DE624966C - Verfahren zur Herabsetzung des Kondensationsdruckes bei der Zerlegung der Luft durch Verfluessigung und Rektifikation - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herabsetzung des Kondensationsdruckes bei der Zerlegung der Luft durch Verflüssigung und Rektifikation Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Herabsetzung des _ Kondensationsdruckes bei der Zerlegung von Luft mittels Tiefkühlung und Rektifikation durch Verbesserung des Wärmeüberganges an dem -zwischen erster und zweiter Zerlegungsstufe befindlichen hondensatorverdampfer. der die Kondensation des unter Druck stehenden Stickstoffes in Wärmeaustausch mit dein verdampfenden - Sauerstoff bewirkt- Dieser Kondensatorverdampfer wird allgemein als Rohrbündel ausgebildet, das oben und unten in Rohrböden eingesetzt ist. Die Kondensation des Stickstoffes erfolgt zum mindesten zum größten Teil bei allen bisher bekanntgewordenen Ausführungen stets innerhalb der Rohre, welche außen von flüssigem Sauerstoff umspült werden. Diese Anordnung hat in den letzten zwei Jahrzehnten als die günstigste allgemein Einführung gefunden.
• Durch Versuche wurde gefunden, daß in unerwarteter Weise der \@-ärnieübergang im Kondensatorverdarnpfer beträchtlich verbessert und damit der Kondensationsdruck des Stickstoffes herabgesetzt wird, wenn die Verdainpfung des Sauerstoffes im Gegensatz zu, der bisher üblichen Arbeitsweise innerhalb (leg Rohre des Rohrbündels stattfindet, während die Kondensation des Stickstoffe: an der Außenwandung der Einzelrohre erfolgt. Die-Z, Er-ebills war keineswegs vorauszuselleil, (la die Wärmeübergangszahlen der Kondensation in den meisten Fällen gleich denen der Verdampfung sind und im vorliegenden Falle die Heiz- und Kühlflächen auf den beiden Seiten der Vorrichtung nahezu gleich groß sind.
• Es ist schon vorgeschlagen worden, den geringen Teil des am Fuße der oberen Säule verdampfenden Sauerstoffes, welcher als Endprodukt aus der "Zerlegungsanlage abgezogen \vird, innerhalb der Rohre einer durch den oberen Teil der Drucksäule geführten Schlange zu verdampfen. Die Hauptmenge des in der Drucksäule kondensierenden Stickstoffes wird iedoch bei dieser Arbeitsweise unter Entwiel:-lung der für die Rektifikation in der oberen Säule erforderlichen Dälupfe in der bisher Üblichen Weise innerhalb der Rohre eines Rollrbünclcls verflüssigt. welches sich in einem Bade flüssigen Sauerstoffes befindet. Hierbei wird keine Herabsetzung des Kondensatiolisdruckes erzielt, da nur ein kleiner Teil des. Stickstoffes an der Schlange verflüssigt wird, in der der Endproduktssanerstoft verdampft, so claß (las Gas am oberen Ende der Drucksäule auf jeden Fall unter so hohem Druck stehen muß, daß die Hauptmenge des Stii lcstofes sich innerhalb der Rohre des Kondensatorverdampfers üblicher Bauart verflüssigt. 1:s konnte daher bei dieser Arbeitsweise auch nicht die der rrhndu@lg zugrunde- lie-elide 1lcobaclitulig gcniacht @@-erdcn, daß der @-\'ür@ueü bergang verbessert wird, wenn inan die Verclampfung des Sauerstoffes innerhalb der Rohre eines Rohrbündels und die Ttondensation des Stickstoffes an ihrer AuLienwa n-1lung vorIiilllilit. - Eine Herabsetzung des Kondensationsdruckes läßt sich auf Grund dieser Beobachtung außerdem nur dann erreichen, wenn nicht nur ein Teil, sondern der , cy änden # ,esarnte Stickstoff an den Außenw; -on Rohren - kondensiert wird, innerhalb. derer flüssiger Sauerstoff siedet.
• Obgleich bei der bisherigen Ausführungs-,veise die ini Kondensatorverdampfer zur Wärmeübertragung erforderliche Temperaturdifferenz den gegenüber anderen- Verdanipfungsvorgängen ziemlich kleinen Wert von nur 3° betrug; ist eine weitere Verminderung von Bedeutung. Eine Temperaturdifferenz zwischen Kondensation und Verdampfung v oll 3 ° entspricht j e nach derReinheit des gewonnenen Sauerstoffes einer Erhöhung des Kondensationsdruckes von etwa o,6 bis 1,2 at, Durch die neuere Entwicklung auf dem Gebiete der Kältetechnik sind die bei der Vorkiihlung und -Rektifikation auftretenden Verluste und damit der für die Zerlegung notwendige Druck so stark herabgesetzt worden, daß eine Verbesserung des Wärmeüberganges am Kondensatorverdampfer-uni einige Zehntel Atniosphären schon eine Verringerung der Zerlegungsarbeit uln 5 beb 1o °/o ausmacht.
• Eine weitere Herabsetzung des Kondelisationsdruch-es läßt sich erfindungsgemäß dadurch bewirken, daß man die zu verdampfende Flüssigkeit in die Rohre des Kondensatorverdainpfers von unten eintreten läßt und für einen Unilauf der Flüssigkeit sorgt.
• Das Verfahren wird für zwei Ausführungsbeispielc an Hand der- schematischen I# ig. r und 2 näher erläutert.
• In Fig. 1 ist ein Verdanipferkondensator gemäß der Erfindung niit geraden Verdampferrohren dargestellt. Bei 2 ist die untere (Druck-) Säule eines zweistufigen Luftzerlegungsapparates angedeutet, während bei 3 sich die obere-Säule anschließt. Der von dem untersten Boden d. der oberen Säule ablaufende fleissige Sauerstoff wird durch die hohre 5 und 6 in den holirboden 7 unterhalb des Rohrbündels geleitet, von dein aus er in (las Innere der Rohre S eintritt. Die Rohre S «-erden außen von dein unter Druck stehenden glisförniigeii Stickstoff umspült, der sich an ihrer Außenwaiidtuigkondensiert unter gleichzeitiger Verdampfung des ini Innern <leg Rohre be hnclliclien flüssigen Sauerstoffes. Der Ulüssigkeitsstanddes Sauerstoffes wird zweckinäl3ig- so hoch gewählt, daß die \@erdampfer-"eite des Kondensatörverdampfers vollständig überflutet ist. Durch den seitlichen Zuflliß des fliissigcn Sauerstoffes durch das lZolir 6 und durch die in den Rohren t; aufsteigenden Dampfblasen \uird die verdampfende Flüssigkeit in lebhaftem Unilauf erhalten. wodurch der \\';irnicübcrgang aveiterhin verbessert wird.
• 1,ine (\\-as abweichende Au,führungsform ist in .hig. _ dargestellt. 1)ie Rohre des 1,#-ondens<ltorverclanipfers sind hier nicht gerade, sondern spiralförmig allfgelviclcelt, so claß verdampfende Flüssigkeit und kondensierendes Gas in Kreuzstrom zueinander geführt werden. Bei dein Kondensatorverdanipfer nach Fig. ? wird der flüssige Sauerstoff oben bei 1 eingeführt und sein Zulauf so eingestellt; däß er nach Durchlaufen der Rohre 3 gerade verdampft ist, so daß bei gasförmiger Sauerstoff eintritt. Der unter Druck stehende Stickstoff, der sich an der Außenseite der Rohre 3 verflüssigt, wird bei 4 gasförmig eingeführt-und bei 5 flüssig abgezogen: Diese Bauart des Verdampfers ist besonders dann vorteilhaft; wenn verdampfende Flüssigkeit und kondensierendes Gas keine einheitliche Zusammensetzung aufweisen, da dann sich längs des Verdainpferskondensators ein der Konzentrationsänderung auf beiden Seiten entsprechendes Temperaturgefälle ausbildet, wodurch der Kondensationsdruck in bekannter Weise leerabgesetzt wird.
• Die hondensatorverdainpfer gemäß der Erfindung sind in den- Zeichnungen lediglich schematisch dargestellt. - Es sind der ü``bersichtlicbkeit halber mir wenige Rohre gezeic@l, et; selbstverstiindlich @1@erde.n in der prakti-:-Ilen Ausführung eine große Anzahl enger Rohre für die Kondensation bzw. Ver- _ clampfung verwendet.
• Das Verfahren wurde voranstehend. in dein Beispiel der Zerlegung von Luft durch Tiefküblung und Rektifikation näher erläutert. Es läßt sich jedoch in gleicher Weise beider Zerlegung anderer Gasgeiniscbe durch Verflüssigung und Rektifikation zur .Herabsetzung des Kondensationsdruckes vertuenden, wobei dann (las zu verflüssigende Gas an Stelle des Stickstoffes und die in-i Wärmealfstauscli damit verdau ipfen<le fZlüssirkeit an Stelle des Sauerstoffes tritt.

Claims (1)

1. PAT.NTANSPRÜCHE: T. Verfahren zur Herabsetzung des Kondensationsdruckes bei der Zerlegung -von Luft durch Verflüssigung und Üektifikation in einer zweistufigen 12elctifil,:ationssäule, d11 adurchckennzeiclnlet, dal3 in dein zwischen erster und- zweiter Zerlegungsstufe angeordneten Kondensatorverdampfer die gesamte Verdampfung des flüssigen Sauerstoffes ein Innern der. Rohre eines Rohrbündels stattfindet, wiihrend die gesamte Kondensation <los unter Druckstehenden Stickstoffes an der Außenwandung der Rohre erfolgt. =. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß der zu verdampfende flüssige Sauerstoff in an sich bekannter Weise von unten in die Rohre des Kondensatorverdampfers eingeführt und in an sich bekannter Weise in Umlauf gehalten wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Kondensatorverdampfers in an sich bekannter Weise spiralförmig gewickelt sind.