas inlet openings, for. B. gas injection nozzles, to the individual liquefaction heat exchange tubes. In operation, the condenser is filled with condensate to a little above the upper tube plate, while the gas to be liquefied is blown through the nozzles under the heat exchange tubes, so that a buoyancy arises, which in turn leads the condensate-gas mixture through the
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Wärmeaustauschrohre mit so grosser Geschwindigkeit nach oben befördert, dass eine starke Turbulenz und ein entsprechend hoher Wärmeübergang vom Kondensat an die Rohrwand erzeugt wird. Heat exchange tubes conveyed upwards at such a high speed that strong turbulence and a correspondingly high heat transfer from the condensate to the tube wall is generated.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 5 die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in welchen The invention is explained in more detail below with reference to FIG. 5, in which the accompanying drawings
Fig. 1 eine schematische Schnittzeichnung durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Verflüssigers für wasserstoff-haltiges Chlorgas, und Fig. 1 is a schematic sectional drawing through a preferred embodiment of a liquefier for hydrogen-containing chlorine gas, and
Fig. 2 eine schematische Schnittzeichnung durch eine wei- io tere Ausführungsform eines, mit einem zusätzlichen Wärmeaustauscher ausgestatteten Verflüssigers darstellt. 2 shows a schematic sectional drawing through a further embodiment of a condenser equipped with an additional heat exchanger.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Verflüssiger im wesentlichen ein vertikaler Röhrenkesselapparat. Ausser den eigentlichen Wärmeaustauschrohren zur Verflüssigung 1, die 15 von aussen durch eine Kühlflüssigkeit A, z. B. verdampfendes Kältemittel, umgeben und gekühlt sind, besitzt er zumindest ein Fallrohr 2, einen Flüssigkeitsüberlauf 3 und umittelbar unter den einzelnen Verflüssigungs-Wärmeaustauschrohren, zu denselben gleichachsig angeordnete Gaseinblasdüsen 4. Im 2o Betrieb ist der Verflüssiger bis etwas über dem oberen Rohrboden 5 mit flüssigem Chlor gefüllt. Das zu verflüssigende Gas B wird durch die Düsen 4 unmittelbar unter dem unteren Eintritt der Wärmeaustauschrohre 1 eingeblasen, so dass es sich, in kleinen Blasen verteilt, mit dem flüssigen Chlor mischt. Auf ähnliche Weise wie bei den bekannten Mamutpumpen entsteht dadurch ein Auftrieb, der das Gemisch durch die Wärmeaustauschrohre 1 mit grosser Geschwindigkeit nach oben befördert, wodurch eine starke Turbulenz und ein entsprechend hoher Wärmeübergang an der 30 Rohrwand entsteht. Beim Aufstieg kann der entsprechende Chloranteil aus den Dampfblasen kondensieren, welche ihrerseits mit hohem Wasserstoffgehalt und minimalen Einzelvolumen an die Oberfläche gelangen und als Restgas aus der Flüssigkeit in den möglichst klein gehaltenen Gasraum 6 35 entweichen können. Hier kann das Restgas C durch Zu-dosierung eines inerten Gases, z. B. Luft oder Stickstoff D soweit verdünnt werden, dass die Explosionsgrenze unterschritten wird. Die von den Blasen befreite Flüssigkeit E kehrt durch das Fallrohr 2 wieder zu dem unteren Raum des Verflüssigers zurück, wo sie mit geringer Geschwindigkeit erneut den Verflüssigungsrohren zufliesst, wobei sich die allfälligen festen Verunreinigungen im allgemeinen am Boden absetzen. Der durch die Kondensation entstandene Flüssigkeitsüber-schuss E kann durch den Überlauf abfliessen. As can be seen from Fig. 1, the condenser is essentially a vertical tubular boiler apparatus. In addition to the actual heat exchange tubes for liquefaction 1, the 15 from the outside by a cooling liquid A, z. B. evaporating refrigerant, surrounded and cooled, it has at least one downpipe 2, a liquid overflow 3 and directly below the individual condensing heat exchange tubes, gas injectors 4 arranged coaxially with the same filled with liquid chlorine. The gas B to be liquefied is blown through the nozzles 4 immediately below the lower inlet of the heat exchange tubes 1, so that it mixes with the liquid chlorine, distributed in small bubbles. In a similar way to the known mammoth pumps, this creates a buoyancy which conveys the mixture upwards at high speed through the heat exchange tubes 1, as a result of which there is strong turbulence and a correspondingly high heat transfer on the tube wall. During the ascent, the corresponding chlorine fraction can condense from the vapor bubbles, which in turn reach the surface with a high hydrogen content and minimal individual volume and can escape as residual gas from the liquid into the gas space 6 35, which is kept as small as possible. Here, the residual gas C by metering an inert gas, for. B. Air or nitrogen D can be diluted so far that the explosion limit is not reached. The liquid E freed from the bubbles returns through the downpipe 2 to the lower space of the condenser, where it flows back to the condensation pipes at a low speed, with any solid impurities generally settling on the floor. The excess liquid E created by the condensation can flow out through the overflow.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann durch den erfindungsgemässen Verflüssiger die Gefahr einer Explosion bei beliebig hoher Ausbeute der Verflüchtigung selbst bei harmlosen, innerhalb einzelner Blasen gegebenenfalls auftretenden Miniexplosionen völlig gebannt werden. Ausserdem ermöglicht die beschriebene forcierte Zirkulation des Dampf- 50 Flüssigkeitsgemisches in. den Wärmeaustauschrohren eine erhebliche Steigerung des Wärmeüberganges, so dass dieser bei richtiger Dimensionierung diejenige der herkömmlichen Röhrenkessel-Wärmeaustauscher beträchtlich übertreffen kann. 55 As can be seen from the above description, the condenser according to the invention completely eliminates the risk of an explosion with an arbitrarily high volatilization yield, even in the case of harmless mini-explosions which may occur within individual bubbles. In addition, the described forced circulation of the vapor / liquid mixture in the heat exchange tubes enables a significant increase in the heat transfer, so that, with the correct dimensions, this can considerably exceed that of the conventional tubular boiler heat exchangers. 55
Der Verflüssiger, gemäss der Erfindung, kann mit Vorteil durch einen Wärmeaustauscher ergänzt werden (siehe Fig. 2), z. B. einen Berieselungsturm 7 mit Raschigringfüllung, in welchem Chlorgas B in direkten Kontakt mit dem aus dem Verflüssiger stammenden, unterkühlten, flüssigen Chlor E ® gebracht wird, indem das flüssige Chlor E durch den Überlauf 3 und anschliessend durch eine Gassperre 8 abfliesst, The condenser, according to the invention, can advantageously be supplemented by a heat exchanger (see FIG. 2), e.g. B. a sprinkler tower 7 with Raschig ring filling, in which chlorine gas B is brought into direct contact with the supercooled liquid chlorine E ® originating from the condenser, by the liquid chlorine E flowing out through the overflow 3 and then through a gas barrier 8,
worauf es auf die Raschigringe im Berieselungsturm 7 gelei40 whereupon the Raschig rings in sprinkler tower 7
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tet wird. Durch Wärmeaustausch zwischen den beiden Phasen kann Chlor aus dem Gas kondensieren, während sich die Flüssigkeit annähernd auf die Sättigungstemperatur erwärmt, wodurch sich die Ausnützung der Kühlenergie verbessern lässt. is tested. By exchanging heat between the two phases, chlorine can condense from the gas while the liquid warms up to saturation temperature, which can improve the utilization of cooling energy.
Die Erfindung wurde hier wie auch im folgenden Beispiel unter besonderer Berücksichtigung der Gewinnung von flüssigem Chlor aus wasserstoffhaltigem Chlorgas beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass der Verflüssiger gemäss der Erfindung für alle sich ähnlich verhaltenden Gasgemische gleichermassen verwendbar und geeignet ist. The invention has been described here, as in the following example, with particular attention to the production of liquid chlorine from hydrogen-containing chlorine gas. However, it goes without saying that the liquefier according to the invention can be used and is equally suitable for all gas mixtures which behave similarly.
Beispiel example
Ein Rohgas, das auf einen Druck von 2,5 kg/cm2 komprimiert ist und aus A raw gas that is compressed to a pressure of 2.5 kg / cm2 and out
98,7 Vol.-0/o Cl2 0,6 Vol.-o/o CO2 0,4 V0I.-0/0 H2 0,3 V0I.-0/0 Na + 02 besteht, ist mit einer Ausbeute von 99 % zu verflüssigen. 98.7 Vol.-0 / o Cl2 0.6 Vol.-o / o CO2 0.4 V0I.-0/0 H2 0.3 V0I.-0/0 Na + 02, is with a yield of 99 % liquefy.
a) In dem Verflüssiger gemäss Fig. 1 verliert das in ursprünglicher Zusammensetzung einströmende Gasgemisch allmählich an Chlorgehalt durch Auskondensation, bis es die Restgaszusammensetzug von 43,2 Vol.-% CI2, 26,2 Vol.-°/o CO2, 21,9 Vol.-% H2 und 8,7 Vol.-°/o Na + O2 erreicht. Dabei ist der statische Druck der Flüssigkeitssäule sowie der Strömungswiderstand zu überwinden, so dass sich der Gasdruck um 0,6 kg/cm2 auf 1,9 kg/cm2 verringert. Entsprechend diesen Werten beginnt die Verflüssigung des Chlors bei einer Temperatur von —12,4° C und endet bei einer Temperatur von — 29,7° C mit 99 % des ursprünglichen Chlorgehaltes als Kondensat. Das Restgas wird nach Verlassen der Flüssigkeit mit Luft soweit verdünnt, dass die explosive H2-Konzentration unterschritten wird. 1) In the liquefier according to FIG. 1, the gas mixture flowing in in its original composition gradually loses chlorine content through condensation until it has the residual gas composition of 43.2% by volume of CI2, 26.2% by volume / o CO2, 21.9 Vol .-% H2 and 8.7 Vol.- ° / o Na + O2 reached. The static pressure of the liquid column and the flow resistance must be overcome so that the gas pressure is reduced by 0.6 kg / cm2 to 1.9 kg / cm2. According to these values, the liquefaction of the chlorine begins at a temperature of -12.4 ° C and ends at a temperature of -29.7 ° C with 99% of the original chlorine content as condensate. After leaving the liquid, the residual gas is diluted with air to such an extent that the explosive H2 concentration is not reached.
b) Das gleiche Gasgemisch wird in einem herkömmlichen Röhrenkesselapparat verflüssigt, wobei es mit der zur Unterschreitung der Explosionsgrenze nötigen Luftmenge noch vor dem Eintritt in den Verflüssiger verdünnt werden muss, wodurch die folgende Anfangszusammensetzung entsteht: b) The same gas mixture is liquefied in a conventional tubular boiler apparatus, whereby it must be diluted with the amount of air required to fall below the explosion limit before it enters the liquefier, resulting in the following initial composition:
91,57 V0I.-0/0 CI2 0,56 Vol.-o/o COa 0,37 V0I.-0/0 H2 7,5 Vol.-o/o Na + Oa 91.57 V0I.-0/0 CI2 0.56 Vol.-o / o COa 0.37 V0I.-0/0 H2 7.5 Vol.-o / o Na + Oa
Mit der gleichen Ausbeute von 99 % wie bei a) gerechnet, besteht das Restgas aus 21,35 Vol.-% Cl2, 5,22 Vol.-% CO2, 3,46 Vol.-% H2 und 69,08 Vol.-% N2! + O2. Sein Enddruck, unter Berücksichtigung eines Strömungswiderstandes im Verflüssiger von 0,2 kg/cm2, beträgt 2,3 kg/cm2. Der Anfangsdruck ist gleich wie bei a), 2,5 kg/cm2. With the same yield of 99% as calculated in a), the residual gas consists of 21.35% by volume Cl2, 5.22% by volume CO2, 3.46% by volume H2 and 69.08% by volume. % N2! + O2. Its final pressure, taking into account a flow resistance in the condenser of 0.2 kg / cm2, is 2.3 kg / cm2. The initial pressure is the same as in a), 2.5 kg / cm2.
Mit diesen Werten ergibt sich eine Chlorverflüssigungstemperatur von —14,5° C am Anfang und eine von — 49,5° Celsius am Ende des VerflüssigungsVorganges. These values result in a chlorine liquefaction temperature of -14.5 ° C at the beginning and - 49.5 ° Celsius at the end of the liquefaction process.
Zur Dimensionierung dieser Art von Wärmeaustauscher wird in der Regel die arithmetische mittlere Temperaturdifferenz verwendet. Diese kommt, bei einer Verdampfungstemperatur des zur Kühlung verwendeten Kältemittels von — 50,8° Celsius, für den erfindungsgemässen Verflüssiger auf 29,8° C und für den herkömmlichen Röhrenkesselver-flüssiger auf 18,7° C zu liegen. Angenommen, dass die Wärmedurchgangszahlen in beiden Fällen gleich hoch sind, muss die für die gleiche Verflüssigungsleistung benötigte Wärmeaustauschfläche, und damit auch der Apparat selbst, für den herkömmlichen Verflüssiger b) um 59 °/o grösser sein. The arithmetic mean temperature difference is generally used to dimension this type of heat exchanger. This comes at an evaporation temperature of the refrigerant used for cooling of -50.8 ° Celsius for the condenser according to the invention to 29.8 ° C and for the conventional tube boiler condenser to 18.7 ° C. Assuming that the heat transfer coefficients are the same in both cases, the heat exchange area required for the same liquefaction capacity, and thus also the apparatus itself, must be 59 ° / o larger for the conventional condenser b).
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2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
Claims (2)
Priority Applications (2)
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CH500075A CH616740A5 (en) | 1975-04-18 | 1975-04-18 | Liquefier in tubular-boiler construction |
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CH500075A CH616740A5 (en) | 1975-04-18 | 1975-04-18 | Liquefier in tubular-boiler construction |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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CH616740A5 true CH616740A5 (en) | 1980-04-15 |
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Family Applications (1)
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CH500075A CH616740A5 (en) | 1975-04-18 | 1975-04-18 | Liquefier in tubular-boiler construction |
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DE (1) | DE2616655A1 (en) |
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1975
- 1975-04-18 CH CH500075A patent/CH616740A5/en not_active IP Right Cessation
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1976
- 1976-04-15 DE DE19762616655 patent/DE2616655A1/en not_active Withdrawn
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DE2616655A1 (en) | 1976-10-28 |
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Legal Events
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PL | Patent ceased |