DE1551583A1 - Rectifying column of an air separation plant - Google Patents
Rectifying column of an air separation plantInfo
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Description
Rektifizierkolonne einer Lufttrennanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Rektifizierkolonne einer Lufttrennanlage, welche Luft nach dem Tieftemperaturverfahren verflüssigt und unter Ausnutzung der Differenz zwischen den Siedepunkten die elementaren Bestandteile der Luft rektifiziert und in ihre Hauptkomponenten, d.h. Stickstoff, Sauerstoff und einige Edelgase zerlegt. Die übliche Rektifizierkolonne einer Lufttrennanlage besteht aus einem ersten Behälter, in welchen Luft in Sättigung eingeführt und dort ebenfalls zu flüssiger Luft und flüssigem Stickstoff verflüssigt wird, was man Vortrennung der Luft nennt; einem zweiten Behälter, welcher flüssigen Stickstoff und flüssige Luft, die ihm aus dem ersten Behälter zugeführt werden, in Sauerstoff und Stickstoff mit vorbestimmten Reinheitsgraden unter einem dem atmosphärischen fast äquivalenten Druck zerlegt, und einem Hauptkondensator, der zwischen dem ersten und dem zweiten Behälter angeordnet ist und die vom ersten Behälter zugeführte Luft mittels Kälte verflüssigt und kühlt, die vom flüssigen Sauerstoff, der in dem zweiten Behälter rektifiziert wurde, abgegeben wird. Die Rektifizierkolonne ist eine unmittelbare Vorrichtung zur Trennung der Luft in Stickstoff, Sauerstoff und einige Edelgase, so daß die Qualität dieser Vorrichtung im wesentlichen den ganzen Wirkungsgrad der Lufttrennanlage bestimmt, weshalb enorme Mühen und Ausgaben der Konstruktion und Herstellung dieser Vorrichtung gewidmet wurden.Rectifying Column of an Air Separation Plant The invention relates to to a rectification column of an air separation system, which air after the low temperature process liquefies and taking advantage of the difference between the boiling points the elementary Constituents of the air rectified and broken down into their main components, i.e. nitrogen, Oxygen and some noble gases decomposed. The usual rectifying column in an air separation plant consists of a first container into which air is introduced in saturation and there is also liquefied to liquid air and liquid nitrogen, what is called pre-separation who calls air; a second container which holds liquid nitrogen and liquid Air supplied to it from the first container into oxygen and nitrogen with predetermined degrees of purity below one almost equivalent to that of the atmosphere Decomposed pressure, and a main capacitor that is between the first and the second Container is arranged and the air supplied from the first container by means of cold liquefies and cools the liquid oxygen in the second container has been rectified. The rectifying column is one immediate device for separating air into nitrogen, oxygen and some Noble gases, so that the quality of this device is essentially all the efficiency of the air separation system, which is why enormous effort and expense of construction and manufacturing of this device.
Je größer außerdem die Anlage ausgebildet wird, desto schwieriger werden die Probleme und dies in einem vervielfältigten Maße. Die Zeichnung veranschaulicht den Stand der Technik und einige Ausführungsbeispiele der Erfindung; es zeigen: Fig. 1 einen 'rbersichtsplan, der den Fluß in der Lufttrennanlage, worauf sich die Erfindung bezieht, erkennen läßt; Fig. 2 eine Rektifizierkolonne, die zu der Anlage nach Fig. 1 gehört, in einem senkrechten Schnitt durch den hauptsächlichen Teil der Rektifizierkolonne, welcher in herkömmlicher Weise aus einem bekannten Linearrohrtyp-Hauptkondensator besteht; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Rektifizierkolonne gemäß der Erfindung in einem Vertikalschnitt durch den Hauptteil der Rektifizierkolonne, in er ein Wendelform-Hauptkondensator eingebaut ist; Zig. 4 einen senkrechten Teilschnitt der Rektifizierkolonne nach Fig. 3; Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem senkrechten, schematischen Schnitt durch den Hauptteil der Rektifizierkolonne, die einen Hauptkondensator außerhalb dieser Kolonne aufweist; Fig. 6 einen senkrechten Teilschnitt der Rektifizierkolonne nach Fig. 5; Fig. 7, 8, 9 und@10 je einen senkrechten Teilschnitt, womit praktische AusflUhrungsbeispiele der Rektifizierkolonne gemäß der Erfindung gegeben werden; und Fig. 11 ein Eigenschaftsdiagramm der Rektifizierkolonne gemäß der Erfindung, welches die Beziehung zwischen der Tiefe des flüssigen Sauerstoffs und der Sättigungstemperatur zeigt. Fig. 2 zeigt eine übliche Rektifizierkolonne, welche den weitest verbreiteten Linearrohrtyp-Hauptkondensator enthält. Um den sogenannten Hauptkondensator zu bilden, umfa3t die Rektifizierkolonne dieses Typs einen ersten Behälter 13, einen zweiten Behälter 14, eine untere Plätte 19, welche der, ersten vom zweiten Behälter trennt, und eine Mehrzahl von geraden Rohren 20, die senkrecht stehen, von der unteren Platte 19 getragen werden und an einer oberen Platte 22 befestigt sind, die eine gewölbte Endplatte 21 trägt. Dementsprechend werden, wenn die Vorrichtung in den Abmessungen und in der Luft- und Flüssigkeitsumlaufmenge größer wird, die unteren und oberen Platten 19 und 22 größer im Durchmesser, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, daß die gegossenen Materialien größer in der Abmessung und schwerer im Gewicht werden.In addition, the larger the system is made, the more difficult the problems become, and this to a multiplied extent. The drawing illustrates the prior art and some exemplary embodiments of the invention; 1 shows an overview plan showing the flow in the air separation plant to which the invention relates; Fig. 2 shows a rectifying column belonging to the plant of Fig. 1, in a vertical section through the main part of the rectifying column, which conventionally consists of a known linear tube type main condenser; 3 shows an exemplary embodiment of the rectifying column according to the invention in a vertical section through the main part of the rectifying column, in which a helical main condenser is installed; Zig. 4 shows a vertical partial section of the rectifying column according to FIG. 3; Figure 5 shows another embodiment of the invention with a vertical, schematic section through the main part of the rectification column, having a main capacitor outside of this column. 6 shows a vertical partial section of the rectifying column according to FIG. 5; 7, 8, 9 and @ 10 each show a vertical partial section, with which practical exemplary embodiments of the rectifying column according to the invention are given; and FIG. 11 is a property diagram of the rectifying column according to the invention showing the relationship between the depth of liquid oxygen and the saturation temperature. Fig. 2 shows a conventional rectifying column which contains the most popular linear tube type main condenser. To form the so-called main condenser, the rectifying column of this type comprises a first vessel 13, a second vessel 14, a lower plate 19 which separates the first from the second vessel, and a plurality of straight tubes 20 which are perpendicular to the lower plate 19 and attached to an upper plate 22 which supports a domed end plate 21. Accordingly, as the apparatus becomes larger in size and in the amount of air and liquid circulating, the lower and upper plates 19 and 22 become larger in diameter, thereby creating a need for the molded materials to be larger in size and heavier in weight .
Es ist indessen schwierig,-nicht nur eine so große Platte, wie z.B. von etwa 4 bis 6 m Durchmesser, technisch zu gießen, sondern auch eine Mehrzahl von geraden Rohren daran zu schweißen und zu halten, wobei Masse- und auch Wärmeverlustgesichtspunkte entscheidend sind. Der schwächste Punkt der Rektifizierkolonne dieses Typs liegt in der Tatsache, daß, wenn die Kapazität gesteigert wird, der Strom der Luft und der Flüssigkeit, die durch die geraden Rohre 20 gefördert werden, welche den Hauptkondensator darstellen, fähig ist, in einen instabilen Zustand, den sogenannten Flutungszustand, innerhalb des Fluktuationsbereichs überzugehen, in dem die zu behandelnde Menge verhältnismäßig klein ist.However, it is difficult to not only use a plate as large as e.g. from about 4 to 6 m in diameter, technically castable, but also a majority of straight pipes to be welded and held to it, taking into account both mass and heat loss considerations are crucial. The weakest point of the rectifying column of this type lies in the fact that when the capacity is increased, the flow of air and of the liquid conveyed through the straight tubes 20 which make up the main condenser is capable of entering an unstable state, the so-called flooding state, to pass within the fluctuation range in which the amount to be treated is relatively small.
In einem solchen Falle kann der Hauptkondensator keinen günstigen Wärmeaustausch bewältigen, und im schlimmsten Falle ergibt sich eine so schwere Konsequenz, daß der Betrieb der Vorrichtung völlig aufhört.In such a case, the main capacitor cannot be cheap Cope with heat exchange, and in the worst case scenario, it turns out to be so severe Consequence that the operation of the device ceases completely.
Mit anderen Worten wird entsprechend denn Hauptkondensator dieses Typs das Stickstoffgas in dem ersten Behälter l" durch' flüssigen Sauerstoff an der Außenseite der geraden Rohre gekühlt, während es in den geraden Röhren 20 aufsteigt, und nach teilweiser Verflüssigung läuft es den inneren Oberflächen dieser Rohre entlang in der umgekehrten Richtung zu dem aufwärtsströmenden Gas hinunter, d.h. in Richtung der Schwerkraft, so daß, obwohl die Luft und die Flüssigkeit bis zu einem gewissen Grade wirksam in der Vorrichtung behandelt werden, die Vorrichtung nichtmehr günstig arbeiten kann, sobald die Menge der Luft und Flüssigkeit etwas geändert werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu überwinden und eine neue Rektifizierkolonne vorzuschlagen, die einen Hauptkondensator relativ geringer Abmessungen und geringen Druckverlustes mit stabilen Eigenschaften und verbessertem Wärmeaustauschwirkungsgrad sowie mit der Eignung für eine Lufttrennanlage großer Kapazität aufweist. Diese Aufgabe wird bei einer Rektifizierkolonne einer Lufttrennanlage mit einem Hauptkondensator zwischen einem ersten Behälter und einem zweiten Behälter, der die Luft zwecks Rektifizierung und Trennung in ihre Bestandteile nach dem Tieftemperaturverfahren verflüssigt,.erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hauptkondensator eine Mehrzahl von Wendelformrohren aufweist, daß das Stickstoffgas des ersten Behälters außerhalb der Wendel -formrohre eingeführt und flüssiger Sauerstoff des zweiten Behälters in die Wendelformrohre eingeführt wird, wodurch zwischen ihnen ein Wärmeaustausch erfolgt. Auf diese Weise wird nicht nur flüssiger Sauerstoff in den Wendelformrohren veranlaßt, durch die Blasenpumpwirkung spontan zu zirkulieren, sondern es wird auch Stickstoffgas außerhalb der Rohre verflüssigt und fließt in der zum Strom des Gases äquivalenten Richtung. Eine Mehrzahl der Wendelformrohre ist am Umfang des Gehäuses des Hauptkondensators befestigt.In other words, according to the main condenser of this type, the nitrogen gas in the first container 1 "is cooled by liquid oxygen on the outside of the straight tubes while it rises in the straight tubes 20, and after being partially liquefied, it runs along the inner surfaces of these tubes down in the opposite direction to the upward flowing gas, ie in the direction of gravity, so that although the air and liquid are treated effectively in the device to some extent, once the amount of air and The invention is therefore based on the object of overcoming these deficiencies and proposing a new rectifying column which has a main condenser of relatively small dimensions and low pressure loss with stable properties and improved heat exchange efficiency and with the suitability for a large capacity air separation plant ice. This object is achieved in a rectifying column of an air separation plant with a main condenser between a first container and a second container, which liquefies the air for the purpose of rectification and separation into its components according to the low-temperature process, in that the main condenser has a plurality of helical shaped tubes that the nitrogen gas of the first container is introduced outside the helical shaped tubes and liquid oxygen of the second container is introduced into the helical shaped tubes, whereby a heat exchange takes place between them. In this way, not only is liquid oxygen in the helical tubes made to spontaneously circulate by the bubble pumping action, but nitrogen gas outside the tubes is also liquefied and flows in the direction equivalent to the flow of the gas. A plurality of the helical shaped tubes are attached to the periphery of the housing of the main capacitor.
Das Ende jedes Wendelformrohres ist zweckmäßig am Umfang des Gehäuses des Hauptkondensators über mindestens eine ringförmige Platte befestigt, und eine Kernröhre mit zwei Öffnungen an beiden Enden ist in der Mitte der Gruppe der Wendelformrohre angeordnet, wobei sich die obere Öffnung der Kernröhre am oberen Teil der Wendelformrohrgruppe befindet und die untere Öffnung auf der Platte des ersten Behälters aufsitzt.The end of each helical tube is expediently on the circumference of the housing of the main capacitor attached via at least one annular plate, and one Core tube with two openings at both ends is in the middle of the group of helical shaped tubes arranged, wherein the upper opening of the core tube is at the upper part of the helical tube group and the lower opening rests on the plate of the first container.
Das Ende jedes Wendelformrohres ist zweckmäßig am Umfang des Gehäuses befestigt und das Gehäuse unterhalb des zweiten Behälters angeordnet. Ein Rohrverteiler ist zweckmäßig an der unteren Fassungsstelle des Gehäuses angeordnet, und eine Kohlenwasserstoff-Absorptionstrenneinrichtung ist an einer Stelle zwischen dem Rohrverteiler und dem zweiten Behälter angeschlossen, wobei flüssiger Sauerstoff in dieser Trenneinrichtung zirkuliert.The end of each helical tube is expediently on the circumference of the housing attached and arranged the housing below the second container. A manifold is expediently arranged at the lower socket of the housing, and a hydrocarbon absorption separator is connected at one point between the manifold and the second tank, liquid oxygen circulating in this separator.
Beide enden einer Mehrzahl von Wendelformrohren sind zwecii7)-_L.'Lg über die oberen und unteren Platten an der-. Gehäuse befestigt, der obere und der untere Rohrverteiler an (':ieäen Platten angeordnet, die Rohrverteiler und der untere Teil des zweiten Behälters miteinander verbunden und der obere-und der untere Teil der Wendelformrohrgruppe des Gehäuses mit dem oberen Teil des ersten Behälters verbunden. Both ends of a plurality of helical shaped tubes are zwecii7) -_ L.'Lg over the upper and lower plates on the-. Housing fixed, the upper and the lower manifold to ( ': arranged ieäen plates, the manifold and the lower part of the second container connected to one another and the upper and the lower part of helical shape pipe group of the casing with the upper part of the first container is connected.
Die Rohrverteiler und aer @mtere Teil des zweiten Behälters sind dabei zweckmäßig miteinander über die Kohlenwasserstoff- absorptions-Trenneinrichtung verbunden. The pipe distributors and the poorer part of the second container are expediently connected to one another via the hydrocarbon absorption separating device.
Eine Bauerstoffzirkuliereinrichtung ist zweckmäßig in Reihe in den Kreis eingeschaltet, in welchem die Kohlenwasser- atoff-Absorptionstrenneinrichtung angesbhlossen ist. Schließlich ist zweckmäßig vorgesehen, die Tiefe des flüssigen Sauerstoffs in dem zweiten Behälter etwa auf 2.m zu begrenzen. A building material circulation device is expediently connected in series in the circuit in which the hydrocarbon absorption separating device is connected. Finally, it is expediently provided that the depth of the liquid oxygen in the second container is limited to approximately 2.m.
Die genannten Merkmale der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen erläutert. The features of the invention mentioned are explained in connection with the exemplary embodiments illustrated in the drawing.
Nach Fig. 1 wird die Luft von einer Einspeisesgule 1 einge- führt, um durch eine Filtereinrichtung 2 zur Entfernung feiner Stäube weiterzuströmen, dann wird der Drtack mittels eines Luft- kompressors 3 auf einen vorbestimmten giert gesteigert. According to FIG. 1 , the air is introduced from a feed coil 1 in order to flow on through a filter device 2 to remove fine dust, then the pressure is increased to a predetermined yaw rate by means of an air compressor 3.
Die durch die Drücksteigerungsbehandlung erwärmte Luft wird mittels einer Flutungssäule 4 gekühlt und dann über ein Wechselventil 5 in eine Kältespeichereinrichtung ö geführt. The air heated by the pressure increase treatment is cooled by means of a flooding column 4 and then passed through a shuttle valve 5 into a cold storage device 6.
Eine Mehrzahl von Kältespeichereinrichtungen sind in Reihe angeordnet, welche die Kälte von aus der Trennanlage zurückgeführtem Sauerstoff halten, und in einem vorbestimmten Rhythmus zueinander schaltet. A plurality of cold storage devices are arranged in series , which hold the cold of the oxygen returned from the separation system, and switch to one another in a predetermined rhythm.
Die Luft wird der erwähnten Kälteeinwirkung ausgesetzt, so daß sie durch den Niedrigtemperaturprozeß verflüssigt wird.The air is exposed to the aforementioned cold effect, so that it is liquefied by the low-temperature process.
Auf der anderen Seite absorbiert das Wasser der Flutungssäule 4 die Wärme der Luft nach der Kompression, und seine . Temperatur wird dadurch erhöht, so daß es gekühlt werden muB.On the other hand, the water of the flooding column 4 absorbs the Heat the air after compression, and its. Temperature is increased by so that it must be cooled.
Um das Wasser mittels der Kälte von Stickstoff zu kühlen, der von der Trennanlage zurückgeführt wird, ist eine Verdampferkühleinrichtung7dazu angeordnet.To cool the water by means of the cold of nitrogen flowing from is returned to the separation plant, an evaporator cooling device 7 is arranged for this.
Das so durch die Verdampferkühleinrichtung 7 auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlte Wasser wird in einen Wassertank 8 zurückgeleitet und durch eine Pumpe 9 in Umlauf gebracht.The so by the evaporator cooling device 7 to a predetermined Temperature cooled water is returned to a water tank 8 and through a Pump 9 circulated.
Die Luft aus den genannten Kältespeichereinrichtungen 6 wird teilweise über ein automatisches Steuerventil 10 in eine Expansionseinrichtung 11 eingeführt und, nachdem ihre Temperatur durch den Joule-Thomson-Effekt weiter gesenkt ist, in-einen zweiten Behälter 14 der Rektifizierkolonne 12 überführt.The air from said cold storage devices 6 is partially Introduced into an expansion device 11 via an automatic control valve 10 and, after their temperature is further lowered by the Joule-Thomson effect, transferred into a second container 14 of the rectification column 12.
Die so geteilte, verbleibende Luft wird in den zweiten Bhälter 14 eingeführt.The remaining air thus divided is fed into the second container 14 introduced.
Nachdem Wärme zwischen der rektifizierten und getrennten Luft in der Kolonne ausgetauscht und Stickstoff aus dem ersten Behälter 13 durch einen zweiten Kondensator 15 entfernt ist, werden explosive Stoffe, wie Acetylen und ähnliche, durch eine Acetylen-Trenneinrichtung 16 entfernt.Having heat between the rectified and separated air in the Column exchanged and nitrogen from the first Container 13 is removed by a second capacitor 15, explosives such as acetylene and the like, removed by an acetylene separator 16.
Nachdem der Sauerstoff die "Acetylen-Trenneinrichtung 16 verlassen hat, nimmt er seine Temperatur mittels Kälteabgabe an die Kältespeichereinrichtung 6 wieder an und wird dann in das Verbrauchssystem überführt.After the oxygen leaves the "acetylene separator 16" it takes its temperature by releasing cold to the cold storage device 6 again and is then transferred to the consumption system.
Es wird auch flüssige Luft, nachdem sie dem unteren Teil des ersten Behälters entnommen wurde, in den zweiten Behälter 14 über eine Flüssigluftfiltereinrichtung 17 und eine Starkkühleinrichtung 18 eingeführt.It will also become liquid air after getting the lower part of the first Container was removed into the second container 14 via a liquid air filter device 17 and a strong cooling device 18 introduced.
Die Rektifizierkolonne 12 ist eine unmittelbare Einrichtung zur Trennung der Luft in Stickstoff und Sauerstoff, und daher bestimmt die Qualität dieser Einrichtung den Wirkungsgrad der ganzen Lufttrennanlage, so daß eine hochwirksame Rektifizierkolonne erforderlich ist.The rectification column 12 is an immediate device for separation the air into nitrogen and oxygen, and therefore determines the quality of this facility the efficiency of the whole air separation system, so that a highly efficient rectifying column is required.
Die Rektifizierkolonne gemäß der Erfindung erfüllt diese Erfordernisse und ist in den Fig. 3 bis 6 dargestellt.The rectifying column according to the invention fulfills these requirements and is shown in FIGS. 3-6.
Die Fig. 3 und 4 stellen einen schematischen Überblick und eine Abbildung der Teile der Rektifizierkolonne dar, wobei der Hauptkondensator gemäß der' Erfindung direkt unter dem unteren Teil des zweiten Behälters an einer Stelle zwischen dem zweiten Behälter 14 und dem ersten Behälter 13 angeordnet ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils einen schematischen Überblick bzw. eine Abbildung der Teile der Rektifizierkolonne, wobei der Hauptkondensator gemäß der Erfindung in Reihe mit dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter an einer Stelle dazwischen ange- ordnet ist. 3 and 4 represent a schematic overview and illustration of the parts of the rectifying column, the main condenser according to the invention being arranged directly under the lower part of the second vessel at a position between the second vessel 14 and the first vessel 13. FIGS. 5 and 6 each show a schematic overview of an image or of the parts of the rectification column, wherein the main capacitor is arranged between reasonable according to the invention in series with the first container and the second container at a location.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 ist festzustellen, daß die Bezugsziffer 23 ein hohles Kernrohr bezeichnet; dabei ist eine untere Öffnung 24 dieses Kernrohres mit einer Platte 25 des ersten Behälters 13 verbunden und eine obere Öffnung 26 so angebracht, daß sie aus einer Gruppe 27 von Wendelformrohren herausragt, und eine Mehrzahl dieser Wendelformrohre 28 ist unter Mitverwendung eines Abstandhalters 29 in mehreren Lagen um das Kernrohr herumgewickelt, Die Wendelformrohre sind um das Kernrohr 24 in der Weise gewickelt, daß sich die Länge jedes Rohres untereinander gleicht, und beide Enden dieser Rohre sind dann an einer oberen und einer unteren ringförmigen Platte 31 und 32 angeschweißt, die am Umfang des Gehäuses 30 des Hauptkondensators angebracht end.. With reference to Figures 3 and 4 it should be noted that reference numeral 23 denotes a hollow core tube; while a lower opening 24 of the core tube connected to a plate 25 of the first container 13 and an upper opening 26 positioned so that it protrudes from a group 27 of helical form tubes, and a plurality of spiral shaped pipes 28 is the concomitant use of a spacer 29 in a plurality of layers wrapped around the core tube , the helical form tubes are wrapped around the core tube 24 in such a way that the length of each tube is equal to one another, and both ends of these tubes are then welded to upper and lower annular plates 31 and 32 which extend around the circumference of the Housing 30 of the main capacitor attached end.
Der Umlaufwiderstand der We.ndelformrohre ist so bemessen, daß er über ihre gesamte Länge fast untereinander gleich ist. Falls :die Dicke des Gehäuses 30 solide genug ist, um die Wendelform,- .@e 28 daran zu befestigen, kann man die ringförmigen Platten . 31 und 32 einsparen. Was die Fassung betrifft, ist es möglich, das untere Ende jedes Wendelformrohres 28 am Umfang des Gehäuses in radialer Richtung durch die ringförmige Platte 31 zu befestigen und das obere Ende des Rohres an einem Abdeckstück 33 anzubringen. In diesem Falle muß das Abde;:k:@`°.',Gk 33 genügend fest aasgebildet sein, um die Wendelformrohre 28 daran befestigen zu können. The circulation resistance of the spiral-shaped tubes is dimensioned so that it is almost equal to one another over their entire length. If : the thickness of the housing 30 is solid enough to attach the helical shape 28 to it, one can use the annular plates. Save 31 and 32. As for the socket, it is possible to fix the lower end of each helical tube 28 to the circumference of the housing in the radial direction through the annular plate 31 and to attach the upper end of the tube to a cover piece 33. @ `° 'to be Gk 33 aasgebildet sufficiently strong to form the spiral tubes 28 to be able to attach thereto: k:; in this case, the Cover B must..
Dann ist die Schweißoperation in Umfangsrichtung um einen Umfangsteil vermindert, wenn man diesen Aufbau mit dem der ring-"örmigen Platte 32 vergleicht. Then the welding operation in the circumferential direction is reduced by one circumferential part when comparing this structure with that of the ring-shaped plate 32.
Das Wort "Umfang" in dieser Erfindung bedeutet die äußere Umfangsfläche und erfaßt sowohl das Gehäuse 30 als auch das Abdeckstück 33. The word "circumference" in this invention means the outer peripheral surface and encompasses both the housing 30 and the cover 33.
Das Gehäuse 30 und das AbdeckstUck 33 lassen sich durch Prägung formen.The housing 30 and the cover 33 can be shaped by embossing.
Um zu vermeiden, daß flüssiger Sauerstoff in den ersten Behälter 13 aussickert, ist der untere Rand des Gehäuses 30 hermetisch mit dem Umfang des oberen Randes des ersten Behälters 13 verschweißt.In order to prevent liquid oxygen from entering the first container 13 oozes out, the lower edge of the housing 30 is hermetic to the periphery of the upper one Edge of the first container 13 is welded.
Das im ersten Behälter 13 aufgestiegene Stickstoffgas wird nach Durchströmen
des Kernrohres 23 durch die obere Öffnung 26 in das Gehäuse 30 eingeführt.
In Flüssigkeitströpfchen verwandelter Stickstoff sinkt langsam in den Raum außerhalb dieser Rohre in der gleichen Richtung wie das Stickstoffgas, so daß dort kein Wirbelstrom auftritt, d.h. eine Ausspülerscheinung wie im Fall des herkömmlichen Hauptkondensators mit geraden Rohren. Auf der anderen Seite wird flüssiger Sauerstoff in den Rohren durch das Stickstoffgas erhitzt und zum Teil oder größtenteils vergast, so daß er sich innerhalb der Wendelformrohre durch den Blaspumpeffekt in der umgekehrten Richtung zum Stickstoffgas bewegt.Nitrogen transformed into liquid droplets slowly sinks into the space outside these pipes in the same direction as the nitrogen gas, so that there is no eddy current, i.e., a washout phenomenon as in the case of the conventional main condenser with straight tubes. On the other hand will liquid oxygen in the tubes is heated and partly by the nitrogen gas or mostly gasified, so that it is within the helical tubes through the Blow pump effect moves in the opposite direction to nitrogen gas.
Mit anderen Worten wird flüssiger Sauerstoff von der unteren ringförmigen Platte 31 eingesaugt, durch die obere ringförmige Platte 32 in den zweiten Behälter 14 überführt und sponatn in Umlauf gebracht, ohne daß eine besondere Umlaufpumpe erforderlich ist.In other words, liquid oxygen from the lower is annular Plate 31 sucked through the upper annular plate 32 into the second container 14 transferred and put into circulation spontaneously without a special circulation pump is required.
Je größer die Tiefe des flüssigen Sauerstoffs im zweiten , Behälter 14 gemacht wird, umso leichter wird die spontane Zirkulation und umso höher steigt der Wärmeaustauschwirk%#ungsgrad;-indessen geht ein anderes Problem damit einher, so daß diesem Effekt eine gewisse Grenze gesetzt ist. The deeper the depth of the liquid oxygen in the second container 14 is made, the easier the spontaneous circulation becomes and the higher the heat exchange efficiency increases; however , there is another problem involved , so that this effect is limited.
Im Maße wie die Tiefe des flüssigen Sauerstoffs vergrößert wird, umso größer wird der Druck am Hoden der Kolonne des zweiten Behälters 14 und umso höher der Sättigungsgrad an flüssigem Sauerstoff. As the depth of the liquid oxygen is increased , the greater the pressure on the testicle of the column of the second container 14 and the higher the degree of saturation of liquid oxygen.
Diese Beziehung wird in Fig. 11 gezeigt; die Sättigungs- temperatur flüssigen Sauerstoffs ändert sich umgekehrt proportio- nal zum Anstieg der Flüssigkeitstiefe. This relationship is shown in Figure 11; the saturation temperature of liquid oxygen varies inversely proportional to the rise of the liquid depth.
Andererseits ist es, um flüssige Luft mit der Rektifizierkolonne zu rektifizieren und in Sauerstoff und Stickstoff zu zerlegen, erforderlich, einen Unterschied von angenähert 200 zwischen dem flüssigen Sauerstoff des geiten Behälters 14 und dem Stickstoffgas des ersten Behälters 13 zu haben. On the other hand, in order to rectify liquid air with the rectifying column and decompose it into oxygen and nitrogen , it is necessary to have a difference of approximately 200 between the liquid oxygen of the sliding vessel 14 and the nitrogen gas of the first vessel 13.
Das bedeutet, daß die Tiefe des flüssigen Sauerstoffs auf ein gewisses Ausmaß begrenzt ist und in Abhängigkeit von der Kapazität der Vorrichtung üblicherweise innerhalb eines Bereichs bis angenähert 1 m bleibt. Ba zeigte sich durch Versuche, daß die Temperatur des Stickstoffgases des ersten Behälters in der Rektifizierkolonne im Betriebtauf einem Niveau von angenähert von 96,65°K bleibt, so daß die Temperatur der unteren Oberfläche des flüssigen Sauerstoffs am unteren Ende des zelten Behälters höchstens 94,65°K betragen kann und unter Berücksichtigung der Hinweise zu der genannten Fig. 11 die Tiefe des flüssigen Sauer- stoffs entsprechend der erwähnten Temperatur angenähert 2 m sein wird. This means that the depth of the liquid oxygen is limited to some extent and , depending on the capacity of the device, usually remains within a range of up to approximately 1 meter. Ba has been shown by experiments that the temperature of the nitrogen gas of the first container in the rectification column remains at a level of approximately 96.65 ° K during operation, so that the temperature of the lower surface of the liquid oxygen at the lower end of the tented container does not exceed 94, 65 ° K and, taking into account the information on FIG. 11 mentioned, the depth of the liquid oxygen will be approximately 2 m according to the temperature mentioned.
Dementsprechend ist die Tiefe im Fall spontaner Zirkulation auf ein Maß von angenähert 2 m begrenzt. Accordingly, the depth in the case of spontaneous circulation m limited to a level of approximately. 2
Im Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, sind, um das Stickstoffgas des ersten Behälters 13 in ein _ Gehäuse 34 einzuführen, das Gehäuse und der erste Behälter 13 durch din Leitungsrohr 35 miteinander verbunden, und ebenso sind, um den flüssigen Sauerstoff des zweiten Behälters 14 in jedes Wendelförmrohr 28 einzuführen, die obere Platte 36 und die untere Platte 36 (nicht dargestellt), an welchen die Wendelformrohre mit beiden Enden befestigt sind, und der zweite Behälter 14 durch die Leitungsrohre 37 und 38,verbunden. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 , in order to introduce the nitrogen gas of the first container 13 into a housing 34, the housing and the first container 13 are connected to one another by the conduit 35, and are also connected to the to introduce liquid oxygen of the second container 14 into each helical tube 28 , the upper plate 36 and the lower plate 36 (not shown) to which the helical tubes are fixed at both ends, and the second container 14 through the conduits 37 and 38, are connected.
Dabei ist ein oberer Rohrverteiler 39 und ein unterer Rohr- verteiler 40 an der oberen bzw. der unteren Platte angeordnet. Das von dem Leitungsrohr 35 in das Gehäuse 34 eingeführte Stickstoffgas wird mittels Kälteaufnahme im Laufe des Durch- tritts zwischen den Wendelformrohren 27 verflüssigt, und durch I das Leitungsrohr 38 wieder in den ersten Behälter 13 eingeführt, und andererseits wird flüssiger Sauerstoff in den Rohren teilweise oder zum größten Teil vergast, zirkuliert mittels des Blasenpump- eßbktes spontan in den Rohren und wird dann durch das Leitungsrohr 37 ähnlich dem Aufbau in den Fig. 3 und 4 wieder in den zweiten Behälter 14 eingefühati Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Aufbaus nach Fig. 4, wobei, um explosive Stoffe, wie z.8. Acetylen u.dgl., welche im flüssigen Sauerstoff in dem zweiten Behälter 14 vorhanden sind, zu entfernen, eine Kohlenwasserstoff-Absorptionstrenneinrichtung 41 im Kreislauf des flüssigen.Sauerstoffs angeordnet ist. Here, an upper pipe distributor 39 and a lower pipe distributor 40 are arranged on the upper and the lower plate, respectively. The introduced from the conduit 35 into the housing 34, nitrogen gas is by means of cold receiving during the transit passage liquefied between the helical shape pipes 27, and introduced by I the conduit 38 back into the first container 13, and on the other hand, liquid oxygen in the tubes is partly or for the most part gasified, circulates spontaneously in the pipes by means of the bladder pump eßbktes and is then reintroduced into the second container 14 through the pipe 37 similar to the structure in FIGS. 3 and 4. FIG. 7 shows an example of the structure according to FIG. 4, in order to avoid explosive substances, such as 8. Acetylene and the like, which are present in the liquid oxygen in the second container 14, a hydrocarbon absorption separator 41 is arranged in the circuit of the liquid oxygen.
Mit anderen Worten ist die Kohlenwasserstoff-Absorptionstrenneinrichtung
$1 außerhalb des Behälters angeordnet, an
einer Stelle ziwohen
dem Rohrverteiler 42 angeschlossen und mit
dem Umfang der unteren "ringförmigen
Platte 31 des Gehäuses 30 im zweiten Behälter 14 und dem unteren Teil
des zweiten Behälters 14 durch die Leitungsrohre 43 und 44 verbunden.
Kohlenwasserstoffe,
wie Acetylen u.dgl., die im flüssigen
Sauerstoff im unteren Teil
des zweiten Behälters 14 enthalten
sind, werden durch die Kohlenwasserstoff-Absorptionstrenneinriohtung
4 1 kontinuierlich entfernt, so daß es möglich ist,
Sauerstoff vom
zweiten Behälter 14 als Endprodukt direkt aus dem
System zu
ziehen, ohne daß ein zweiter Kondensator 15 und/oder
eine Acetylenehtfernungseinrichtung
16 erforderlch ist, die in
der Flüssigsaüerstoffabführleitung
überlicherweise vorhanden ist
(sind), woraus sich der Vorteil ergibt, daß
kein Druckverlust wie bei der früheren Einrichtung auftritt, der
Druck des Sauer-
-In Fig. 9 ist eine kleine Saueratoffumlaufeinrichtung k5 vorgesehen, welche eine solche Umlaufkraft erzeugt, wie sie, dem Umlaufwiderstand der Kohlenwasserstoff-Absorptionstrenneinriehtung 41 entspricht, die im Kreislauf des flUseigen Sauerstoffs angeordnet ist. -In Fig. 9 is provided a small Saueratoffumlaufeinrichtung k5 which generates such a circulation force as the hydrocarbon Absorptionstrenneinriehtung corresponds to the circulation resistor 41, which is arranged in the circuit of flUseigen oxygen.
T Die Sauerstoffumlaufeinriehtung ist ähnlich dem Haupt- kondensator nach Fig. 6 aufgebaut. The T Sauerstoffumlaufeinriehtung is constructed similar to the main capacitor according to Fig. 6.
So ist die Absorptionskraft des Sauerstoffs größer als die nach Fig. 7, und die Menge flüssigen Sauerstoffs, die in die Kohlenwasserstoff-Absorptionstrenneinrichtung eingeführt wird, ist sehr stark erhöht, so daB Kohlenwasserstoffe wirksam aus dem flüssigen Sauerstoff entfernt werden. Thus, the absorption power of oxygen is greater than that of FIG. 7, and the amount of liquid oxygen, which is introduced into the hydrocarbon-absorbing separating device is greatly increased, so that hydrocarbons are effectively removed from the liquid oxygen.
wärme wird ausgetauscht zwischen dem Stickstoffgas, welchen durch das Leitungsrohr 46 in den ersten Behälter 13 eingeführt wird, und flüssigem Sauerstoff im Läufe des Absinkens zwischen der wendelformrohrgruppe 27 der Bauerstoffumlaufeinrichtung 45, so daß mittels des WidereinfUhrens des Stickstoffgases in den ersten Behälter 13 durch das Leitungsrohr 47 das Stickstoffgas durch Tieftemperaturverfahren viel weiter verflüssigt wird." Auch wird von dem Leitungsrohr 48 in die Wendelformrohre 28@ eingeführter flüssiger Sauerstoff durch das Stickstoffgas erhitzt und vergast und dann durch das Leitungsrohr 49 in den zweiten Behälter 14 wieder eingeführt.Heat is exchanged between the nitrogen gas, which is introduced through the pipe 46 into the first container 13 , and liquid oxygen in the course of the descent between the helical tube group 27 of the building material circulation device 45, so that by means of the reintroduction of the nitrogen gas into the first container 13 through the pipe 47, the nitrogen gas is further liquefied by cryogenic processes. "Also, liquid oxygen introduced from the conduit 48 into the helical shaped tubes 28 @ is heated and gasified by the nitrogen gas and then reintroduced into the second container 14 through the conduit 49.
Fig. 10 zeigt eine Rektifizierkolonne, in welcher der erste Behälter 13 und der zweite Behälter 14 getrennt voneinander angeordnet sind.Fig. 10 shows a rectifying column in which the first vessel 13 and the second container 14 are arranged separately from one another.
In diesem Fall sind eine Endplatte 51 und der obere Teil des ersten Behälters über das Leitungsrohr 52 miteinander verbunden, so daß das Stickstoffgas in dem ersten Behälter 13 in ein Gehäuse 50 eingeführt wird, und eine Endplatte 54 und der obere Teil des ersten Behälters 13 sind ebenfalls über'das Leitungsrohr 53 miteinander verbunden, so daß in dem Gehäuse 50 verflüssigter Stickstoff wieder in den ersten Behälter 13 als Rückflußflüssigkeit eingeführt wird.In this case, one end plate 51 and the upper part are the first Container connected to each other via the pipe 52, so that the nitrogen gas in the first container 13 is inserted into a housing 50, and an end plate 54 and the upper part of the first container 13 are also via the conduit pipe 53 connected to one another, so that in the housing 50 liquefied nitrogen again is introduced into the first container 13 as a reflux liquid.
Der untere Teil des zweiten Behälters 14 und eine untere ringförmige Platte 56 sind miteinander verbunden, so daB flüssiger Sauerstoff des unteren Teils des zweiten Behälters in-die Wendelformrohre 28 eingeführt wird, und der untere Teil des zweiten Behälters 14 und eine obere ringförmige Platte 58 sind ebenfalls über das Leitungsrohr 59 miteinander verbunden, so dafl in den Wendelformrohren@28 vergaster Sauerstoff wieder in den zweiten Behälter 14 eingeführt wird.The lower part of the second container 14 and a lower annular one Plate 56 are interconnected so that liquid oxygen of the lower part of the second container-is inserted into the spiral-shaped tubes 28, and the lower Part of the second container 14 and an upper annular plate 58 are also included Connected to one another via the conduit 59, so that they are in the helical shaped tubes @ 28 gasified oxygen is reintroduced into the second container 14.
Dabei ist ein Rohrverteiler 60 an der oberen ringförmigen Platte 58 und ein Rohrverteiler 61 an der unteren ringförmigen Platte 56 angebracht. ---Zum spontanen Zirkulieren flüssigen Sauerstoffs und flüssigen Stickstoffs sind der erste Behälter 13, das Gehäuse .. 50 und der zweite Behälter 14 so aufgebaut, daß sie vorbestimmte. Höhenunterschiede hl und h2 entsprechend Fig. 10 aufweisen; wenn jedoch in diesem Falle flüssiger Stickstoff und flüssiger Sauer- stoff zwangläufig mittels einer Pumpe zirkulieren, können die Teile in gleicher Höhe angeordnet werden. A manifold 60 is attached to the upper annular plate 58 and a manifold 61 is attached to the lower annular plate 56. --- For spontaneous circulation of liquid oxygen and liquid nitrogen, the first container 13, the case 50 and the second container 14 are constructed to be predetermined. Height differences hl and h2 according to FIG. 10; However, if in this case liquid nitrogen and liquid oxygen are forced to circulate by means of a pump, the parts can be arranged at the same height.
Wie vorstehend erklärt, ist, wenn der erste Behälter 13 und der zweite Behälter 14 getrennt voneinander angeordnet sind, die Höhe der Rektifizierkolonne beträchtlich gesenkt, Widerstand gegen Erdbeben in günstiger Weise beibehalten und die Höhe des Kältespeichertanks bei gleicher Kälteleistung gesenkt. Dementsprechend erleichtert diese Ausführung die Herstellung des Kältespeichertanks oder die Einrichtung und den Betrieb jeder Vorrichtung. As explained above, when the first tank 13 and the second tank 14 are separated from each other , the height of the rectifying column is considerably decreased, earthquake resistance is favorably maintained, and the height of the cold storage tank is decreased with the same refrigeration capacity. Accordingly , this configuration facilitates the manufacture of the cold storage tank or the installation and operation of each device.
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Legal Events
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E771 | Valid patent as to the heymanns-index 1977, willingness to grant licences |