DE459349C - Verfahren der Gasverfluessigung mittels Drosselung und Gegenstrom-Waermeaustausches mit doppeltem Kreislauf - Google Patents

Description

• Verfahren der Gasverflüssigung mittels Drosselung und Gegenstrom-Wärmeaustausches mit doppeltem Kreislauf. Die vorliegende Erfindung bezweckt die w@irmewirtschaftlich vorteilhafteste Ausgestaltung der Gasverflüssigung durch Drosselung und Gegenstrom-Wärmeaustausch, wie sie zuorst L iii d e angegeben hat (Patent 88 82,1).
• Bekannt ist, daß der Arbeitsaufwand für die Gewichtseinheit verflüssigten Gases durch Anwendung des sogenannten :,doppelten Kreislaufes« gegenüber dem einfachen Kreislauf wesentlich herabgesetzt werden kann.
• Beim doppelten Kreislauf ist noch das Verli:iltnis der von den beiden Verdichtern zu fördernden Menge, nachdem die anzuwendenden Drücke festgelegt sind, frei wählbar und von großem Einfluß auf den gesamten Energiebedarf. .
• Es bezeichnet i, den spezifischen Wä rmeinlialt des Gases bei Umgebungstemperatur und dem Saugdruck des Niederdruckverclichters, i., den spezifischen Wärmeinhalt des Gases bei Umgebungstemperatur und 1Mitteldruc k, i.] den spezifischen Wärmeinhalt des Gases bei Umgebungstemperatur und Hochdruck, i; den spezifischen Wärmeinhalt des flüssigen Gases unter dein Entnahmedruck find der dazugehörigen Sättigungstemperatur. t, den Flüssigkeitsgehalt des feuchten Gasclampfes nach dem zweiten Drosseln, m das (Gewichtsverhältnis des vom Niederdruckverdichter zu dem vom Hochdruckverdichter geförderten Gases, das sogenannte Fönlerverhä ltnis. Dann lautet die vom Erfinder aufgestellte Hauptgleichung des doppelten Kreislaufes: Die aufzuwendende Verdichterarbeit wird nun desto kleiner, je größer y wird, und die Regelung des Förderverhältnisses kann gemäß G=leichung r das -Mittel dazu bieten.
• Nach vorliegender Erfindung soll also zur Ausmittelung der wärmewirtschaftlich günstigsten Arbeitsweise folgendermaßen vorgegangen werden.
• Nachdem die Drücke p., und p, gewählt sind, erfolgt die Bestimmung der übrigen GröVien an Hand eines i-p-Schaubildes; ein salches ist in der beiliegenden Zeichnung rein schematisch dargestellt: die geschwungenen Kurven stellen Isotliermen, die wagerechten Linien Drosselkurven (Linien gleichen Wärmeinhaltes), die Senkrechten Linien gleichen Druckes dar, außerdem ist noch die Umkehrlinie der Drosselwirkung (differentiale Inversionskurve) gestrichelt und die Grenzkurve stark ausgezogen zur Darstellung gebracht.
• Man stellt zunächst fest, wie weit man mit der Temperatur Th vor dem ersten Drosselventil heruntergehen kann, mit Rücksicht darauf, daß beim Drosseln noch ein für den Wärmeaustausch eben hinreichender Temperaturiibfall T4-T5 eintritt: keinesfalls darf man also bis in das Gebiet heruntergehen, wo die Drosselwirkung wieder in I:r\v:irinung umschlägt (Punkt o) ; die d i f f e r e:n t i a 1 c:Urnkehrlinie darf man wohl ül?t#rsrhreiten, nicht alter die, i n t e g r a 1 e für den in Frage komntenden Mitteldruck. Hat man so denM'.ärmeinhalt bei der Drosselteig i; = i ; gefunden, so verlängert mau die Linie #leicli-en -\j'ärmeinhaltes his zum Schnitt finit der Linie des Entnahmedruckes, also im allgemeinen der Atmosphärenlinie >>t. Aus d:-niVerhältnis der Entfernung dieses Schnittptailztes von derb eigen Ästen der Grenzkurve hestimint sich in bekannter Weise: Auf diese Weise ist das gröl.',tmöglichc@@ cirnittelt. Sollte unter bestimmten Verhältnissen, die für Luft allerdings kaum je in Frage korimen werden, Punkt 6 unterhalb von zti lieo-en lcoinnicn, so ist y natürlich gleich i ztt setzen. In diesem Falle würde inan mit 1. und 5 bis zur Höhe von - wieder herauf--ehen, wofern nicht die h=.unahmc untergekühlter Flüssigkeit erwünscht ist.
• Physikalisch gesprochen läuft also das Verfahren darauf hinaus, die Mitteldruckflüssiglzcit an Stelle 5 möglichst unterkühlt zu erhalten und dadurch die Wiederverdampfunb beim zweiten -Drosseln inüglichst hintanzuhalten, während nach den bisherigen Verfahren darauf nicht geachtet wurde. Punkt 5 also höher lag, etwa bei ia, wodurch Punkt 6 nach 14 rückt, also erheblich ungünstiger ziCliegen kommt.
• Hat matt so den größtniögliclicii Wert vony bestimmt, so setzt man die. aus dem Schaubild bekannten Werte der '\Värmeinhalte für die: verschiedenen Zustände in Gleichung i ein und bestimmt so das Förderverhältnis der Veidichternz. Der Niederdruckverdichter muß also für jedes Kilogramm flüssiges Endprodukt i , der Hochdruckverdichter i ^ kg i 17I # 7 zwischen den gewählten Drücken fördern; <furch Multiplikation mit der verlangten Stundenleistung der Anlage bestimmt sich dann die Größe der Maschinen- Ebenso entnimmt inan dem Schaubild die im Gegenströmer auszutauschenden '\@"ärinemengen und die an jeder Stelle wirksamen Temperaturdiffereaizen, so daß man also die nötigen Austauschflächen berechnen kann. Wenn alle diese Größen in der angegebenen Weise zueinander passend gewählt werden, so gewährleistet dies, daß die angestrebte Unterkühlung der Mitteldruckflüssigkeit tatsächlich erreicht wird.
• Wird eine Hilfskühlung sogenannte Vorkühlung) durch eine Kaltdampfmaschine oder auf andere Weise angewandt, so sind für fit, i,,, i3 nicht die Werte für Unigebungstempcratur, sondern die für die tiefste: Vorkühlungstempcratur einzusetzen.
• Hat man die Größe der Maschinen und Apparate vorläufig ermittelt, so können die Verluste auf folgende Weise berücksichtigt werden: - Ein Kälteverlust entsteht dadurch, daß die Abgase den Gegenströrner nicht mit der Temperatur der eintretenden Gase verlassen können, sondern daß wegen des Wärmeüberganges eine Temperaturdifferenz 0 t zugelassen werden muß.' Für jedes Kilogramm austretendes Gas ergibt sich somit ein Austrittsverlust von (3). . .......... a- cr#At.
• Aus der vorläufig ermittelten Größe des Apparates, der Temperaturverteilung und den Eigenschaften der vorzusehenden Isolierung kann man ferner den IEinstrahlungsvexlust mit einiger Sicherheit errechnen; indem man die in der Zeiteinheit eingestralilte Wärmemenge E durc:li die nach vorläufiger Rechnting vorn Hochdruckverdichter zu fördernde Gasmenge dividiert, erhält man den auf i kg gefördertes Gas bezogenen Einstrablungsverlus@ e.
• An Stelle von Gleichung I tritt nun: Es wird in den meisten Fällen nicht nötig seil, mit den so errechneten Werten nochleine weitere \Täherungsrechnung vorzunehmen.
• - Ebenso wie zur reinen Verflüssigung äst das Verfahren anwendbar, wenn ein Gasg-eniisch durch. Verflüssigung und anschließende Rektifikation oder fraktionierte Verdampfung oder durch fraktionierte K'o'ndensation getrennt und der eine Bestandteil flüssig entnommen werden soll. Nur hat es dann natürlich keinen Zweck, y größer zu machen als den im Gemisch vorhandenen Bruchteil des gewünschten Bestandteiles (bei Erzeugttib flüssigen Sauerstoffes aus Luft z. B. o,21, falls die Trennvorrichtung eine quantitative Trennung ermöglicht, entsprechend weniger oder mehr, je nachdem, ob der abziehende Stickstoff oder der entnommene Sauerstoff unrein ist),

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren der Gasverflüssigung mittels Drosselung und Gegenstrom-Wärmeaustausches mit doppeltcmKreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderv"erli;iltnis der Verdichter den Wert hat - wobei bedeutet: il den spezifischen Wärmeinhalt des Gases bei Umgebungstemperatur und dem Saugdruck des liederdruckverdichters, i.> den- spezifischen Wärmeinhalt des Gases bei Umgebungstemperatur und Mitteldruck, i; den spezifischen Wärmeinhalt des Gases bei Umgebungstemperatur und Hochdruck, i; den spezifischen Wärmeinhalt des flüssigen Grases unter dem Entnahmedruck und der dazugehörigen Sättigungstemperatur, a den Austritts\-erlust für jedes Kilogramm Gas, e den Ei.nstrahluttgsverlust für jedes Kilogramm Gas und y."., den durch die Lage der Inversionskurve bedingten größtmöglichen Flüssigkeitsgehalt des feuchten Dampfes nach dem zweiten Drosseln -, und daß außerdem die Wärmeaustauschflächen des Gegenströmers mindestens so groß bemessen sind, daß das zu verflüssigende Gas vor der Hochdruckdnosselstelle sich bis unmittelbar an die integrale Grenzkurve für den betreffenden Mitteldruck abkühlt.