DE643119C - Verfahren zur Herstellung fester Kohlensaeure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung fester Kohlensaeure

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DE643119C
DE643119C DEM128849D DEM0128849D DE643119C DE 643119 C DE643119 C DE 643119C DE M128849 D DEM128849 D DE M128849D DE M0128849 D DEM0128849 D DE M0128849D DE 643119 C DE643119 C DE 643119C
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DEM128849D
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50Carbon dioxide
    • C01B32/55Solidifying

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung fester Kohlensäure Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fester Kohlensäure in dichten Blöcken so--wie auch Gefrierzellen für diesen Zweck.
  • Gemäß der Erfindung wird gasförmige Kohlensäure in eine Zelle bei einen! Druck oberhalb des Tripelpunktdruckes eingeleitet,' während die innere Oberfläche der Gefrierzelle durch äußere Kühlung auf einer Temperatur gehalten wird, die von oben nach unten abnimmt, und zwar von einer Temperatur oberhalb der Gefriertemperatur bis zu einer Temperatur, die unterhalb dieser liegt.
  • Wenn Kohlensäure in den oberen Teil einer Gefrierzelle mit einer Temperatur oberhalb des Verflüssig-ungspunktes und bei einem bruck oberhalb des Tripelpunktdruckes eingeleitet wird und wenn die innere Oberfläche der Zellenwan-d auf einer Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur, aber im oberen Teil oberhalb der Gefriertemperatur gehalten wird, so kondensiert die Kohlensäure als Tau auf der Oberfläche der Zellenwand, bildet Tropfen, fließt an der Wand herab und sammelt sich im unteren Teil. Wenn nun überdies die Temperatur der Zellenwand im unteren Teil unterhalb der Gef ri-ertemperatur liegt, so gefriert die sich samnielnde flüssige Kohlensäure zu einem dichten Eisblock, also nicht etwa zu Schnee. Dadurch, daß man den Druckder Kohlensäure nur wenig oberhalb des Tripelpunktdruckes hält, läßt sich der Unterschied zwischen der Verflüssigungstemperatur und der Gefriertemperatur klein halten, im Maximum beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 6'. Gegebenenfalls kann die Gefriertemperatur in solchem Falle angenähert die Temperatur des Tripelpunktes sein.
  • Das bekannte Verfahren zur Herstellung fester Kohlensäure, bei dem hochkomprimierte Kephlens5,lire durch Expansion auf Gefriertemperatur abgekühlt wird, liefert lediglich Kohl#ensäureschnee, aber kein zusammenhängendes Eis. Soweit bereits vorgeschlagen wurde, flüssige Kohlensäure in Fermgefäßen zu sammeln und bis zum Erstarren abzukühlen, führt auch dieses Verfahren nicht zu festen Eisblöcken. Denn die starke Volumenabnahme der Kohlensäure beim Gefrieren läßt zahlreiche Poren, Sprünge und größere Löcher im Eis entstehen. Kühlt man aber die gasförmige Kohlensäure bei so niedrigem Druck auf Gefriertemperatur ab, daß sie aus dein gasförnrigen Aggregatzustand unmittelbar in den festen Zustand-Übergeht, so entsteht ebenfalls nur Reif oder Schnee, aber niemals ein fester Eisblock.
  • Offensichtlich ist es bei der Erfindung zi wesentlich, daß die Gefrierzelle unten kälter ist als oben. Das ließe sich durch indirekte Kühlung der Zelle mit Hilfe eines Alkoholbades erreichen, das seinerseits durch Kühlschlangen gekühlt wird. Das würde jedoch, einen Temperaturabfall von 6 bis 8' C zwischen der Zelle und den Kühlschlangen erforderlich machen, uni eine wirksame Wärmeableitung aus der Zelle zu gewährleisten. Bei den tiefen in Betracht kommenden Temperaturen, beispielsweise - 570 C bis - 61' C ist einTemperaturabfall von 6 bis g' C offensichtlich unangebracht, da man hierzu die Kühlschlangen auf einer extrem niedrigen Temperatur halten müßte, was nicht nur zusätzliche Kosten verursacht, sondern auch schwer durchzuführen ist.
  • Um den Tümperaturabfall zu vermeiden, der bei Kühlung der Zelle mit Hilfe dieses Bades entsteht, kann man sie unmittelbar mit der Rohrschlange umgeben, die das verdampfende Kältemittel enthält. Um jedoch bei einer derartigen Anordnung die Gefrierzelle unten kälter zu halten als oben, was notwendig ist, um oben lediglich eine Kondensation der Kohlensäure und unten das Gefrieren der flüssigen Kohlensäure zu erzielen, ist es erforderlich, die S.augleitung unten an der Kühlschlange anzuschließen, um dort die Verdampfung bei der geringeren Temperatur stattfinden zu lassen. Dadurch entstehen Unterbrechungen in der durch das Kühlmittel benetzteil Oberfläche der kohrschlange und als Folge davon eine ernste Beeinträchtigung der Wärmeableitung von der Zelle. Überdies ist bei parallel geschalteten Rohrschlangen eine gleichmäßige Strömung durch alle Rohrschlangen fast unmöglich.
  • Andererseits kann die Stetigkeit der benetzten Oberfläche und damit der Wärmeableitung aufrechterhalten und gleichmäßige Kühlung einer großen Anzahl parallel geschalteter Zellen erzielt werden, indem manein flüssigkeitsgefülltes System anwendet, bei dem das flüssige Kältemittel der Kühlschlange unten zugeleitet und durch Ab- saugen des Dampfes vom oberen Teil verdampft wird. Diese Anordnung jedoch würde die Gefrierzelle oder Gefrierzellen oben kälter werden lassen als unten, was den Erfordernissen widerspricht.
  • Die oben beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten werden vermieden bzw. überwunden, indem man zur Erzeugung dichten, Kohlensäureeises aus Kohlensäure bei einem Druck- oberhalb des Tripelpunktes eine Zelle anwendet, die dadurch gekühlt wird, daß sie unmittelbar mit einem ein Kälteinittel enthaltenden Kühlmantel versehen wird, der in senkrecht übereinanderliegende, von einander getrennte Abschnitte unterteilt ist.. deren jeder unten eine Zuleitung für das Kälternittel besitzt und deren jeder oben eine Druckerniedrigung aufweist, derart, daß die inittlere Temperatur jedes Abschnittes seiner `Höhenlage auf der Gefrierzelle entspricht und von Abschnitt zu Abschnitt geringer ist äls die Temperatur des Abschnittes unmittelbar darüber.
  • Bequeinerweise wird zweckmäßig das Kältomittel in jedem Abschnitt des Kühlmantels nicht unmittelbar oben aus dem Ab.-schnitt abgesaugt, sondern gelangt durch einen Cberlauf in den unteren Teil des nächsten darunterhegenden Abschnittes, bis es den untersten Abschnitt erreicht hat, voll dessen oberem Teil es dann unmittelbar abgesaugt wird.
  • Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Unterteilung des Kühlmantels in übereinanderliegende Abschnitte läßt sich der Vorteil guter Wärmeleitfähigkeit eines flüssigke,itsgefüllten Kühlmantels ausnutzen, ohne daß die damit verbundene Eigentümlichkeit, daß jeder Abschnitt oben kälter ist als unten, eine Hemmung für die Wirksamkeit wird, ,venn nur die Hölle jedes Abschnittes so bemessen wird, daß die Temperaturdifferenz zwischen oben und unten gering ist.
  • Wenn, wie es fast regelmäßig in der Praxis der Fall ist, die Kühlmäntel der Zellen mit dem flüssigen Kältemittel in Parallelschaltung beschickt werden, wird die Gleichmäßigkeit der Flüssigkeitsströme dadurch gewährleistet, daß die unteren Teile aller Kühlmantelabschnitte sämtlicher Zellen in einer Höh,enla,ge miteinander verbunden werden.
  • jeder Kühlmantelabschnitt wird von dem Nachbarabschnitt vorzugsweise durch einen kleinen vertikalen Zwischenraum getrennt, derart, daß zwar die Temperaturen infolge Wärmeleitung längs der dazwischenliegenden Zellenwandung sich angleichen, trotzdem aber nur ein geringer unmittelbarer Temperaturaustausch zwischen den Abschnitten stattfindet. * Die Höhe des obersten Kühlmantelabschnittes kann die der darunterliegendenAbschnitte übersteigen, da eine gewisse Mindesegesamthöhe notwendig ist, um zu Anfang ein gleichmäßiges Fließen flüssigen Kältetilittels und eine gleichmäßige Kühlwirkung des Flüssigkeitsniantels in einer Mehrzahl von parallel geschalteten Zellen zu gewährleisten.
  • In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Gruppe von Zellen dargestellt, die gemäß obiger Beschreibung mit Kühlmänteln versehen sind und von denen nur die beiden vordersten sichtbar sind, während die übrigen durch sie verdeckt sind.
  • -Mit a sind die Zellen bezeichnet, in die gasförrnige Kohlensäure bei einem nur wenig Über dem Tripelpunkt liegenden Druck oben durch ein Rohr b eingeleitet wird, von dein Abzwei,-u gen zu den verschiedenen Zellen führen. Die n Abzweigungen sind einzeln mit Absperrhähnen c versehen. Statt dessen kann auch ein einziger Absperrhalin für eine Gruppe von Zellen vorgesehen werden.
  • Die Zellen a sind unten durch abnehmbare Deckel d verschlossen.
  • Die Wandung jeder Zelle ist durch drei übereinanderliegende, von einander gWennte Kühlmäntel el, e*-, e3 umgeben.
  • Flüssiges Kältemittel, wie z. B. flüssiges Ammoniak, wird durch ein Rohrf über ein Regulierventil g zu den Abzweigrohren It ge- leitet, die mit dem unteren Teile eines jeden der oberen Kühlmäntel el verbunden sind.
  • Rohre i verbinden den oberen Teil eines jeden der oberen Kühlmäntel el mit dem unteren Teil des entsprechen-den mittleren Kühlmantels e. Die mittleren Kühlmäntel sind unten außerdem durch Rohrej miteinander verbunden. In ähnlicher Weise verbinden Rohre k den oberen Teil eines jeden der mittleren Kühlmäntel el mit demunteren Teil der entsprechenden unteren Kühlmäntel el, die hier gleichfalls untereinander verbunden sind, und z-war durch Rohrel.
  • Die oberen Teile der unteren Kühlmäntel e' sind untereinander durch Rohre m verbunden, und alle sind durch ein Rohr n an einen Raum besonders tiefen Unterdruckes angeschlossen, wie solcher durch einen geeigneten Absorber einer Absorptionskältemaschine gebildet Wild, die das flüssige Kältemittel durch das obenerwähnte Rohr f zurückliefert.
  • Zu Beginn des Befriebes oder zum Zwecke von Versuchen kann die gasf6rmige Kohlensäure durch Rohre o, die mit Absperrhähnen p versehen sind, abgeblasen werden.
  • Das flüssige Kältemittel überflutet die verschiedenen Kühlmäntel e, e2, e3 und verdampft auch darin. Da jedoch bei der Verdampfung in den oberen Kühlmänteln el und in den mittleren Kühlmänteln e2 der Druck der Flüssigkeitssäulen des Kältetnittels in dem unteren Kühlmantel bzw. Kühlmänteln e` und e3 überwunden werden Muß, muß in den Kühlmänteln el der Dampfdruck und damit auch die mittlere Temperatur höher sein als in den Kühlmänteln e2 und ebenso, auch in den Kühlmänteln e2 höher als in el. Die Temperatur in den Zellen a nimmt daher von oben nach unten ab.
  • Die Temperatur der Zellen wird dort, wo sie durch die oberen Kühlmäntel el umgeben sind, etwas niedriger gemacht als die Verflüssigungstemperatur der Kohlensäure bci einem etwas über dem Tripelpunkt liegenden Druck ist, so daß die Kohlensäure sich dort als Tau an den Wänden der Zellen niederschlägt und schließlich in Tropfen abwärts fließt. Die Temperaturen werden in den Zellen da, wo sie durch Kühlmäntel e" und e3 umgeben sind, etwas niedriger gemacht als die Gefriertemperatur der Kohlensäure' wodurch die Tropfen flüssiger Kohlensäure, die sich in diesem Teile sammeln, zu einem Eisblock q gefrieren.
  • Die Zwischenräume r zw1-schen den benachbarten Kühlmänteln el und e', dgl. e-" und e3 reichen aus, um einen unmittelbaren Temperaturaustausch zwischen den Kühlmänteln zu verhindern, während sie doch ausreichend kurz sind, um zu verhindern, daß die Zellen in diesen Zwischenräumen zu warm werden.
  • Bei einer Ausführungsform, die für Betrieb und Konstruktion als typisch gelten kann, wird Kohlensäuregas oben in eine jede Zelle a. mit einem Druck von 6 atm. abs. eingeleitet. Eine Temperatur von - 56' C wird am Boden eines jeden oberen Kühlmantels el eingehalten und, indem seine Höhe auf 750 mm bemessen wird, eine Temperatur von - 580 C oben, so daß die mittlere Temperatur -57' C beträgt. In diesem oberen Teil der Zelle ist der Wärmeübergang von der an den Wänden kondensierenden und herabfließenden Kohlensäure wesentlich größer als in dem unteren - el Teil, und aus diesem Grunde tritt eine lieftigere Gasentwicklurig in dem flüssigen Kältemittel ein, inf&Ige deren der Temperaturabfall im Vergleich zu der Höhe geringer ist als in den tieferliegenden Kühlmänteln. jeder mittlere Kühlmantel e2 hat bei einer Höhe von 450 mm eine Temperatur von - 58' C unten und von - 6o1 C oben, somit eine mittlere Temperatur von - 59' C. jeder untere Kühlmantel e3, ebenfalls 450 mm hoch, hat eine Temperatur von - 6o" C unten und von - 62' C Oben, somit eine mittlere Temperatur von - 6 1 ' C.
  • Die obenerwähnten Temperaturen werden erreicht mit Kühlmänteln der angegebenen Höhe, wenn die Kühlmäntel mit flüssigem Ammoniak mit dem spezifischen Gewicht o,6 gefüllt werden, was die erforderlichen Flüssigkeitsdrucke ergibt, und wenn ein Saugdruck von 2000 MM Wassersäule an dem Austrittsro#hr n angewendet wird. Dieser Druck ergibt eine Temperatur von - 621 C ob--n in den Kühlmänteln e3. Die Zunahme des Druckes auf 2300 mm Wassersäule unten in den Kühlmänteln e3 ergibt eine Temperatur von - 6o' C. Unten in den Kühlmänteln e'-' stellt sich ein Druck von 26oo mm Wassersäule und eine Temperatur von - 58' C ein, und unten in den Kühlmänteln el beträgt der Druck 3000 mm Wassersäule und die Temperatur - 56' C.
  • Der Temperaturunterschied oben und unten in jedein 1,7,ülil,inantel verringert sieh, wenn die Men-c des verdampfenden Kält"#inittels '2 irn Verhältnis zum Rauminhalt eines je(IL,1 Kühlmantels wächst. Dies ist z. L'. bei Kühlmantein mit engern Querschnitt der Fall, weil dann die Schaumbilling in den KÜhlmänteln größer wird und dadurch den Druck der Flüssigkeitssäule und die Behinderung der Verdanipfung herabsetzt.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCIIE: i. Verfahren zur Herstellung fester Kohlensäure durch mittel-bare Abkühlunvon gasförmiger Kohlensäure dadurch gel, 'enrizeichnet, daß die KohlAsäure bei einem Druck oberhalb des Tripelpunktdruckes in eine Kühlzelle von oben eingeleitet und stufenweise mittels nach unten bis unter die Gefriertemperatur absinkenden Temperaturen der Wandungen derart abgekühlt wird, daß sie zunächst verflüssigt und dann unmittelbar zum Eisblock verfestigt wird.
  2. 2. Gefrierzelle zur Herstellung fester Kohlensäure unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i, da,durch gekenn-I zeichnet, daß sie mit einem Kühlmantel versehen ist, der in übereinanderliegende, von einander abgeschlossene Abschnitte unterteilt ist. 3. Gefrierzelle nach Anspruch 2, ge- kennzeichnet durch unten einmündende Zuleitungen, durch die die verschieden-en Abschnitte des Kühlmantels mit dernselben flüssigen Kältemittel beschickt Nverden, und durch Verbindungsleitungen zwischen dem oberen Teil jedes höher liegenden Abschnittes und dem unteren Teil des darunterliegenden Abschnittes, um den Druck in jedem Abschnitt dadurch höher zu halten als in dem darunterliegenden Abschnitt. ,4.
  3. Gruppe von Gefrierzellen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in gleicher Höhenlage befindlichen Ab- schnitte der Kühlmantel unten miteinander durch Rohrleitungen verbunden sind. z#I
DEM128849D 1933-10-24 1934-10-16 Verfahren zur Herstellung fester Kohlensaeure Expired DE643119C (de)

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DEM128849D Expired DE643119C (de) 1933-10-24 1934-10-16 Verfahren zur Herstellung fester Kohlensaeure

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DE (1) DE643119C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3443389A (en) * 1966-12-27 1969-05-13 Air Reduction Apparatus for the production of carbon dioxide snow

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3443389A (en) * 1966-12-27 1969-05-13 Air Reduction Apparatus for the production of carbon dioxide snow

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