DE1187249B - Vorrichtung zum Ausfrieren von Verunreinigungen aus einem bei tiefen Temperaturen zu zerlegenden oder zu verfluessigenden Gasgemisch - Google Patents
Vorrichtung zum Ausfrieren von Verunreinigungen aus einem bei tiefen Temperaturen zu zerlegenden oder zu verfluessigenden GasgemischInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
F 25 j
Deutsche KL: 17 g-2/04
Nummer: 1187 249
Aktenzeichen: N 22105 I a/17 g
Anmeldetag: 17. September 1962
Auslegetag: 18. Februar 1965
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausfrieren von Verunreinigungen aus einem bei
tiefen Temperaturen zu zerlegenden oder zu verflüssigenden Gasgemisch, insbesondere zum Ausfrieren
von Wasserdampf, Kohlensäure und Kohlen-Wasserstoffen, welche Vorrichtung aus einer oder
mehreren Metallgazeschichten besteht, an der bzw. zwischen denen eine Anzahl zur Kühlung der Metallgazeschicht
bzw. -schichten und als Abstandshalter dienender senkrechter Rohre in wärmeleitender Berührung
mit der bzw. den Metallgazeschichten vorgesehen sind, wobei die Rohre mit ihren unteren
Enden mit einem Behälter für verflüssigtes Gas in Verbindung stehen und mit ihren oberen Enden in
einen Raum münden, an den eine Gasansaugleitung angeschlossen ist.
Es ist häufig erwünscht, Gasgemische, die z. B. in Gastrennanlagen in ihre Bestandteile aufgespalten
oder in Kaltgas-Kühlmaschinen auf dem sehr kalt werdenden Kopf kondensiert werden, vor dem Aufspalten
bzw. Kondensieren von bestimmten Bestandteilen, wie z. B. Wasserdampf, Kohlensäure und
Kohlenwasserstoffen, zu reinigen. Beim Abkühlen werden diese Bestandteile bereits bei bedeutend
höheren Temperaturen als die Ausscheidungs- und Kondensationstemperaturen fest, so daß sie sich in
Form von Eis oder Schnee ausscheiden. Dies kann sich dadurch hinderlich auswirken, daß die in
Wärmeaustauschern vorhandenen Kanäle verstopft werden, oder daß sie das Kondensat verunreinigen.
Für die Reinigung solcher Gasgemische sind bereits verschiedene Vorrichtungen bekannt, die eine gekühlte,
für Gas durchlässige Materialschicht enthalten. Die Kühlung erfolgt durch den Wärmekontakt
dieser Schicht, die meist aus Metallgaze mit Ab-Stützungen besteht, z. B. Pfeifen mit einem flüssigen
Gas, dessen Temperatur niedriger ist als die Erstarrungstemperatur der auszuscheidenden Bestandteile.
Diese Bestandteile lagern sich dabei in Form einer wachsenden Eis- oder Schneeschicht auf den
Metallgazeschichten ab; diese Schneeschicht muß so porös bleiben, daß selbst bei einer verhältnismäßig
großen Stärke ihr Strömungswiderstand einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
Den bekannten Vorrichtungen dieser Art haftet der Nachteil an, daß die für Gas durchlässigen, gekühlten
Materialien zu stark gekühlt werden. Dies hat zur Folge, daß nicht nur die auszuscheidenden
Bestandteile sich in fester Form ablagern, sondern auch ein Teil des gereinigten Gasgemisches auf dem
Material der Schicht oder auf einer bereits entstandenen Schneeschicht kondensiert, wodurch der Wir-Vorrichtung
zum Ausfrieren von
Verunreinigungen aus einem bei tiefen
Temperaturen zu zerlegenden oder zu
verflüssigenden Gasgemisch
Verunreinigungen aus einem bei tiefen
Temperaturen zu zerlegenden oder zu
verflüssigenden Gasgemisch
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11
Als Erfinder benannt:
Johannes Rudolphus van Geuns,
Eindhoven (Niederlande)
Johannes Rudolphus van Geuns,
Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 20. September 1961 (269 433)
kungsgrad der Vorrichtung verringert und ferner die Schneeschicht infolge des darin kondensierenden Gasgemisches
schnell ihre Porosität verliert, so daß die Vorrichtung außer Betrieb gerät.
Dieser Nachteil wird bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch behoben,
daß in dem Behälter für das verflüssigte Gas eine Einrichtung angeordnet ist, welche den Rohren
eine solche Menge verflüssigtes Gas zuführt, wie in ihnen verdampft.
Hierdurch wird erreicht, daß die Flüssigkeit, welche sich in den Rohren befindet, immer eine Zusammensetzung
hat, welche im Gleichgewicht ist mit dem Gasgemisch, welches von Unreinheiten befreit
werden soll. Demzufolge ist die Temperatur des in den Rohren vorhandenen Dampf-Flüssigkeits-Gemisches
hinreichend hoch, um den Beginn einer Kondensation des gereinigten Gasgemisches zu verhüten.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der ein nicht maßstäbliches Ausführungsbeispiel wiedergebenden
Zeichnung näher erläutert.
509 509/88
Die Fig. 1,2 und 3 zeigen eine Vorrichtung zum
Ausscheiden von Bestandteilen in fester Form aus einem Gasgemisch in drei zueinander senkrechten
Schnitten.
F i g. 4 zeigt das Phasendiagramm eines aus zwei Bestandteilen bestehenden Gasgemisches.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine Anzahl in einer
flachen Ebene angeordneter Rohre. 1. An diesen Rohren ist eine Metallgazeschicht 2 festgelötet. Die
äußeren Rohre 3 und 4, die in der gleichen Ebene mit den Rohren 1 liegen, sind nicht mit der Gazeschicht
2 verbunden.
Die Rohre 1, 3 und 4 münden am unteren Ende im Flüssigkeitsbehälter 5 aus, der durch eine Leitung
6 mit einem Behälter 7 der Kühlflüssigkeit in Verbindung steht.
Auf der Gazesehicht 2. ist auf beiden Seiten der
durch die Rohre!, 3 und 4 gehenden Ebene eine zickzackfönnige Metallgazeschicht 8 bzw. 9 angebracht.
Diese Schichten 8 und 9 werden durch die Streifen 10 gehaltert, die durch Bolzen und Muttern
11 gegen die Gazeschichten 8 und 9 gedrückt werden.
Am oberen Ende münden die Rohre 1, 3 und 4 in einem Behälter aus, der auf der oberen Seite offen
ist. Oberhalb der Mündungen der Rohre 1, 3 und 4 im Behälter 12 ahtf-ehage Gazeschichten 18 angeordnet.
Um den Behälter 12 ist ein weiterer Behälter 13 angeordnet, der den Behälter 12 mit einem
gewissen Spielraum umgibt und auf der unteren Seite mit dem Raum zwischen den Rohren 1, 3 und 4
und der Gazesehicht 2 in offener Verbindung steht. An den Behälter 12 schließt sich eine Gasansaugeleitung
14 an, die das gereinigte Gasgemisch und den in den Rohren erzeugten Dampf z.B. einer nicht
dargestellten Kaltgas-Kühlmaschine oder einer Gastrennanlage zuführen kann.
Bei der Vorrichtung ist weiter eine Zufuhrleitung 15 für flüssiges Gasgemisch in den Behälter 7 vorgesehen.
Diese Leitung 15 kann durch eine Klappe geschlossen oder geöffnet werden. Die Lage der
Klappe 16 kann dürea einen in der Flüssigkeit des
Behälters 7 angeordneten Schwimmer 17 derart geregelt werden, daß bei sinkendem Flüssigkeitspegel
die Klappe 16 sich öffnet und bei ansteigendem Pegel die Klappe geschlossen wird.
Die !Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende.
Da der Behälter 7 mit der Vorrichtung kommuniziert und ein flüssiges Gasgemisch enthält, ist der Pegel
der Flüssigkeit im Behälter 7 und in den Rohren 1, 3 und 4 gldcli. Dieses verhältnismäßig kalte, flüssige
Gasgemisch kühlt die Höhte 1, 3 und 4 und die mit den Rohren 1 in "Wärmekontakt stehenden Gazeschichten
8 und 9. Indem durch die Gasansaugeleitung 14 ein zu reinigendes Gasgemisch, das in bezug auf
das flüssige Gasgemisch in den Rohren 1, 3 und 4 verhältnismäßig warih ist, angesaugt wird, wird dem
angesaugten Gasgemisch, das in Richtung der Pfeile P durch die Gazeschichten 8 und 9 geht,
Wärme, entzogen. Diese Wärme wird durch die Gazeschichten 8, 9 und 2 auf die Rohre 1 übertragen.
Infolge dieser Wärmezufuhr siedet das in den Rohren vorhandene flüssige Gasgemisch, wodurch eine
Dampfblasenpümpwirkurig erzeugt und die Flüssigkeit in diesen Rohren hochgepumpt wird. Die Rohre
füllen sich darauf vollständig mit flüssigem Gasgemisch und Dampf und werden über ihre ganze
Länge gleichmäßig gekühlt. Wenn die Temperatur des angesaugten, zu reinigenden Gasgemisches hoch
ist, so daß die Wärmezufuhr an die Rohre groß ist, besteht die Gefahr, daß das flüssige Gasgemisch in
den Rohren stark siedet und die Flüssigkeit aus den Rohren in den Behälter 12 gespritzt wird. Dies
bringt mit sich, daß ein Teil der hochgepümpten Flüssigkeit mit dem Dampf abgesaugt wird. Um dies
zu verhüten, sind oberhalb der Mündungen der Rohre in dem Behälter 12 eine Anzahl von Gazeschichten
18 vorgesehen, welche dieser Spritzwirkung entgegenwirken.
Das hochgepumpte, flüssige Gasgemisch kann durch die Rohre 3 und 4 nach dem Flüssigkeitsbehälter
5 zurückfließen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Rohre 3 und 4 nicht mit der Gazesehicht
2 verbunden sind, so daß der Wärmeübergangswiderstand zwischen den Gazeschichten und
diesen Rohren bedeutend größer ist als zwischen den Rohren 1 und diesen Gazeschichten. Es wird auf
diese Weise verhütet, daß in den Rohren 3 und 4 eine Dampfblasenpumpwirkung eintritt, so daß
durch diese Rohre die Flüssigkeit nach dem Behälter 5 zurückfließen kann.
Das in den Rohren vorhandene, siedende Gasgemisch kühlt die Rohre und die Gazeschichten 2, 8
und 9. Das angesaugte, zu reinigende Gasgemisch wird beim Passieren durch die Gazeschichten gekühlt,
wobei die abzutrennenden Bestandteile sich in fester Form als eine anwachsende Eis- oder Schneeschicht
auf den Gazeschichten ablagern. Dies kann jedoch nur dadurch bewerkstelligt,werden, daß die
Rohre und die Gazeschichten so stark gekühlt werden, daß die abzutrennenden Bestandteile die gewünschte
Dampfspannung haben, so daß sie sich auf den Gazeschichten ablagern. Dies bedingt somit die
obere Grenze der Temperatur des siedenden Gasgemisches. Die untere Grenze dieser Temperatur
wird durch die Anfangskondensationstemperatur des gereinigten Gasgemisches bedingt. Wenn die Temperatur
der Gazeschichten niedriger wird als diese Anfangskondensationstemperätur des gereinigten Gasgemisches,
wird ein Teil dieses Gasgemisches in der entstandenen Eis- oder Schneeschicht zu kondensieren
anfangen. Dies bringt eine schnelle Zunahme des Strömungswiderstandes in der Schneeschicht mit
sich, was für die Wirkung der Vorrichtung besonders nachteilig ist.
Wenn z. B. das gereinigte Gasgemisch aus zwei Bestandteilen λ: und y in der in Fig. 4 durch den
Punkt A angedeuteten Zusammensetzung besteht, so ist die Anfangskondensationstemperatur, wie dies
auch aus F i g. 4 ersichtlich ist, B0K.
Gemäß der Erfindung läßt sich auf einfache Weise vermeiden, daß die Temperatur der Gazeschichten 8
und 9 unter diese Temperatur herabsinkt. Zu diesem Zweck wird der Vorrichtung ein flüssiges Gasgemisch
zugeführt, das auch aus den Bestandteilen χ und y besteht und das auch die Zusammensetzung A aufweist.
Infolge der Wärmezufuhr an das Gasgemisch in den Rohren 1 siedet das flüssige Gasgemisch darin,
wobei der Dampf und die Flüssigkeit in den Rohren 1 im Gleichgewicht sind. Die in den Rohren 1
umlaufende Flüssigkeit hat die Zusammensetzung C, wobei die Flüssigkeit mit Dampf mit der Zusammensetzung
A im Gleichgewicht ist. Die Temperatur, die der Anfangskondensationstemperatur des gereinigten
Gasgemisches entspricht, ist dann gerade hinreichend hoch, um den Beginn einer Kondensation des
gereinigten Gasgemisches zu verhüten. Infolge der Zufuhr von flüssigem Gasgemisch mit einer Zusammensetzung
entsprechend einem rechts von Punkte liegenden Punkt auf der Linie x-y von F i g. 4 kann
die Flüssigkeit in den Rohren eine Zusammensetzung haben, die einem Punkt rechts von Punkt C auf der
Linie x-y entspricht. Die Temperatur des Flüssigkeits-Dampf-Gemisches in den Rohren 1 ist dabei höher als
B0K, so daß keine Kondensation des gereinigten Gasgemisches eintreten kann.
Die in den Rohren 1 verdampfende Menge flüssigen Gasgemisches wird unmittelbar aus dem
Behälter 7 ergänzt, so daß in der Vorrichtung stets die gleiche Menge Flüssigkeit vorhanden ist.
Obgleich in diesem Beispiel nur ein aus zwei Bestandteilen bestehendes Gasgemisch erwähnt wird,
wird es einleuchten, daß auch aus mehreren Bestandteilen bestehende Gasgemische mit dieser Vorrichtung
von unerwünschten Bestandteilen gereinigt werden können.
In der Vorrichtung nach der Zeichnung ist die Flüssigkeitspegelregelung in dem Behälter 7 in Form
eines Schwimmers 17 ausgebildet, der mit einer Klappe 16 zusammenwirkt. Statt dieser Pegelregelung
lassen sich auch andere Konstruktionen, z. B. eine elektrische Pegelregelung oder ein Überlauf, benutzen.
Claims (1)
- Patentanspruch:Vorrichtung zum Ausfrieren von Verunreinigungen aus einem bei tiefen Temperaturen zu zerlegenden oder zu verflüssigenden Gasgemisch, insbesondere zum Ausfrieren von Wasserdampf, Kohlensäure und Kohlenwasserstoffen, welche Vorrichtung aus einer oder mehreren Metallgazeschichten besteht, an der bzw. zwischen denen eine Anzahl zur Kühlung der Metallgazeschicht bzw. -schichten und als Abstandshalter dienender senkrechter Rohre in wärmeleitender Berührung mit der bzw. den Metallgazeschichten vorgesehen sind, wobei die Rohre mit ihren unteren Enden mit einem Behälter für verflüssigtes Gas in Verbindung stehen und mit ihren oberen Enden in einen Raum münden, an den eine Gasansaugleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (7) für das verflüssigte Gas eine Einrichtung (16, 17) angeordnet ist, welche den Rohren eine solche Menge verflüssigtes Gas zuführt, wie in ihnen verdampft.In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Kältetechnik«, H. 9 (1960), S. 275, Bild 3;Zeitschrift »Die Kälte«, Januar 1961, S. 16, Bild 7.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen509 509/88 2.65 © Bundesdruckerei Berlin
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