DE1187249B - Vorrichtung zum Ausfrieren von Verunreinigungen aus einem bei tiefen Temperaturen zu zerlegenden oder zu verfluessigenden Gasgemisch - Google Patents

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

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)

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.

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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)

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 Zeichnungen

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