DE1001237B

DE1001237B - Verfahren zum Trennen von Stoffen und zur gleichzeitigen Umwandlung von potentieller in kinetische mechanische Energie

Info

Publication number: DE1001237B
Application number: DEB15951A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herbert Bachl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-07-20
Filing date: 1951-07-20
Publication date: 1957-01-24

Description

Verfahren zum Trennen von Stoffen und zur gleichzeitigen Umwandlung von potentieller in kinetische mechanische Energie Es ist bekannt, Gemische von gasförmigen bzw. flüssigen Stoffen dadurch zu trennen. daß man sie einen Apparat durchströmen läßt, der durch zugeführte kinetische Energie in Rotation versetzt wird, wobei das Gemisch durch die entstehenden Zentrifugalkräfte in Schichten verschiedenen spezifischen Gewichtes zerlegt wird. Es ist ferner bekannt, die für den Trennvorgang erforderliche Rotationshewegung in dem Trennapparat dadurch zu erzeugen, daß durch geeignete Querschnittsbemessung der Strömungswege das Druckgefälle des Gemisches in kinetische Energie umgewandelt wird.
Bekanntlich wird auch in Wärmekraftprozessen ein hochgespanntes gas- oder dampfförmiges Arbeit mittel nach erfolgter Wärmezufuhr entspannt und auf diese Weise Druck- in kinetische Energie umgewandelt. Es wird in Wärmekraftprozessen jedoch bisher angestrebt, homogene Stoffe (oder Gemische) von Gasen (Dämpfen) als Arbeitsmittel zu verwenden, die ihren Aggregatzustand im Verlaufe des Entspannungsvorganges möglichst nicht oder nur in den letzten Stufen der Kraftmaschine ändern.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, den Prozeß einer Trennung der Bestandteile eines Gemisches mit einem Wärmekraftprozeß derart zusammenzulegen, daß ein Gemisch von Stoffen, die sich bei hohem Druck und hoher Temperatur im gas-(dampf-)förmigen Aggregatzustand befinden, in einer rotierenden Kraftmaschine entspannt und gleichzeitig die im Verlaufe des Entspannungsvorganges durch Druck- und Temperaturabsenkung verflüssigten Gemischbestandteile oder mitgeführte Stauhteilchen in der gleichen Maschine durch die entstehenden Zentrifugalkräfte ausgeschleudert werden. Es ist ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung, daß durch die Entspannung nicht nur der Energiel>edarf des Trennt vorganges gedeckt, sondern gleichzeitig überschüssige kinetische Energie über die Welle der Maschine nach außen - z. 13. an einen elektrischen Generator - ahgegeben wird.
Das Verfahren kann z. B. mit Hilfe einer Turbine mit am Rotor tangentialem Ein- und Austritt der Strömung durchgeführt werden. die in Fig. 1 his 3 dargestellt wurde.
Fig. 1 zeigt ein Schema des Strömungsverlaufes und zwar oben im Gehäuse, unten im Rotor; Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch das Gehäuse mit Ansicht des Rotors; Fig. 3 a und 3b zeigen zwei Radialschnitte durch Rotor und Gehäuse.
Das Arbeitsmittel (Gasgemisch) tritt hei 1s in das Gehäuse ein und wird über den Ringkanal r auf die Düsen s verteilt. Diese besitzen an der Mündungsstelle einen halhkreisartigen Querschnitt, der sich in Strömungsrichtung bis auf Null verjüngt (Fig. 3a).
Das Arbeitsmittel strömt aus diesen Düsen tangential in Laufl<anälet, deren Querschnitt y sich von Null bis zur Eintrittsstelle u in den Laufkörper stetig vergrößert. Im Laufkörper gehen die hier räumlich gekrümmen Kanäle in einen Kreisquerschnitt v = w über. Der Austritt (Fig. 3b) liegt in einer anderen Radialebene. Die geschlossenen Kanäle besitzen an der Mündung 2 wieder einen halhkreisartigen Querschnitt, die von dieser Stelle al) nach außen offenen Laufkanäle o verjüngen sich entgegen der Strömungsrichtung bis auf Null. Das Arbeitsmittel strömt aus dem Laufkörper wieder tangential in Leitkanäle p, die in einen Ringkanal q=r münden. Von diesem Kanal können wieder Düsen s einer folgenden Entspannungsstufe abzweigen, wie in Fig. 3 a dargestellt wurde.
Zur Durchführung des Verfahrens bedarf diese Maschine einer konstruktiven Ergänzung, und zwar müssen an den Ringkanal q tangential nach außen führende Kanäle Kl angeschlossen werden, um die in der betreffenden Stufe ausgeschleuderten festen oder flüssigen Gemischhestandteile nach außen ableiten zu können.
Die Ausscheidung verflüssigter Gemischhestandteile wird in einer mehrstufigen Maschine fraktioniert nach Druck- und Temperatursiedehereichen erfolgen, so daß eine nachgeschaltete Destillation vereinfacht wird.
Man kann jedoch erfindungsgemäß auch bereits bei dem beschriebenen Verfahren eine Rektifikation der ausgeschiedenen verflüssigten Komponenten in der Weise vornehmen, daß ein Vielfaches des ausgeschiedenen Stoffes - oder auch eine geeignete Wasch- oder Absorptionsflüssigkeit - in eine vorhergehende Stufe des Entspannungsprozesses riickgeführt wird. Dieser Vorgang unterscheidet sich von den bekannten Destillationsprozessen dadurch, daß der rückgeführte und meist durch Wärmezufuhr erhitzte (bzw. verdampfte) Stoff durch eine Pumpe oder ein Gebläse auf einen höheren Druck gebracht werden muß, als nur zur Überwindung von statischen Höhen oder 5 trömungsviderständen erforderlich wäre.
Dieser Vorgang wurde in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die ausgeschleuderte (flüssige) Komponente verläßt den Trennapparat durch die Leitungen ICi.
Ein Teilstrom wird durch die Pumpen auf einen höheren Druck gefördert, im Wärmetauscher e erhitzt durch Leitungen K.2 in eine höhere Druck- und Temperaturstufe der Maschine rückgeführt und dort mit dem gasförmigen Arbeitsmittel gemischt. Das rektifizierte Produkt wird durch Leitungen kr, nach außen abgeleitet. Diese Rückführung kann bei der in Fig. 3 a dargestellten Maschine z. B. durch tangential an den Ringkanal r anschließende Kanäle h2 erfolgen. Wenn die Rückführung in Gas-(Dampf-)Phase erfolgt, dann wird auch die Ausbeute an überschüssiger kinetischer Energie erhöht, da das rückgeführte Gas bis zu seiner Kondensation zusätzliche Arbeit leistet.
Durch die Rückführung wird also dem primären Entspannungsprozeß noch ein sekundärer Wärmekraftprozeß überlagert, wobei der Wärmetauscher als Dampfkessel und die Rückführpumpe als Speisepumpe dieses Sekundärprozesses wirken.
PATENTAXSPP\CYCHE 1. Verfahren zur Zerlegung eines unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Gemisches von gasförmigen bzw. gasförmigen plus flüssigen Stoffen mit unterschiedlichen Siedebereichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einer Kreiselmaschine entspannt wird, wobei ein Teil des Gemisches in den flüssigen Zustand übergeht, und daß die kondensierte Komponente im Leitkörper der Maschine ausgeschleudert wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Vorgang in einer Strömungsmaschine mit tangentialem Eill- und Austritt der Strömung im Laufkörper erfolgt und ein bei dieser Maschine zum Druckausgleich im Leitkörper vorgesehener Ringkanal gleichzeitig zum Ausschleudern der Kondensate verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeiten, und zwar Kondensate aus diesem Entspannungsvorgang oder auch andere Absorptions- oder NVaschflüssigkeiten, mittels einer Druckerhöhungspumpe von außen in eine höhere Druckstufe eingespritzt und mit der Strömung innig gemischt werden, so daß die Trennung der Gemischbestandteile verbessert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Anspruch 3 rückgeführte Flüssigkeit vor der Einspritzung in einem RVärmetauscher erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der Mischung mit dem Gasgemisch ein erheblicher Teil der rücl;geführ.en Flüssigkeit in die Gasphase übergeht und in der Maschine nochmals entspannt wird, so daß die Rücklaufpumpe als Speisepumpe und der Wärmeaustauscller als Speisewasservorwärmer bzw. Dampfkessel wirken.