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Verfahren zur Ausscheidung von4Wasserdampf Wenn ein Gasgemisch, beispielsweise
Luft, in die Hauptbestandteile: Stickstoff und Sauerstoff durch Verflüssigung und
Rektifikation zerlegt werden soll, dann ist es nötig, sie vorher von ihrem Feuchtigkeitsgehalt
weitgeliendst zu befreien, weil dieser sonst in der Zerlegungsapparatur ausfrieren
und dieselbe mit Reif verstopfen würde. Der Wasserdampf scheidet sich nach Maßgabe
der Kühlung aus, und zwar oberhalb dem Gefrierpunkt als Wasser und darunter in der
Regel in Form von Reif.
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Die Kühlung des zu zerlegenden Gasgemisches erfolgt bei größeren Anlagen
stets in zwei Stufen, in der ersten meist bis - 30° und in der zweiten dann bis
zur Verflüssigungstemperatur. Dabei wird im Tauseher der ersten Stufe (Vorkühlung)
die Feuchtigkeit bis auf einen kleinen Rest von etwa 0,3 g pro kg Gasgemisch (bei
Luft) ausgefroren, während der Rest erst in der zweiten Stufe sich abscheidet, was
nach einiger Zeit zur Verstopfung führt, die ein zu häufiges Auftauen der Zerlegungstemperatur
erforderlich macht. Dieses öftere Auftauen ist aber ein großer Übelstand, der sehr
unangenehm empfunden wird, weil damit eine Betriebsunterbrechung verbunden ist.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren, bei dem
.alle im Gasgemisch enthaltenen, oberhalb einer Temperatur von - So' ausfrierenden
Bestandteile ohne Betriebsunterbrechung ausgeschieden werden können.
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Die Feuchtigkeit des Gasgeinisches wird nun hier bis - 30° durch Berieselung
der Tauscherfläche mit Chlorcalcium oder sonstiger Lauge, die einen tiefen Gefrierpunkt
besitzt, von dieser, ohne zu gefrieren, aufgenommen und dann nachfolgend im Umschaltwechselbetrieb
von den Zerlegungsprodukten wieder aus der Lauge absorbiert. Hier findet also keine
Reifbildung statt, und eine Verstopfung ist daher nicht möglich.
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Von - 3o° abwärts bis -So' dagegen ist die Reifbil-dung unvermeidlich.
Hier soll dann der sich ansetzende Reif in bekannter Weise durch Ausblasen entfernt
werden.
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Die im Hauptpatent 4.g0 878 beschriebenen Kältespeicher werden zu
dieseln Behufe dergestalt in je zwei Hälften zerlegt, daß eine Hälfte für den Kältetausch
bis - 8o° außerhalb
der Zerlegungstemperatur angeordnet und nur
der andere Teil, welcher das Gasgemisch bis zur Verflüssigungstemperatur zu kühlen
hat, innerhalb des Isoliermantels derselben untergebracht wird. Die erste Hälfte
dieser Speicher bis -8o° Temperatur hat also ihr unteres Ende bei - So' und ist
nochmals in eine obere Zone von + 20° bis -30° und in eine untere von -
30' bis -So' unterteilt. Die obere Zone bis -30° wird mit Lauge berieselt,
die untere dagegen bleibt trocken und bereift sich daher.
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In der oberen Zone werden etwa 9o '11, des Wasserdampfes durch Kühlung
flüssig ausgeschieden und von der Lauge vorübergehend aufgenommen, der Rest (bis
auf kleine Spuren) setzt sich in der unteren Zone in Form von sehr lockerem Reif
ab, der von Zeit zu Zeit nach unten unter Druck ausg eblasen wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist auf beiliegender Zeichnung der Verlauf
des Verfahrens schematisch dargestellt.
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Innerhalb des Isoliermantels der Zerlegungsapparatur befindet sich
außer dem Trenner a noch die eine Hälfte der Kältespeicher f3 und f4 für Gebläseluft
sowie die Kältespeicher g3 und g4 für Druckluft. (Letztere sind nur im Grundriß,
Abb. 2, angegeben, im Schema, Abb. i, dagegen der Einfachheit halber weggelassen
worden.) Außerhalb der Zerlegungsapparatur ist dann die andere Hälfte der vier Kältespeicher
angeordnet. (In Abb. i sind ebenfalls nur zwei davon sichtbar.) Ein erster Teil
der Gebläseluft tritt durch das Umschaltventil h bei t' oben in den
Vorkühlspeicher f'' ein, der mit gewellten Blechstreifen gefüllt ist, kühlt sich
in diesem bis - 30° ab und tritt dann in die Abt. f ° über, wo sie bis - 8o° gekühlt
wird.
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Die Abt. f -t wird mit einer Lauge von atmosphärischer Temperatur
berieselt, um die Speicherfläche ständig zu benetzen. Die Lauge kühlt sich auf ihrem
Wege nach unten an .der Fläche des Speichereinsatzes ebenfalls bis - 30° ab und
wird dann mit Leitung i in einen Laugenkühler 1a geleitet, wo sie bis -'35° weiter
unterkühlt wird. Von da fließt sie unten in den Röhrentauschen m mit Leitung w,
strömt in diesem nach oben und tritt bei fit aus. Durch die Rohre o des Tauschers
in wird ständig ein zweiter Teil der Gebläseluft hindurchgeleitet, die mit etwa
2o° oben eintritt und unten den Tauscher mit 30° bei z, verläßt, während im Gegenstrom
dazu um die Rohre herum die kalte Lauge nach oben fließt und vom Gasstrom erwärmt
wird. Ein Teil der von der Pumpe-"' geförderten Lauge wird zusammen mit der Gebläseluft
durch den Röhrenaustauscher vi in zerstäubter Form durchgeleitet, um auch hier die
Reifbildung zu verhindern. Die Lauge wird unten mittels einer Abscheideeinrichtung
s vom Gasgemischstrom getrennt. Das Gasgemisch nimmt die Kälte der im Gegenstrom
außen um die Rohre durch die Tauscher nach oben fließenden Lauge auf und erwärmt
diese damit auf + i5°. Mit dieser Temperatur saugt nun die Laugenpumpe v' die Lauge
an, bringt sie auf 15 Atm. Druck und. fördert sie mit diesem Druck teils
in die Düsen p und p' der Abt. f1 und f', der Kältespeicher und teils in die Düse
p" des Röhrentauschers m, wo sie in dünnem Strahl austritt und auf Prallscheiben
qu und qu' bzw. qai' zerstäubt wird, um die Kältespeichereinsätze bzw. die Rohre
des Tauschers na zu berieseln.
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Diese Wiedererwärmung der Lauge unter Rückgewinnung des Kälteinhalts
derselben vor der Wiederverwendung zum Berieseln ist besonders wichtig, weil sonst
die von der Lauge aufgenommene Kälte verlorenginge, indem sie von den Zerlegungsprodukten
bei ihrem Austritt aus der Anlage mitgenommen würde.
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Die zerstäubte Lauge kühlt sich auf dem Wege durch die Tauscherrohre
auf - 30° ab und fließt dann mit der unten aus. dem Röhrentauscher m austretenden
Lauge durch die Kühlrohre einer Kältemaschine in den Nachkühler k, wird dort zunächst
bis - 35' gekühlt und im Tauscher m durch den Kältetausch finit dem zweiten
Teil der Gebläseluft auf + 15' wieder erwärmt, um mit dieserTemperatur von
der Laugenpumpe v' aufgenommen und den Düsen zugeführt zu werden. Der im Kältetausch
mit der Lauge im Tauscher@ifz gekühlte Teil der Gebläseluft wird abwechselnd den
Abt. f2 und f5 zugeleitet. Mit Ausnahme der Oberflächenkältev erluste und des durch
die unerläßliche Temperaturdifferenz für den Kältetausch bedingten Verlustes geht
somit hier keine Kälte verloren, weil der Prozeß thermisch völlig reversibel verläuft.
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Die im Kreislauf verkehrendeLaugenmenge ist so groß bemessen, daß
die Feuchtigkeitsaufnahme der im Kältespeicher befindlichen L augenmenge nur einen
Bruchteil ihres gesamten Wassergehaltes ausmacht, so daß die Konzentration der Lauge
dadurch nicht merkbar geändert wird. Die an den Flächen der Kältespeichereinsätze
haftende Lauge erhöht auch die Speicherkapazität; aber dies ist eine Nebenfunktion
der Laugenberieselung, die für den eigentlichen Kältetauschprozeß nicht von Belang
ist, weil sie in erster Linie der Verflüssigung des Reifes zu dienen hat. Der Laugenkreislauf
wird durch Umschaltung stets so geleitet, daß nur derjenige Kältespeicher mit frischer
Luft berieselt wird, durch den gerade Luft eingeleitet wird.
Das
Gasgemisch hat nun seine Feuchtigkeit in der Abt. f1 zu-in größten Teil abgegeben,
und diese wurde von der Lauge ohne Eisbildung aufgenommen.
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Nun wird das Gasgemisch in die Abt. f 2 des Kältespeichers geführt
und in dieser bis - So' gekühlt, wobei sich die restliche Feuchtigkeit als Reif
ausscheidet.
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Von da geht das Gasgemisch durch LeitUng q. in die Kältespeicherabteilung
f, wird in dieser bis zur Verflüssigungstemperatur gekühlt und im Trenner a zerlegt,
-%vährend die Gaszerlegungsprodukte durch die Kältespeicher f'' und g¢ herausgeleitet
werden, nachdem sie ihre Kälte in diesen bis - So' abgegeben haben.
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Das eine der beiden Zerlegungsprodukte, bei Luft beispielsweise der
Stickstoff, wird nun mit - So' durch Leitung 5 unten in die Abt. f' geleitet, gibt
in dieser die Kälte von -So' bis -30° ab und strömt dann in die Abt. fa,
nimmt in dieser Feuchtigkeit aus der Lauge auf und gibt seine restliche Kälte in
dieser Speicherabteilung vollends ab, worauf er die Anlage mit Feuchtigkeit gesättigt
bei t" verläßt, während der Sauerstoff durch die Speicherabteilung g6 und ge (Abb.
2) in der Uleichen Weise unter Feuchtigkeitsaufnahme herausgeleitet wird. Nach einigen
Minuten wird das Ventil h umgestellt, so daß jetzt die Gebläseluft durch die Kältespeicherabteilung
f° einströmt, in @di.eser entfeuchtet wird, ihren Weg über f5 nimmt, dort in Form
von Reif den restlichen Wasserdampf absetzt und über fl nach dem Trenner geleitet
wird, während der Stickstoff durch die Speicher fs, f2 und f' strömt und bei t'
mit Wasserdampf gesättigt austritt, den er in Abt./' wieder aufgenommen hat. In
den Abt. f 2 und f ' sammelt eich Reif aus dem restlichen Feuchtigkeitsgehalt des
Gasgemisches an und muß dann von dort entfernt werden.
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Das geschieht in bekannter Weise durch Ausblasen unter Druck.
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Ztt diesem Behufe werden die Speicher f2 un-l f` abwechselnd
und vorübergehend unter Y bis 3 Atm. Luftdruck gesetzt und dann die Klappen ii'
und ii' plötzlich geöffnet. Durch diese momentane Druckentlastung entsteht eine
so stärke Strömung in dieser Speicherabteilung, daß der Reif bei mehrmaliger Wiederholung
dieses Vorgangs fast restlos ausgeblasen wird.
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Dieses Ausblasen erfordert nur einige Minuten, worauf die Klappen
u und zi' wieder geschlossen bleiben, bis sich erneut Reif angesetzt hat.