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Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Gas- oder Gasdampfgemischen.
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Zusatz zum Patent 360280.
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Das Hauptpatent 360280 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Trennung von Gas- und Gasdampfgemischen.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, den Scheideprozeß des Mischgases
unter gleichzeitiger Entspannungskühlung desselben zu erweitern.
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Das erweiterte Verfahren besteht zunächst darin, die Verdichtungsarbeit,
welche der Scheidekompressor nach dem Hauptpatent geleistet hat, noch ohne weiteren
besonderen Arbeitsaufwand, also ohne nochmalig wiederholte Verdichtung des Mischgases,
auszunutzen, nachdem dasselbe den Scheidekompressor verlassen hat.
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Zu diesem Zwecke wird das durch die Auslaßventile oder -rohre strömende
Gas in Ableitungsrohre oder Durchgangsgasometer entleert, deren Wandungen ebenfalls
aus durchlässigem und gasabsorbierendem Material bestehen.
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Auf diese Weise wird die Abführung der schneller fließenden oder
diffundierenden Gasbestandteile für die Dauer des der Verdichtungsperiode folgenden
Saughubes des Scheidekompressors auch in diesem Raume fortgesetzt, ohne daß hierfür
ein besonderer Arbeitsaufwand nötig ist.
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In der Zeichnung Abb. I ist I das Rückschlagventil oder eine andere
beliebige Steuerung des Scheidekompressors, 2 der durchlässige Sammelbehälter oder
Gasometer, 3 dessen belastetes Austrittsventil. Das Ab-. leitungsrohr oder der Durchgangsgasometer
kann entweder ganz aus durchlässigem Material sein oder bei dem Vorhandensein höherer
Innendrucke durch eine doppelwandige durchlochte Metallhülle 4 gegen Sprengung geschützt
sein.
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Der Durchtritt eines Teils der den Durchgangsgasometer : z passierenden
Gase durch die Rohrwandungen bewirkt nun gleichzeitig die Abkühlung bzw. eine größere
oder geringere Kondensation des in der Leitung verbleibenden Restgases, welche um
so größer ist, je mehr die spezifischen Wärmen der Mischgasbestandteile auseinanderliegen.
Um diesen Vorteil namentlich für Kondensations-und Tiefkühlzwecke besser auszunutzen,
wird das Anschlußventil I, Abb. I, zweckmäßig an das obere Ende des Durchgangsgasometers
7 verlegt, damit das durch die vorhergehende Kompression erhitzte und deshalb leichtere
Gas von oben zufließen und den inzwischen durch Entspannung abgekühlten Teil der
vorhergehenden Ladung vor sich herschieben kann. Etwaige sich bildende Kondensate
werden durch den am Boden des Gasometers befindlichen Flüssigkeitsabscheider 5 abgezogen
und der gasförmig gebliebene Rückstand durch das Steigrohr 6 nach dem Auslaufventil
3 geleitet.
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Die in bekannter Weise am Steigrohr 6 vorgesehenen Querschnittsveränderungen
haben den Zweck, etwa mitgerissene Flüssigkeitsteilchen aus dem Gasstrom auszusondern
und ebenfalls nach dem Flüssigkeitsabscheider zurückzuführen.
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Bekanntlich verhalten sich die relativen Diffusionsgeschwindigkeiten
umgekehrt wie die Quadratwurzeln aus den Dichten der Gase. In einem gleichen Verhältnis
stehen die spezifischen Wärmen der Gase. Bei der Fortsetzung des Trennungsprozesses
im Durchgangsgasometer wird daher dem spezifisch kälteren, im Gasometer zurückgehaltenen
Gase auf Kosten seiner Temperatur von dem durchtretenden spezifisch wärmeren Gase
eine relativ größere Teilmenge von Wärme entzogen. als wenn das Mischgas unzersetzt
frei durch ein gewöhnliches Entspannungsventil entspannt wird.
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Da dieser Wärmeentzug - analog der Entziehung der Verdampfungswärme
von beispielsweise
flüssiger Luft durch den flüchtigeren und spezifisch
wärmeren Stickstoff in einer VÇ einholdschen Flasche - die Molekulargeschwindigkeft
des Rückbleibenden unter die Normaltemperatur des unzersetzten Gasgemisches herabsetzt,
so werden die, die Diffusionswand durchdringenden Gase um so weniger von ihrer geradlinigen
Strahlungsrichtung abgelenkt, je geringer ihre Dichte ist.
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Dieser Umstand wird hier dadurch als besonderes Trennmoment zu Hilfe
gezogen, daß der Diffusionswand gleichzeitig eine bestimmte Neigung gegeben wird.
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Wird nämlich, wie in Abb. 2 gezeigt ist, Mischgas oder das verdichtete
Restgas gegen eine schräge oder geneigte Wand aus Diffusionsmaterial 7 geleitet
bzw. geblasen, so werden die flüchtigeren Teile die Diffusionswand in ungebrochenen
Strahlen durchdringen, während die weniger flüchtigen Teile mehr oder weniger abgelenkt
werden. In der Zeichnung sind schematisch die flüchtigeren Teile mit Punkten, die
weniger flüchtigen mit Strichen bezeichnet.
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Wie der Augenschein - zeigt, - müssen die weniger flüchtigen Teile
in der Diffusionswand, abgesehen von ihrem verminderten Durchdringungsvermögen -
welches durch Wärníeentziehung, wie oben angeführt, noch weiter gemindert ist -
relativ einen viel längeren Weg zurücklegen, also einen viel größeren Widerstand
finden als die flüchtigeren. Das heißt, durch die Schrägstellung äußert sich die
baulich überall gleich starke Wand für die flüchtigeren und weniger flüchtigen Gasbestandteile
als verschieden dick.
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Damit wird in einfachster Weise der Zweck der Anlage erreicht, ohne
besonderen Materialaufwand und ohne kompliziertere Vorrichtungen das Entweichen
der weniger flüchtigen Gase noch weiter einzuschränken, wenn der Einfallwinkel der
Gasstrahlen kleiner als ein rechter Winkel ist.
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Um diesen Scheideprozeß auf einem längeren Wege durchzuführen, wird
die schiefe Wand zweckmäßig in Schlangenrohrform ausgeführt.
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Abb. 3 zeigt ein Teilstück8 dieser Ausführungsform, aus welcher ersichtlich
ist, wie das leichter flüchtige Gas auf dem ganzen Trenmvege mehr tangential durch
die Diffusionswand abgeschleudert wird als das flüchtige. Die Schlangenform hat
noch den Vorteil, daß man bei hinreichender Geschwindigkeit des Gasstromes auch
dessen zentrifugalen Kräfte wirksamer auslösen kann, welche das schneller fließende,
also spezifisch leichtere Gas ohnehin mehr nach der Peripherie drängen und dem schwerer
fließenden den Ausweg durch die Diffusionswand noch mehr versperren. Um dieses weitere
Trennmoment in den Prozeß mit einschließen zu können, wird eine Einströmungsdüseg
vorgeschaltet, um dem zuströmenden Gase eine möglichst hohe Austrittsgeschwindigkeit
zu erteilen.
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Schlangenrohre aus durchlässigem Material sind an sich bekannt. Indes
sind sie in den allermeisten Fällen nicht geeignet, dem Gasdruck des darin fließenden
Mediums widerstehen zu können; sie würden platzen oder mindestens Risse erhalten,
was die Trennwirkung aufhöbe.
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Dieser Nachteil wird dadurch behoben, daß sie in dem vorliegenden
Fall als Kühlrohre mit Gegendruck ausgeführt werden Dieser neue Gegendruckkühler
wird dadurch gebildet, daß man aus diffusionsfähigem, porösen u. dgl. Material hergestellte
Kühlschlangen in einen undurchlässigen Behälter einschließt, dessen Kühlflüssigkeit
unter einem Druck gehalten wird, welcher das eingebaute Schlangenrohr gegen die
Sprengung durch den inneren Gasdruck schützt. Die Ausführung der Erfindung ist in
Abb. 4 dargestellt. 9 ist die Einströmungsdüse, 10 ist der durchlässige Schlangenkühler,
I I der Kühlwasserbehälter, I2 dessen Dampfdom für die Aufsammlung der durch die
Diffusionswand der Schlange getretenen Gase, I3 die Ävasserdruckpumpe für die Zufuhr
von frischem Kühlwasser, 14 das belastete Austrittsventil des Überlaufwassers, 15
das Abflußrohr des Restgases, I6 das belastete Auslaßventil für das Restgas.
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So bietet die Erfindung die Möglichlceit, in besonders einfacher
und billiger Weise Wasserdampf und Kohlensäure aus Gichtgasen, Mondgasen, Wassergas
usw. abzuscheiden und dadurch deren Kalorienwerte zu erhöhen.
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Ein gleiches gilt, um nur ein Beispiel aus der physikalischen Chemie
anzuführen, für die Stickstoffgewinnung aus Sauerstoffverflüssigungsanlagen. Der
nach der Rückverdampfung der flüssigen Luft aus dem Apparat abfließende Stickstoff
enthält immer noch etwa 7 Prozent Sauerstoff und ist deshalb technisch wertlos.
Durch Anschluß eines solchen Entmischungskühlers kann noch ein größerer Teil der
Stickstoffe ohne Mehraufwand mechanischer Arbeit in teilweisem und vollkommenerem
Reinzustande gewonnen werden, namentlich, wenn man ihn in Fraktionen abscheidet,
also mehrerer dieser Entmischungskühler mit je gesonderter Stickstoffabführung hintereinander
schaltet.
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An Stelle der jetzt gebräuchlichen fraktionierten Destillation mittels
gegenseitiger Durchdringung von Gasen und Dämpfen kann ein solcher Schlangenkörper
auch direkt in den Verflüssigungsraum der Trennapparate eingebaut werden, so daß
die Mischgastrennung
durch Diffusion erfolgt. Desgleichen kann
die Befreiung der angesaugten Frischluft von Wasserdampf an Stelle chemischer Mittel
wie ätzkali usw. durch Diffusion erfolgen. Eine einfachere und billigere Ausführungsform
dieses Erfindungsgedankens zeigt Abb. 5. Diese Vorrichtung besteht lediglich aus
einem porösen usw, zylindrischen Rohr 17 mit durchbrochenen tellerförmigen Platten
I8, deren Durchbrechungen gegeneinander, wie Abb. 6 zeigt, versetzt sind. Hier findet
die Rotation und die Abscheidung der schneller fließenden in der gleichen Weise
statt wie in der technisch schwieriger herstellbaren Rohrschlange nach Abb. 4. 19
ist die Eintritts- und 20 die Austrittsöffnung.
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In allen Fällen, wo nur eine teilweise Entmischung des Gases verlangt
wird, wie beispielsweise bei der Anreicherung der Luft um wenige Sauerstoffprozente,
z. B. um Verbrennungsvorgänge in Feuerungen nicht mit allzuhoher Hitze durchzuführen,
kann dieser Ergänzungsteil des Scheidekompressors auch selbständig für Entmischungszwecke
verwendet werden. In diesem Fall kann er durch jede Luftpumpe und jeden Kompressor
beliebiger Konstruktion in Betrieb gesetzt werden.
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Eine vollkommene Scheideanlage setzt sich aber zusammen aus a dem
Scheidekompressor nach dem Hauptpatent, b dem Durchgangsgasometer, c den Entmischungssclllangen
mit einer beliebigen Anzahl von Fraktionen. Durch die Entspannung des im Kühler
oder Gasometer noch unter Druck befindlinien Restgases in einem Motor oder einer
Turbine kann in bekannter Weise ein Teil der aufgewendeten Verdichtungsarbeit zurticligewonnen
werden.
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PATENT-ANSPRUCEIE : I. Verfahren zum Trennen von Gas-und Gasdampfgemischen
nach Patent 360280, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Hauptpatent vorbehandelte
Gewisch durch Rohrleitungen oder Behälter geführt wird, deren durchlässige und gasabsorbierende
Wandungen den Durchtritt, besonders der Gase geringerer Dichte, gestatten.