DE386694C - Verfahren zur Trennung des Sauerstoffs und Stickstoffs in Gasgemischen, die hauptsaechlich aus Sauerstoff und Stickstoff bestehen - Google Patents
Verfahren zur Trennung des Sauerstoffs und Stickstoffs in Gasgemischen, die hauptsaechlich aus Sauerstoff und Stickstoff bestehenInfo
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Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AI 14. DEZEBIBER 1923
REICH S PATENTAMT
PATENTSCHRIFT
KLASSE 17g GRUPPE 2
(Z 12223
Michel Zack in Zürich, Schweiz.
Verfahren zur Trennung des Sauerstoffs und Stickstoffs in Gasgemischen,
die hauptsächlich aus Sauerstoff und Stickstoff bestehen.
Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund
der Anmeldung in der Schweiz vom 15. Oktober 1919 beansprucht.
Die Erfindung 'betrifft ein Verfahren zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff und
eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Sie kann bei Gasgemischen angewendet
werden, die in der Hauptsache aus
Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Das Verfahren beruht auf der Verschiedenheit der
Dichten, der Verflüssigungspunkte und der magnetischen Eigenschaften der genannten
Gase.
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Die Verschiedenheit der Dichten würde es erlauben, die erwähnten Gase zu trennen, indem
man das Gasgemisch mit großer Geschwindigkeit rotieren lassen würde. Durch üese Rotation würde das schwerere Gas, d.h.
der Sauerstoff, gegen die Peripherie geschleudert, das leichtere aber, d. h. der Stickstoff,
würde sich nächst der Rotationsachse ansammeln.
ίο Praktisch jedoch kann durch eine Rotation
allein kein nennenswertes Resultat erzielt werden, da dieselbe zu schnell vor sich gehen
müßte.
Um die Differenz zwischen den Zentrifugalkräften, welche auf die beiden Gase wirken,
zu vergrößern, wird mit Erfolg die Verschiedenheit ihrer Verflüssigungspunkte verwendet,
indem man den Teil des Gasgemisches, der sich an der Peripherie befindet, energisch abkühlt. Da der Sauerstoff sich
schon bei höherer Temperatur als der Stickstoff verflüssigt, so wächst bei Abkühlung bis
zum Verflüssigungspunkt de> Sauerstoffs die
Differenz der Dichten beider Gase. Dadurch wird auch die Differenz zwischen den Zentrifugalkräften
erhöht, so daß die Trennung 1 eider Gase leichter erfolgen kann.
Trotzdem ist die Differenz zwischen den Zentrifugalkräften beider Gase noch nicht genügend,
um Sauerstoff und Stickstoff praktisch zu trennen und deshalb werden noch andere
Mittel angewendet, um genügend große Zentrifugalkräfte zu erzeugen.
Durch die Ausnutzung der magnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs bei tiefen Temperaturen
kann die Zentrifugalkraft dieses Gases beträchtlich gesteigert werden, so daß dieselbe viel größer als diejenige des Stickstoffs
gemacht werden kann. Zu diesem Zweck wird ein ungleichförmiges, rotierendes, magnetisches Feld von konstanter
Winkelgeschwindigkeit erzeugt, und /.war wird entweder ein Kreisring, welcher '
mit (Elektro-) Magneten versehen ist, in Rotation gebracht — in diesem Falle kann '
Gleichstrom verwendet werden —, oder es wird durch Drehstrom ein Drehfeld erzeugt.
Es ist bekannt, daß paramagnetische Körper den Stellen zustreben, wo die magneti- !
sehen Kraftlinien am dichtesten sind, und daß für diamagnetische Körper das Gegenteil der
Fall ist. Man kann das magnetische Kraftfeld so lagern, daß der Sauerstoff, welcher
paramagnetisch ist, der Peripherie zustrebt, während der Stickstoff als schwach diamagnetischer
Körper, welcher von dem magneti- j tischen Kraftfeld wenig beeinflußt wird, der !
Achse des Ringes zustrebt.
Die Form der Magnete kann z. B. so gewählt werden, daß ein kreisförmiger Ring ;
am inneren Umfang mit Magneten versehen < ' ist in der Weise, daß die magnetischen Kraftlinien
parallel seiner Achse verlaufen, und daß ihre Dichte von Null bis zu einem Maximum
sich abwechselnd ändert. Der Raum zwisehen dem Nord- und dem Südpol müßte
lurch ein Glimmerscheibchen bedeckt werden, um zu verhüten, daß der Sauerstoff in
diesen Raum eindringt.
Durch die Abkühlung des Gasgemisches 7" während der Rotation wird die magnetische
Empfindlichkeit des Sauerstoffs vergrößert und folglich die Wirkung der magnetischen
Kraft erhöht.
Aus dem Vorhergehenden geht hervor, daß durch die Anordnung eines starken ungleichförmigen,
rasch rotierenden, magnetischen Feldes und einer gleichzeitigen Abkühlung des Gasgemisches der Sauerstoff und der
Stickstoff voneinander getrennt werden können, ohne das Gasgemisch in eine raschere
Rotation zu versetzen als die des magnetischen Kraftfeldes.
Das Verfahren, welches den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet, besteht demnach
in der Anwendung eines (elektro-) magnetischen, ungleichförmigen, rotierenden Kraftfeldes, welches genügend stark ist, um
den Sauerstoff eines Gasgemisches wenigstens teilweise mitzunehmen, wobei das Gasgemisch
an der Peripherie, wo es hauptsächlich Sauerstoff enthält, energisch gekühlt wird,
so daß der Sauerstoff und der Stickstoff durch die Wirkung der Differenz der auf sie
wirkenden Zentrifugalkraft getrennt werden.
Um das Gasgemisch, bevor es von dem Kraftfeld mitgenommen wird, zweckmäßigerweise
abzukühlen, kann man das Gasgemisch expandieren lassen, und zwar derart, daß die
Expansion dazu dient, demselben eine Rotationsbewegung zu erteilen, damit es leichter
vom rotierenden Kraftfelde mitgenommen wird.
Die Erfindung kann am besten erklärt werden auf Grund eines Beispiels, das eine Vor- i°5
richtung darstellt zur Ausübung des Verfahrens. Abb. ι und 2 stellen ein solches Beispiel
dar. Es bezeichnet:
ι einen Elektromotor, 2 eine Turbomaschine, welche hier ganz schematisch darge- no
stellt ist und im allgemeinen aus einer Reaktionsturbine, verbunden mit Ausströmungsdüsen 3 besteht, 4 einen rotierenden Ring mit
den Elektromagneten 4/ und einem Hohlraum 5, 6 den Eintritt des Gasgemisches, "5
die Turbinenwelle, 8 eine rotierende Leitvorrichtung mit einer hohlen Welle 9, 10
einen zweiten rotierenden Ring mit den Elektromagneten 10', 11 einen zweiten Elektromotor,
12 den Austritt für den gasförmigen Sauerstoff, 12' den Austritt für den flüssigen
Sauerstoff und 13 den Austritt für den
Stickstoff, 14 ein periodisch wirkendes" Einlaßventil,
ganz oder teilweise schließend, 15 ein periodisch wirkendes Auslaßventil, ganz
oder teilweise schließend (die beiden Ventile werden durch bekannte, in der Zeichnung
nicht dargestellte Vorrichtungen betätigt), 16 ein Zuführungsrohr, durch das der Hohlraum
des Ringes 4 mit flüssigem Gas (Luft) gefüllt wird, versehen mit einem Rohr 17 für
die Förderung des verdampfenden Gases durch den Austritt 3 der Turbomaschine 2, 18 ein Zuführungsrohr, durch das der Hohlraum
des Ringes 10 mit flüssigem Gas (Luft) gefüllt wird, 19 ein Rohr zur Fortleitung des
verdampfenden Gases. Der Rotor des Elektromotors ι und die Turfcomas chine 2 sind
auf der Welle 7, mit welcher der Ring 4 durch die Speichen 20 verbunden ist, montiert. Ähnlich
sind der Rotor des Elektromotors 11 und
die Turbomaschine 8 auf der Welle 9, mit welchen der Ring 10 durch die Rippen 21 verbunden
ist, montiert. Die Hülle, welche die - beweglichen Teile des Apparates einschließt,
ist mit 22 bezeichnet. Die Arbeitsweise des Apparates ist folgende:
Die Turbomaschine 2 und der Ring 4 werden durch den Elektromotor 1 in Drehung
versetzt; die Leitvorrichtung 8 und der Ring 10 werden durch den Elektromotor 1 r mit
größerer Geschwindigkeit gedreht. Das vorgekühlte Gasgemisch tritt in die Turbomaschine
2 durch den Eintritt 6 unter einem gewissen Druck ein und kühlt sich durch die stattfindende Expansion noch mehr ab. Das
kalte Gasgemisch verläßt die Turbomaschine mit einer, gewissen Geschwindigkeit, deren
eine Komponente tangential zur Umfangsgeschwindigkeit der Turbomaschine und die andere
parallel zur Achse 7 gerichtet ist. Die Ausströmdüsen 3 der Turbomaschine sind so
verteilt, daß das Gasgemisch in bezug auf 'den Ring immer an derselben Stelle austritt. Die
Zentrifugalkraft, welche auf den Sauerstoff oder zum mindesten auf den sauerstoffreichereri
Teil des Gemisches wirkt, ist viel größer als diejenige, welche auf den Rest desselben
wirkt, so daß der erstere an der Peripherie sich ansammelt, wo er durch die Magnete 4
mitgenommen wird. Der Stickstoff tritt dagegen in die rotierende Leitvorrichtung 8 ein,
was dadurch noch erleichert wird, daß zwischen dem Druck der im Innern des Apparates
herrscht, und demjenigen in der hohlen Welle 9, weiche mit einem Raum niedrigeren
Druckes verbunden ist, ein gewisser Druckunterschied besteht. Dasjenige Gemisch, welches
eines Teiles des Stickstoffs durch die Magnete 4 schon .entledigt wurde, tritt dann
in die nächste Kammer, wo der Ring 10 sich befindet, ein.
Um diesem Gemisch au ermöglichen, den Riing 4 zu verlassen, wird der Strom der Elektromagnete
4' periodisch unterbrochen. Während dieser Unterbrechung tritt das sauerr
stoffreiche Gemisch in die Kammer mit dem Ring 10, welcher mit einer anderen (größeren)
Geschwindigkeit als der Ring 4 rotiert, da seine Bewegung durch den Elektromotor
11 unterhalten wird.
Durch die Errichtung mehrerer Kammern kann der gewünschte Grad der Reinheit des
Sauerstoffgehalts erhalten werden. Der Stickstoff enthält dann sehr wenig Sauerstoff.
Um den Eintritt des sauerstoffreicheren Gemisches in die Leitvorrichtung 8 zu verhüten,
werden die Ein- und Auslaßventile 14 und 15 vollständig oder teilweise mittels Relais
während der Unterbrechung des Stromes geschlossen, da sonst durch zu energisches
Nachblasen der Sauerstoff überall hin weggeblasen werden könnte, was verhindert werden
muß.
Das sauerstoffreichere Gemisch bzw. der Sauerstoff tritt durch 12 und 12' aus, und
zwar der gasförmige Teil durch 12 und der verflüssigte durch 12'. Das stickstoffreichere
Gemisch bzw. der Stickstoff tritt durch die hohle Welle 9, das Ventil 15 und 13 aus.
j Das flüssige Gas (Luft), welches zur Abkühlung des Ringes 4 dient, tritt in den Hohlraum S durch das Zuführungsrohr 16 ein und das verdampfte wird durch das Rohr 17 in die Ausströmdüsen 3 der Turbomaschine eingeführt.
j Das flüssige Gas (Luft), welches zur Abkühlung des Ringes 4 dient, tritt in den Hohlraum S durch das Zuführungsrohr 16 ein und das verdampfte wird durch das Rohr 17 in die Ausströmdüsen 3 der Turbomaschine eingeführt.
Das flüssige Gas (Luft), welches zur Abkühlung des Ringes 10 dient, tritt in den
Hohlraum desselben durch das Rohr 18 und das verdampfte wird durch das Rohr 19
abgeführt.
Es ist ohne weiteres klar, daß dasselbe Verfahren auch zur Trennung anderer ähnlicher
Gemische, z. B. von N und N O, dienen kann.
Der größte Nachteil der bekannten Apparate zur Gewinnung von Saiuerstoff besteht in
ihren beträchtlichen Abmessungen. Dieselben sind derart, daß schon ein mittlerer Betrieb
eine Sauer stoff anlage nicht gut bei sich einrichten kann und daher Sauerstoff in Flaschen
beziehen muß, trotz der hohen Transportkosten, der Leihgebühr und der Verluste (leere Flaschen), die mit dem Transport verbunden
sind. Es wurde daher schon seit längerer Zeit versucht, einen Apparat zu konstruieren,
welchen die zu zerlegende Luft mit großer Geschwindigkeit durchströmt, wodurch auch kleine Abmessungen desselben erreicht
werden könnten. Es liegt auf der Hand, zu diesem Zwecke dieLuft direkt durch Zentrifugie-·
rung in ihre Bestandteile zu zerlegen. Aber es läßt sich leicht nachweisen, daß es prak- iao
tisch· unmöglich ist, die Luft weder in gasförmigen, noch in flüssigen Zustand durch
einfache Zentrifugierung zu zerlegen; es muß noch eine zusätzliche Kraft angewendet werden,
um die Wirkung der Zentrifugalkräfte zii vergrößern. Diese Kraft muß zweckmäßigerweise
so beschaffen sein, daß sie auf den einen Bestandteil (Sauerstoff) wirkt, auf den
anderen aber (Stickstoff) entweder gar nicht oder in entgegengesetztem Sinne. Eine solche
Kraft ist der Magnetismus, da bekanntlich
ίο Sauerstoff paramagnetisch, der Stickstoff
überhaupt fast gar nicht magnetisch ist. Es muß sogleich bemerkt werden, daß durch ein
stationäres und gleichförmiges, noch so starkes Feld irgendeine Wirkung nicht erzielt
werden kann: 1. durch ersteres nicht, weil die Aufnahmefähigkeit des Sauerstoffs zu gering
ist und 2. durch zweites nicht, weil die paramagnetischen Körper nur in der Richtung der
steigenden Dichte der Kraftlinien sich be-
ao wegen. Es wiri daher dn vorliegender Erfindung
ein ungleichförmiges, rotierendes, magnetisches Feld angewendet in der Weise, daß
der Sauerstoff auch der Wirkung einer Zentrifugalkraft unterworfen wird; unter dem
as Einfluß der gleichzeitigen Wirkung der magnetischen
Kraft und der Zentrifugalkraft wird er von dem Stickstoff getrennt. Um die Wirkung dieser Kräfte noch zu vergrößern,
wird das Luftgemisch zweckmäßigerweise stark abgekühlt, derart, daß zunächst sich
hauptsächlich Sauerstoff verflüssigt (vorgängige Verflüssigung), wodurch einerseits
seine magnetische Aufnahmefähigkeit bedeutend vergrößert wird und. andererseits der
Unterschied der Zentrifugalkräfte (zwischen derjenigen des flüssigen Sauerstoffs und derjenigen
des gasförmigen Stickstoffs) ganz gewaltig steigt.
Zu bemerken ist noch, daß der hauptsächlichste Vorteil des vorliegenden Verfahrens darin besteht, daß, wie bereits anfangs angedeutet wurde, die entsprechende Vorrichtung außerordentlich kleine Abmessungen hat, wodurch der Sauerstoff auch in kleinen Betrieben an Ort und Stelle hergestellt werden kann, so daß der Gebrauch der Flaschen wegfällt.
Zu bemerken ist noch, daß der hauptsächlichste Vorteil des vorliegenden Verfahrens darin besteht, daß, wie bereits anfangs angedeutet wurde, die entsprechende Vorrichtung außerordentlich kleine Abmessungen hat, wodurch der Sauerstoff auch in kleinen Betrieben an Ort und Stelle hergestellt werden kann, so daß der Gebrauch der Flaschen wegfällt.
Claims (7)
- Patent-Ansprüche:i. Verfahren zur Trennung des Sauer-Stoffs und Stickstoffs in Gasgemischen, die hauptsächlich aus Sauerstoff und Stickstoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch der Einwirkung eines rotierenden, ungleichförmigen, magnetisehen Kraftfeldes ,unterworfen wird, in dessen Mitte das Gasgemisch eingeführt wird und das eine Zentrifugalkraft von größererer Intensität für den Sauerstoff als für den Stickstoff erzeugt, so daß der Sauerstoff an die Peripherie geworfen und somit vom Stickstoff getrennt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch, während es der Einwirkung des magnetisehen Feldes unterworfen wird, gleichzeitig energisch abgekühlt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch, bevor es der Einwirkung des magnetischen Feldes unterworfen wird, in Umdrehung versetzt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch, bevor es der Einwirkung des magnetischen Feldes unterworfen wird, durch Expansion abgekühlt wird.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Anordnung mindestens eines hohlen Ringes (4), der mit kaltem flüssigen Gas gefüllt ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehung des magnetischen Feldes durch die Umdrehung des die Magnete tragenden Ringes (4') bewirkt wird.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehung des magnetischen Feldes ohne Umdrehung des die Magnete tragenden Ringes erfolgt.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH152643X | 1919-10-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE386694C true DE386694C (de) | 1923-12-14 |
Family
ID=4407693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEZ12223D Expired DE386694C (de) | 1919-10-15 | 1921-03-30 | Verfahren zur Trennung des Sauerstoffs und Stickstoffs in Gasgemischen, die hauptsaechlich aus Sauerstoff und Stickstoff bestehen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE386694C (de) |
GB (1) | GB152643A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT514606A4 (de) * | 2013-06-27 | 2015-02-15 | Fuchs Alfred Dipl Ing | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung eines verflüssigbaren Gasgemisches |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3277631A (en) * | 1962-11-28 | 1966-10-11 | Soudure Electr Autogene | Process and apparatus for separation of a gas mixture |
DE2518201C3 (de) * | 1975-04-24 | 1979-03-15 | Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt | Vorrichtung zum Trennen von Gasgemischen in Bestandteile unterschiedlicher Molekülmassen |
WO2005015099A1 (en) * | 2003-08-06 | 2005-02-17 | Hannibal Harutyunyan | Method of gas liquefaction and plant of its realization |
CN111729337B (zh) * | 2020-05-21 | 2022-02-11 | 浙江大学 | 一种强化低温精馏分离的旋转磁场装置及精馏塔 |
-
1920
- 1920-09-03 GB GB25423/20A patent/GB152643A/en not_active Expired
-
1921
- 1921-03-30 DE DEZ12223D patent/DE386694C/de not_active Expired
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT514606A4 (de) * | 2013-06-27 | 2015-02-15 | Fuchs Alfred Dipl Ing | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung eines verflüssigbaren Gasgemisches |
AT514606B1 (de) * | 2013-06-27 | 2015-02-15 | Fuchs Alfred Dipl Ing | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung eines verflüssigbaren Gasgemisches |
US9933208B2 (en) | 2013-06-27 | 2018-04-03 | Alfred Fuchs | Method and apparatus for separating a liquefiable gas mixture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB152643A (en) | 1921-03-10 |
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