Verfahren zur Zerlegung von Luft Bei der Zerlegung von Luft durch
Verflüssigung und Rektifikation werden neuerdings für den Wärmeaustausch periodisch
gewechselte Kältespeicher verwendet, durch die eine bestimmte Zeit Zerlegungsprodukt
strömt, hierbei seine Kälte an die Speichermasse abgibt, während in der nächsten
Periode in amgekehrter Richtung Frischgas hindurchgeleitet wird, welches die von
den Zerlegungsprodukten in der vorhergehenden Periode an die Speichermasse abgegebene
Kältemenge aufnimmt. Die in dem Frischgas enthaltenen Dämpfe, wie Wasserdampf oder
Kohlensäure, werden bei der Abkühlung auf der Speichermasse niedergeschlagen und
in der darauffolgenden Periode von den in umgekehrter Richtung durch den Speicher
strömenden Zerlegungsprodukten wieder verdampft und hinausgeführt. - Mit Regeneratoren
ist grundsätzlich ein Wärmeaustausch von mehr als 98 °i, möglich, d. h. also, das
Zerlegungsprodukt verläßt den Regenerator mit einer Temperatur, die nur wenige Grade
unter der Eintrittstemperatur der Luft liegt.Process for the separation of air In the separation of air by
Liquefaction and rectification have recently become periodic for heat exchange
exchanged cold storage is used, through which a certain time decomposition product
flows, releasing its cold to the storage mass, while in the next
Period in the opposite direction fresh gas is passed through, which the of
the decomposition products released to the storage mass in the previous period
Absorbs amount of cold. The vapors contained in the fresh gas, such as water vapor or
Carbonic acid, are deposited on the storage mass during cooling and
in the subsequent period from the reverse direction through the memory
flowing decomposition products evaporated again and led out. - With regenerators
In principle, a heat exchange of more than 98 ° i is possible, d. H. so, that
Decomposition product leaves the regenerator at a temperature that is only a few degrees
is below the inlet temperature of the air.
In der Praxis hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß es
in manchen Fällen, insbesondere bei höheren Lufteintrittstemperaturen (mehr als
25° C), nicht möglich ist, auch bei reichlicher Bemessung der Regeneratoren einen
günstigen Wärmeaustausch zu erzielen und Austauschdifferenzen Von WO und
mehr auftreten.In practice, it has surprisingly been found that in some cases, especially at higher air inlet temperatures (more than 25 ° C.), it is not possible to achieve a favorable heat exchange even when the regenerators are sufficiently dimensioned and exchange differences from WO and more occur.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist die Beseitigung der hierdurch
bedingten Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß wird - obwohl das Zerlegungsprodukt den
Regenerator schon zu kalt verläßt - dem warmen Ende des Regenerators eine zusätzliche
Kältemenge insbesondere dadurch zugeführt, daß zwecks Verdunstungskühlung Wasser
in das Zerlegungsprodukt eingespritzt wird.The object of the present invention is the elimination of this
related difficulties. According to the invention - although the decomposition product the
Exits the regenerator too cold - an additional one to the warm end of the regenerator
Amount of cold supplied in particular that water for the purpose of evaporative cooling
is injected into the decomposition product.
Die überraschende Wirkung dieser Maßnahme läßt sich wie folgt deuten:
Bei hohen Lufttemperaturen ist die im Gas enthaltene Wasserdampfmenge, die im warmen
Teil der Speicher kondensiert, so hoch, daß ihre Kondensationswärme an die fühlbare
Wärme des Gases im gleichen Temperaturgebiet heranreicht bzw. -sie übersteigt. Die
aus der verdichteten Luft gleichmäßig während einer Schaltperiode niedergeschlagene
Wassermenge wird, selbst wenn die Luft gesättigt war, nach dein Umschalten schon
von einem Bruchteil der Zerlegungsprodukte, also schon im ersten Drittel oder ersten
Viertel der nächsten Periode, verdampft, da die Zerlegungsprodukte ein im umgekehrten
Verhältnis .der Drucke größeres Volumen als die Luft besitzen. Infolgedessen wird
dem warmen Ende der Regeneratoren am Anfang der Kaltperiode eine relativ große Kältemenge
zugeführt, wodurch die Speichermasse so kalt wird, daß sie das Zerlegungsprodukt
während des Restes der Periode nicht mehr auf die Eintrittstemperatur des Frischgases
anwärmen kann, das bedingt große Austauschdifferenz in diesen Fällen und den damit
verbundenen beträchtlichen Kälteverlust.
Erfitidtingsgeniär führt nian nun deni war-
inen Ende der Regeneratoren eine zusätzliche
Kä lteinenge insbesondere - in der Weise zu,,
daß man nach der am Anfang der Kalt-
Periode erfolgten Verdampfung des aus <leg'
Luft kondensierten Wassers weitere -Mengen
von Wasser in das dann ungesättigte bz-%"-.,
trockene Zerlegungsprodukt einspritzt. Hier-
durch wird zwar die @I.'emlaeratur des aus-
tretenden Zerlegungsproduktes weiterhin ge-
senkt und damit die Kälteverluste insgesamt
anscheinend vergrößert, jedoch nicht nur
diese neue Vermehrung der Kälteverluste,
sondern auch der- grüßte Teil der Verluste,
welche durch die zu schnelle Verdampfung
des aus der Luft ausgeschiedenen LVassers
entstanden war. wird von der billigen Ver-
dunstungskälte gedeckt. Der Teil der Kälte-
verluste. welcher durch die kotbare, im Zer-
legungspro7eß bei tiefsten Temperaturen er-
zeugte Spitzenkälte zu decken ist, wird somit
erheblich vermindert.
In gleichem Maße wie die Temperatur des
Zerlegungsproduktes erniedrigt sich auch die
Temperatur der Speichennasse, wodurch Air
die im Beharrungszustand für eine rasche
\t'asserausscheicitlng notwendige Kälte zuge-
führt wird.
Es ist an sich schon vorgeschlagen wordeu,
in die Zerlegungsprodukte der Luftzerlegung
Wasser einzuspritzen, uni eine Vorkühlung
(lcr Luft in den Füllen zu bewirken, in deneir
die zur Durchführung der Zerlegung not-
wendige Kälte durch Ahdiosselung der zu
zerlegenden Luft gewonnen wurde, da be-
kanntlich die Kälteleistung hierbei durch die
Vorkühlung vergrößert wird. Bei der Ver-
wendung von periodisch gewechselten Kälte-
speichern wird jedoch die Hauptmenge der
Luft mit so niedrigen Drucken der Z:r-
legungsanlage zugeführt, daß ihre Drosse-
lung keine nennenswerte Kälteleistung er-
gibt, so clar die zur l3eckung der Verluste
notwendige Kälte durch einen gesonderten
Kälteerzeugungsprozeß erzeugt wird. Da
auch die Kondensationswärme der Dämpfe
bei (leg Verwendung von Regenoratoren aus-
getauscht wird, muhte eine Vorkühlung der
Luft überflüssig erscheinen, zumal auch bei
der infolge der gelingen Druckunterschiede
praktisch gleichen \\.7ärinekaliazität der bei-
den Gasarten die Luft die Verdunstungskälte
nicht würde aufnehmen können. Die Anwen-
dung der Verdunstungskühlung hat also im
vorliegenden Falle keineswegs nahegelegen.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, die bei
einer Klimaanlage auftretenden Kälteverloste
dadurch zu decken, daß man in die Abluft,
w:iiirend sie -7ecks Wärmeaustausch mit der
Frischluft durch periodisch gewechselte
Kältespeicher strömt, Wasser einspritzt.
Hierbei werden in üblicher Weise die bei
einem f@ülteverfaüren auftretenden Verluste
hei der tiefsten Temperatur gedeckt, und
.lediglich durch die im Gegensatz zur Luft-
verfüssi-ttiig geringe Endtemperatur der Ab-
kühlung wird es niöglicli, hierfür Verdun-
:aungskühlung zii verwenden. Irrst die neue
I3rkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß
die bei Höheren 1-tifteintrittsteinperatttreit
auftretenden gi"(lJJeli Austausclidifferenzeti
nicht tvie sonst bei Zerlegungsverfahren
hauptsächlich durch Kälteverhiste im Gebiet
der tiefsten Temperaturen. sondern durch
die \"orgänge ain warmen l-ride der Regeno-
ratoren bedingt sind, ermöglichte die Be-
hebung dieser Schwierigkeiten durch die An-
wendling von Verdlinstungskiihlung.
Das neue Verfahreir wird für (las Beispiel
der Zerlrgung von Luft in Sauerstoff und
Stickstof=f an Hand (leg Abbildungen näher
erläutert. in der Abbildung stellt r einen
zweistufigen Luftzerlegungsapparat üblicher
Bauart dar. 2 und 3 -sind die Regenoratoren,
in denen der @@ :irtneaustausch zwischen der
Hauptmenge der Luft tui(i dem in der Zer-
legungsanlage gewonnenen Stickstoff erfolgt.
# -end der Rest der Luft in den Regeno-
w ähi
ratoren .L und j in Wä rnieaustausch mit dein
Sauerstoff abgekühlt wird. Die Luft hat
einen Druck von 3 ata, infolgede>sen besitzen
die Zerlegungsprodukte bei einem Druck von
etwa r ata ein 5mal gri'>Liei-es Volumen. Das
aus der Luft kondensierte Wasser kann also
nach dein l'nischalten schon in '/5 der neuen
Periode von (Ion Zerlegungsprodukten ver-
dampft werden, so dala in dieser kurzen Zeit
auch die Hauptmenge der eigentlich in der
gesamten Periode zti übertragenden Kälte an
die Speichermasse abgegeben wird. Erfin-
dtingsgeinäl.i wird in die Zerlegungsprodukte,
sobald das aus der Luft kondensierte Wasser
verdainpit ist, Wasser in fein verteilter Form
eingespritzt. Uni eine Vereisung zu vermei-
den, erfolgt die Einspritzung all einer Stelle,
an der die Temperatur des Gases 4.° über-
steigt, gegebenenfalls wird das Wasser :in
mehreren Stellen unterteilt zugeführt. Zu
diesem Zweck.sind in den Speichern bei 611
und (>b, ;a und 7b bzw. <8u und
8b und 9° und
()" Hohlräume vorgeselieii, in die mittels einer
ZerstäulningsdüseWasser eingeführt werden
kann. Die Steuerung der \\'assereinsl>ritzung
erfolgt zweckmäßig durch die Schalt-
niaschine, welche die Vinschaltung der Rege-
noratoren bewirkt.
Da eine Vcr(lunst;tngskühlung lediglich
oberhalb oJ, also nur innerhalb der ersten
to bis i## °,.'" der insgesamt im Speicher er-
folgenden Temperatursenkung, wirksam sein
kann, sollte nian vermuten. claß man das
Wasser hi>clistens in eineng abstand vom
warmen Ende des Regenerators einführen darf, der etwa 1A, bis %
der Länge des Regenerators ausmacht. Erfindungsgemäß wird jedoch das Wasser zum
mindesten zum Teil schon an einer Stelle eingeführt, welche 1/3 bis '/, der Regeneratorlänge
vom warmen Ende entfernt ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein Regenerator sogar
noch in der Mitte im Mittel eine Temperatur von o° und mehr aufweisen kann, obwohl
in ihm Luft von Raumtemperatur bis auf etwa -i8o° abgekühlt wird. Der Grund hierfür
ist, tlaß die Wasserausscheidung und Verdampfung am warmen Ende des Regenerators
eine erheblich stärkere thermische Belastung der Speichermasse bedingt. Der Regenerator
sucht dies in der Weise auszugleichen, daß der Temperaturabfall am warmen Ende vermindert
wird und so in diesem Temperaturgebiet auf Kosten des kalten Endes eine größere
Speichermasse für den Wärmeaustausch herangezogen wird.The surprising effect of this measure can be interpreted as follows: At high air temperatures, the amount of water vapor contained in the gas, which condenses in the warm part of the memory, is so high that its heat of condensation reaches or exceeds the sensible heat of the gas in the same temperature range . The amount of water evenly precipitated from the compressed air during a switching period, even if the air was saturated, is already evaporated by a fraction of the decomposition products after your switchover, i.e. already in the first third or first quarter of the next period, since the decomposition products are in the opposite direction Ratio. Of the pressures have a larger volume than the air. As a result, a relatively large amount of cold is supplied to the warm end of the regenerators at the beginning of the cold period, whereby the storage mass becomes so cold that it can no longer warm the decomposition product to the inlet temperature of the fresh gas during the rest of the period, which causes a large exchange difference in these cases and the associated considerable loss of cold. Erfitidtingsgeniär, nian now leads deni war-
An additional one at the end of the regenerators
Cold in particular - in the way to
that after the beginning of the cold
Period, evaporation of the <leg '
Air condensed water additional amounts
of water in the then unsaturated bz -% "-.,
injected dry decomposition product. Here-
the @ I.'emlaeratur of the ex-
occurring decomposition product continues
lowers and thus the overall cold losses
apparently enlarged, but not only
this new increase in cold losses,
but also the greatest part of the losses,
which by the too fast evaporation
of the water excreted from the air
was created. is used by the cheap
covered by evaporation. The part of the cold
losses. which through the excrement, in the
laying process at the lowest temperatures
generated peak cold is to be covered, will thus
considerably reduced.
In the same way as the temperature of the
The decomposition product also decreases
The temperature of the wet spoke, causing Air
the steady state for a rapid
\ t'asserausscheicitlng necessary cold added
will lead.
It has already been proposed in itself,
into the decomposition products of air separation
To inject water and a pre-cooling
(To effect air in the fills, in the deneir
the necessary to carry out the dismantling
agile cold through absorption of the to
decomposing air was obtained, since
known the cooling capacity here by the
Pre-cooling is increased. At the
application of periodically changed refrigeration
however, it will save the bulk of the
Air with such low pressures the Z: r-
plant that their throttle
no noteworthy cooling capacity
there, so clarify that to cover the losses
necessary cold through a separate one
Refrigeration process is generated. There
also the heat of condensation of the vapors
with (exclude the use of regenerators
is exchanged, a pre-cooling of the
Air appear superfluous, especially with
as a result of the successful pressure differences
practically the same.
the types of gas, the air, the evaporative cooling
would not be able to absorb. The application
The evaporation cooling therefore has im
in the present case by no means close at hand.
It has also been suggested that the
cold raffles occurring in an air conditioning system
cover by entering the exhaust air,
w: iiirend she -7ecks heat exchange with the
Fresh air through periodically changed
Cold storage flows, water injects.
Here are in the usual way at
a f @lteverfaüren occurring losses
covered at the lowest temperature, and
. only through the in contrast to the air
liquid low final temperature of the waste
cooling is not possible, for this evaporation
: use air cooling zii. The new one is wrong
Recognition of the present invention that
which at higher 1-tifteintrittsteinperatttreit
occurring gi "(lJJeli Austausclidifferenzeti
not as is the case with the decomposition process
mainly from cold weather in the area
the lowest temperatures. but through
the \ "processes ain warm l-ride of the rain
rators, made it possible to
these difficulties are raised by the
turning of evaporative cooling.
The new procedure is used for (read example
the decomposition of air into oxygen and
Nitrogen on hand (give pictures closer
explained. in the figure r represents one
two-stage air separation apparatus more common
Type. 2 and 3 - are the regenerators,
in which the @@: irtneaustausch between the
Main amount of air tui (in the decomposition
nitrogen obtained from the plant.
# -end the rest of the air in the rain-
w uhi
rators .L and j in exchange of heat with your
Oxygen is cooled. The air has
have a pressure of 3 ata, consequently> sen
the decomposition products at a pressure of
about r ata a 5 times gri '> Liei-es volume. That
Water condensed from the air can therefore
after your l'nisch switch already in '/ 5 of the new
Period of (ion decomposition products
be steamed, so dala in this short time
also the bulk of actually in the
during the entire period of the transmitted cold
the storage mass is released. Invention
dtingsgeinäl.i is divided into the decomposition products,
as soon as the water condensed from the air
verdainpit is water in finely divided form
injected. Uni to avoid icing
the injection takes place at all one point,
at which the temperature of the gas exceeds 4. °
rises, if necessary, the water: in
divided into several places. to
for this purpose. are in the memories at 611
and (> b ,; a and 7b or <8u and 8b and 9 ° and
() "Cavities vorgeselieii into which by means of a
Atomizing nozzle water can be introduced
can. The control of the \\ 'water injection
is expediently carried out by the switching
ni machine, which the switching on of the rain
noratoren causes.
Since air cooling is only
above no year, so only within the first
to to i ## ° ,. '"of the total stored in the memory
following temperature decrease, be effective
can, should nian guess. let that be
Water hi> clistens at a distance from
warm end of the regenerator, which is about 1A to% of the length of the regenerator. According to the invention, however, the water is at least partially introduced at a point which is 1/3 to 1/3 the length of the regenerator from the warm end. It has been shown that a regenerator can have an average temperature of 0 ° and more even in the middle, although air in it is cooled from room temperature to about -i8o °. The reason for this is that the water excretion and evaporation at the warm end of the regenerator cause a considerably greater thermal load on the storage mass. The regenerator tries to compensate for this in such a way that the temperature drop at the warm end is reduced and a larger storage mass is used for the heat exchange in this temperature area at the expense of the cold end.
Wenn man null gemäß der Erfindung dem warmen Ende des Regenerators
insbesondere durch Verdunstungskühlung einen Kälteüberschuß zuführt, so erreicht
man den besonderen Vorteil, daß die Temperaturdifferenzen beim Wärmeaustausch in
diesem Teil des Speichers vergrößert «-erden, wodurch auch das Temperaturgefälle
vergrößert wird, so daß bei der neuen Arbeitsweise die Speichermasse für den Austausch
der fühlbaren Wärme unterhalb des Kondensationsgebietes des Wassers wieder vergrößert
und so auch die Austauschbedingungen im kalten Teil des Regenerators beträchtlich-
verbessert werden: Die Vorteile des neuen Verfahrens lassen sich bis zu einem gewissen
Grade auch durch andere Maßnahmen erreichen, mit deren Hilfe dem warmen Ende der
Speicher in billiger Weise ein Kälteüberschuß zugeführt werden kann, der nicht aus
kostspieliger Spitzenkälte bei tiefster Temperatur stammt. So kann man z. B. mit
einer Kältemaschine auf etwa o° gekühltes Gas zusätzlich neben den Zerlegungsprodukten
durch das warme Ende des Regenerators leiten oder die Kälteabgabe des warmen Teiles
der Speicher in der Warmperiode dadurch vermindern, daß man einen Teil der Luft
nicht im Speicher, sondern getrennt z. B. mittels einer Kältemaschine bis auf etwa
o° abkühlt und dann erst in den Speicher einleitet.If you zero according to the invention the warm end of the regenerator
supplies an excess of cold, in particular by evaporative cooling, is achieved in this way
one has the particular advantage that the temperature differences in heat exchange in
this part of the storage tank is enlarged, which also reduces the temperature gradient
is increased so that the storage mass for the exchange in the new mode of operation
the sensible heat below the condensation area of the water is increased again
and so the exchange conditions in the cold part of the regenerator are considerable-
to be improved: The advantages of the new process can be increased to a certain extent
Grade also achieve through other measures, with the help of which the warm end of the
Storage in a cheap way can be supplied with an excess of cold, which is not from
expensive peak cold comes from the lowest temperature. So you can z. B. with
a refrigeration machine, gas cooled to around 0 ° in addition to the decomposition products
through the warm end of the regenerator or the cold release of the warm part
the storage in the warm period by reducing that one part of the air
not in memory, but separately z. B. by means of a refrigeration machine up to about
o ° cools down and only then enters the storage tank.
Das neue Verfahren läßt sich in gleicher Weise bei der Zerlegung anderer
Gasgemische, wie z. B. Koksofengas, verwenden, wenn durch die Verdampfung von Kondensaten
in einem Bruchteil der Schaltperiode, die gleichmäßig während der vorhergehenden
Periode aus dem Frischgas niedergeschlagen wurden, Kälteverluste eintreten.The new method can be used in the same way in the decomposition of others
Gas mixtures, such as B. Coke oven gas, use if by evaporation of condensates
in a fraction of the switching period that is uniform during the previous one
Period from which fresh gas was precipitated, cold losses occur.