DE819988C - Process for separating gas mixtures according to their molecular weights - Google Patents
Process for separating gas mixtures according to their molecular weightsInfo
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Description
Verfahren zum Trennen von Gasgemischen nach ihren Molgewichten Um den natürlichen Sauerstoffgehalt der Luft für Feuerungen. Gasgeneratoren, Metallurgie und Keramik zu erhöhen, sind die bekannten technischen Herstellungsverfahren von reinem Sauerstoff, wie fraktionierte Destillation flüssiger Luft und Wasserelektrolyse für die gebrauchten großen Mengen zu teuer. Die Thermodiffusion konnte bisher, trotz der sehr guten Trennschärfe des Clusiusschen Verfahrens, für große Gasmengen technisch nicht angewandt werden, da ihre thermische Nutzwirkung zu ungünstig ist.Process for separating gas mixtures according to their molecular weights To the natural oxygen content of the air for furnaces. Gas generators, metallurgy and to increase ceramics, are the well-known technical manufacturing processes of pure oxygen, such as fractional distillation of liquid air and water electrolysis Too expensive for the large quantities used. The thermal diffusion could so far, despite the very good selectivity of the Clusius method, for large amounts of gas technically cannot be used because their thermal efficiency is too unfavorable.
Nach neuen theoretischen Erkenntnissen ist die ungestörte, rein thermische Bewegung der Gasmolekeln in ausgeblendeten Strahlen im reinen Vakuum nicht eine stetige, gleichmäßige, relative, sondern eine abgestufte, quantenhafte, absolute. Bei Fließen von Gasen durch technisch erhaltene Druckunterschiede in geraden Röhren, Kanälen usw. mit gleichmäßigem Querschnitt und glatten Wänden überlagert sich die abgestufte Bewegung der einzelnen Molekeln der gleichmäßigen, parallel ausgerichteten Fließbewegung der ganzen Gasmasse. In einem isothermen Gasgemisch werden so, bei waagerechtem Fluß, durch eine Art Interferenz die leichten Molekeln nach oben, die schweren nach unten gedrängt. According to new theoretical knowledge, the undisturbed, purely thermal Movement of the gas molecules in faded out rays in a pure vacuum is not one steady, uniform, relative, but a graduated, quantum, absolute. When gases flow through technically obtained pressure differences in straight tubes, Channels etc. with a uniform cross-section and smooth walls are superimposed on the gradual movement of the individual molecules of the uniform, parallel aligned Flow movement of the whole gas mass. In an isothermal gas mixture, at horizontal flow, by a kind of interference the light molecules upwards, the heavy pushed down.
Nach dem neuen Verfahren werden durch Fließen in einem gleichmäßigen, durch Gebläse erhaltenen isothermen Strom durch waagerechte, wärmeisolierte, leere Trennkanäle Gasgemische, z. B. Luft, annähernd in fhre Bestandteile nach Molgewichten aufgeteilt. Eine bessere und schnellere Trennwirkung wird durch das Kombinieren mit der schon bekannten Thermodiffusion erreicht. According to the new method, by flowing in a uniform, Isothermal current obtained by blower through horizontal, thermally insulated, empty Separation channels gas mixtures, e.g. B. air, approximately into several components according to molecular weights divided up. A better and faster separation effect is achieved by combining achieved with the already known thermal diffusion.
Um Konvektions- und Wirbelströme zu vermeiden, muß Temperatur der Wände und Gase möglichst gleich sein, sie ist aber nicht an eine bestimmte Höhe gebunden.To avoid convection and eddy currents, the temperature must be Walls and gases should be the same as possible, but it is not at a certain height bound.
Abb. I ist der schematische Längsschnitt eines Trennkanals mit rechteckigem Querschnitt. Temperatur und Geschwindigkeit des Gasgemisches werden durch einen kurzen, leicht durchlässigen, senkrecht angeordneten Ausgleicher I mit Füllkörpern aus gut wärmeleitendem Metall ausgeglichen. Der Gasstrom, in dem sich die leichten Molekeln teilweise oder ganz von den schweren getrennt haben, wird am Ende des Trennkanals durch waagerechte Trennbleche 2 aufgeteilt und die so getrennten Anteile fließend abgesaugt. Abstand und Zahl der Trennbleche richten sich nach der Zusammensetzung des Gasgemisches :und Anzahl der gewollten Fraktionen. Der Strom im Trennkanal wird durch einstellbare Strömungsregler 3 vor den unvermeidlichen Druckschwankungen in den Rohrleitungen geschützt. Fig. I is the schematic longitudinal section of a separating channel with a rectangular Cross-section. The temperature and speed of the gas mixture are controlled by a short, slightly permeable, vertically arranged equalizer I with fillers Balanced from metal with good thermal conductivity. The gas flow in which the light Molecules have partially or completely separated from the heavy ones at the end of the separation channel divided by horizontal dividers 2 and the so separated portions flowing sucked off. The spacing and number of dividers depend on the composition of the gas mixture: and number of the desired fractions. The current in the separation channel is by adjustable flow regulator 3 against the inevitable pressure fluctuations in the pipelines protected.
Die Trennung kann in stetigem Durchfluß auf mehrere Stufen in hintereinandergeschalteten Trennkanälen verteilt werden, von denen jeder, bis die gewollte Reinheit erreicht ist, einen vorgetrennten Anteil aufnimmt. Bei sehr großen Mengen können die ersten Stufen auf mehrere parallel geschaltete Trennkanäle aufgeteilt werden, deren gleichwertige Anteile zum Weitertrennen vereinigt werden. Um Fläche und Raum zu sparen, können die Trennkanäle mit rechteckigem Querschnitt neben- oder übereinander mit abwechselnder Stromrichtung aufgebaut werden. The separation can take place in continuous flow on several stages in series Separation channels are distributed, each of which until the desired purity is achieved takes up a pre-separated share. In the case of very large quantities, the first Levels are divided into several parallel-connected separation channels, their equivalent Shares are combined for further separation. To save space and space, you can the dividing channels with a rectangular cross-section next to or on top of each other with alternating Current direction can be established.
Die Thermodiffusion bewirkt in einem Gasgemisch, in welchem ein Temperaturgefälle erhalten wird, ein Wandern der leichten Molekeln zu den Stellen hoher Temperaturen. Die an sich geringe Trennwirkung wird in einem ruhenden Gasgemisch durch die ungeordnete Wärmebewegung wieder aufgehoben, sie kann daher nur in fließenden Gasschichten ausgenutzt werden. The thermal diffusion takes place in a gas mixture in which there is a temperature gradient a migration of the light molecules to the places of high temperatures is obtained. The in itself low separation effect is in a static gas mixture by the disordered Heat movement is canceled again, so it can only be used in flowing gas layers will.
K. C 1 u 5 i u 5 verwendet nach der Patentschrift 701 oI6 für kleine Gasmengen in hohen Trennrohren den für die Thermodiffusion erforderlichen Temperaturunterschied, um gleichzeitig durch Thermosiphonwirkung in geschlossenem Kreisfluß das zu trennende Gemisch in laminaren Schichten im Gegenstrom aneinander vorbeizuführen. Nach den Patentschriften 544 386 und 733 079 wird das zu trennende Gasgemisch im offenen Durchfluß durch rohrförmige Trennvorrichtungen mit radialem Temperaturgefälle geleitet. Nach 733 079 wird die bekannte Diffusionstrennung von Gasgemischen durch poröse Wände, durch einen hohen Temperaturunterschied zwischen diesen porösen Wänden und den anderen, den Diffusionsraum begrenzenden Wänden, mit der Thermodiffusion kombiniert. Um die Trennwirkung zu erhöhen, wird der Trennraum ganz oder teilweise mit Füllkörpern, z. B. Steinzeugkugeln, gefüllt. Die drei Verfahren sind technisch zum Trennen größerer Gasmengen nicht angewandt worden, auch sonst sind keine Anwendungen der Thermodiffusion für diese Zwecke bekannt. K. C 1 u 5 i u 5 used according to patent specification 701 oI6 for small Gas quantities in high separating tubes the temperature difference required for thermal diffusion, at the same time through the thermosiphon effect in a closed circuit flow that is to be separated To feed the mixture in countercurrent in laminar layers past each other. After the Patent specifications 544 386 and 733 079 is the gas mixture to be separated in the open Flow passed through tubular separators with a radial temperature gradient. According to 733 079, the well-known diffusion separation of gas mixtures is replaced by porous Walls, due to a high temperature difference between these porous walls and the other walls delimiting the diffusion space, combined with thermal diffusion. In order to increase the separation effect, the separation space is completely or partially filled with z. B. stoneware balls filled. The three processes are technically larger for separating Gas quantities have not been used, nor are any other applications of thermal diffusion known for these purposes.
Um das neue Trennverfahren lurch Interferenzauftrieb mit der Thermodiffusion zu kombinieren, sind im Ausgleicher Heiz- und Kühlkörper so einzubauen (Abb. 2, Nr. 4), daß ein gleichmäßiges Temperaturgefälle von oben nach unten erhalten bleibt, das durch die große Metalloberfläche auf die durchfließenden Gase übertragen wird. Bei Luft genügen Heizkörper, da die unteren nicht geheizten Schichten des Ausgleichers durch den Luftstrom selbst abgekühlt werden. Um für die Thermodiffusion den gleichmäßigen Gasstrom in übereinanderfließende, in sich annähernd isotherme Schichten mit von oben nach unten fallender Temperatur aufzuteilen, in denen sich die Gasmolekeln nach ihrem Molgewicht durch Auftrieb und Thermodiffusion nach oben und unten trennen, gibt es drei Ausführungsmöglichkeiten: I. Abb. 2. Im Anschluß an den Ausgleicher wird der Trennkanal durch heizbare, waagerechte, für Gase leicht durchlässige Zwischenböden aus netzförmigen oder parallel gespannten elektrischen Widerstandsdrähten 5 in gleich hohe, übereinanderliegende Mikrotrennkanäle aufgeteilt. Die Temperatur der Zwischenböden ist so einzustellen, daß sie ein gleichmäßig abgestuftes Temperaturgefälle nach unten bilden und in jedem Mikrotrennkanal der gleiche Temperaturunterschied zwischen oberem und unterem Zwischenboden erhalten bleibt. In den Mikrotrennkanälen fließt der aufgeteilte Gasstrom in laminaren isothermen Schichten, in denen sich die leichten Molekeln nach oben, die schweren nach unten in den nächsten Mikrotrennkanal drängen. To the new separation process by interference buoyancy with the thermal diffusion to be combined, heating and cooling elements are to be installed in the equalizer (Fig. 2, No. 4) that a uniform temperature gradient is maintained from top to bottom, which is transferred to the gases flowing through the large metal surface. In the case of air, radiators are sufficient as the lower unheated layers of the equalizer be cooled by the air flow itself. In order for the thermal diffusion the uniform Gas flow in overflowing, almost isothermal layers with von up to divide down falling temperature in which the gas molecules separate up and down according to their molecular weight by buoyancy and thermal diffusion, there are three possible designs: I. Fig. 2. Following the equalizer the separating channel is created by heatable, horizontal intermediate floors that are easily permeable to gases of reticulated or parallel tensioned electrical resistance wires 5 in the same high, superimposed micro-separation channels divided. The temperature of the intermediate floors is to be set so that it follows an evenly graduated temperature gradient form below and in each micro-separation channel the same temperature difference between upper and lower intermediate shelf is retained. Flows in the micro-separation channels the divided gas flow in laminar isothermal layers in which the light Molecules upwards, the heavy ones pushing downwards into the next micro-separation channel.
2. Abb. 3. An den etwas längeren Ausgleicher werden mit kleinen, gleichmäßigen Abständen parallele, gut wärmeleitende Metallbleche angesetzt, durch die der Gasstrom in schmale isotherme Schichten mit abgestuftem Temperaturgefälle aufgeteilt wird, die durch ihr verschiedenes spezifisches Gewicht übereinanderschwimmend auch im leeren Teil des Trennkanals getrennt bleiben. 2. Fig. 3. Small, Evenly spaced, parallel, good heat-conducting metal sheets are attached through which the gas flow in narrow isothermal layers with graduated temperature gradients is divided, floating on top of each other due to their different specific gravity remain separated even in the empty part of the separation channel.
3. Abb. 4. Der ganze Trennkanal wird durch als Ausgleicher wirkende Füllkörper aus gut wärmeleitendem Metall mit eingebauten Heiz- und wenn erforderlich Kühlkörpern ausgefüllt, die den Gasstrom in schmale Schichten aufteilen. 3. Fig. 4. The whole separation channel is acting as a compensator Packing body made of highly thermally conductive metal with built-in heating and if necessary Filled with heat sinks, which divide the gas flow into narrow layers.
Die Zwischenböden, die für Gase leicht durchlässig sein müssen, und die Füllkörper dienen nur zum Übertragen ihrer Temperatur auf die Gase und zum Aufteilen des Gasstromes, aber nicht als poröse Trennschichten. The intermediate floors, which must be easily permeable to gases, and the fillers only serve to transfer their temperature to the gases and to distribute them of the gas flow, but not as porous separating layers.
Bei allen drei Ausführungen wird am Ende der Trennkanäle der Gasstrom durch Trennbleche aufgeteilt. Durch die bessere Trennwirkung können bei Mehrstoffgemischen mehrere Fraktionen gleichzeitig gewonnen werden. In all three versions, the gas flow is at the end of the separation channels divided by metal dividers. Due to the better separating effect, in the case of multi-component mixtures several fractions can be won at the same time.
Durch den leichten und schnellen Temperaturausgleich zwischen den großen Metalloberflächen und den durchfließenden Gasen ist die thermische Nutzwirkung des kombinierten Verfahrens besonders günstig. Der Temperaturunterschied kann verhältnismäßig niedrig gehalten und dadurch .hwärme von Heizgasen sehr wirtschaftlich zum Erhitzen der Heizkörper verwendet werden, für die auch sonst jedes technische Heizmittel angewal t werden kann. Die kombinierten Verfahren könncn sehr weitgehend den zu trennenden Gasmengen, der erforderlichen Reinheit der zu gewinnenden Anteile und der verfügbaren \wärme oder sonstigen Wärmequellen angepaßt werden. Das günstigste Verhältnis der das Trennen bedingenden Faktoren ist durch Versuchsreihen zu ermitteln, bei denen alle Faktoren bis auf einen planmäßig zu ändernden, konstant zu halten sind. Thanks to the quick and easy temperature equalization between the large metal surfaces and the gases flowing through is the thermal beneficial effect the combined process is particularly favorable. The temperature difference can be proportionate kept low and thus .hwärme from heating gases very economical for heating the radiator can be used for any other technical heating medium can be applied. The combined methods can very largely be used separating gas quantities, the required purity of the portions to be recovered and the available heat or other heat sources. The cheapest The ratio of the factors causing the separation is to be determined by test series, in which all factors except one to be changed according to plan are to be kept constant are.
Die kombinierten Verfahren I und 3 sind nicht nur für das Trennen von Gasen, sondern auch für das Trennen von Dämpfen nach ihrem Nilolgewicht anwendbar, wenn die niedrigste Temperatur über dem niedrigsten Taupunkt gehalten wird, z. B. für das Trennen von Alkohol und Wasser, der nenzol-und Benzinkoblenwasserstoffe, zum Trocknen von Gasen und Dämpfen, da Wasserdampf mit Molgewicht I8 wesentlich leichter als fast alle technisch gebrauchten Gase und Dämpfe ist. The combined methods I and 3 are not just for separating of gases, but can also be used for separating vapors according to their Nilol weight, when the lowest temperature is kept above the lowest dew point, e.g. B. for the separation of alcohol and water, nenzene and benzine hydrocarbons, for drying gases and vapors, since water vapor with a molecular weight of I8 is essential is lighter than almost all technically used gases and vapors.
PATE NTA N 51' B c E: 1. Verfahren zum Trennen von Gasen nach ihren Molgewichten, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trennende Gasgemisch in einem gleichmäßigen, isothermen Strom durch waagerechte, leere Trennkanäle fließt (Abb. I). PATE NTA N 51 'B c E: 1. Procedure for separating gases according to their Molecular weights, characterized in that the gas mixture to be separated in a uniform, isothermal current flows through horizontal, empty separating channels (Fig. I).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DESCH3064A DE819988C (en) | 1950-06-27 | 1950-06-27 | Process for separating gas mixtures according to their molecular weights |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DE819988C true DE819988C (en) | 1951-11-05 |
Family
ID=7423579
Family Applications (1)
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DESCH3064A Expired DE819988C (en) | 1950-06-27 | 1950-06-27 | Process for separating gas mixtures according to their molecular weights |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE819988C (en) |
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1950
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