DE8807684U1

DE8807684U1 - Vorrichtung zur Trennung des Sauerstoffs vom Stickstoff aus Luft

Info

Publication number: DE8807684U1
Application number: DE8807684U
Authority: DE
Original assignee: SCHWEIZER WERNER DR 3578 SCHWALMSTADT DE
Current assignee: SCHWEIZER WERNER DR 3578 SCHWALMSTADT DE
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1988-09-01

Description

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Beschreibung

Vorrichtung zur Trennung des Sauerstoffs vom Stickstoff aus Luft

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung des Sauerstoffs vom Stickstoff aus Luft.

Zur Gewinnung von Sauerstoff aus Luft ist bekannt, Gas/Luft zu verflüssigen. Hierbei wird nach dem bekannten klassischen Verfahren nach Linde so vorgegangen, daß die Luft zunächst bis auf 200 Atmosphären komprimiert wird, und anschließend eine Abkühlung in einem Wärmetauscher und anschließende Drosselentspannung erfolgt. Hierbei wird der sog. Joule-Thompson-Effekt ausgenutzt. Darüber hinaus ist noch ein Verfahren nach Claude Heiland bekannt, bei dem nach Kompression ein Teil des Gases durch Entspannung in einer Entspannungsmaschine stark abgekühlt wird und der Abkühlung des restlichen Druckgases dient. Dieses wird dann anschließend in einem Drosselventil entspannt, wobei ein Teil Flüssigkeit entsteht.

Die vorgenannten Verfahren zur Luftzerlegung bedingen einen hohen apparativen und auch thermischen Aufwand und sind damit auch extrem kostenintensiv.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen und preiswerten Mitteln die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff aus Luft zu bewirken.

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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Trennung des Sauerstoffs vom Stickstoff die Luft in einem auf einer Welle angeordneten drehbaren geschlossenen Zylinder mit Ein- und Auslaßöffnungen in Rotation versetzt wird. Bei dieser Überlegung wird davon ausgegangen, daß das spezifische Gewicht des Sauerstoffs größer ist als das des Stickstoffs unter sonst gleichen Bedingungen. Auf Grund der unterschiedlicher, Hasser, ist auch die Diffusior.sgeschwindigkeit zwischen den beiden Elementen Stickstoff und Sauerstoff unterschiedlich, bei 20 Grad C liegt die Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff unterhalb von 500 m/s, die des ßtickstoff oberhalb von 500 m/s. Die Diffusionsgeschwindigkeit der einzelnen Moleküle ist hierbei ungerichtet. unter Ausnutzung der vorgenannten Tatsachen ergibt sich nun, daß bei einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit, der die Luft In einem Behalter unterworfen wird, sich der Sauerstoff am Behälterrand ansammelt, wohingegen der Stickstoff sich mehr in der Mitte des Behalters befindet. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, daß die Rotationsgeschwindigkeit so gewählt wird, daß die aufgrund der Zentrifugalkraft auf den Sauerstoff einwirkende Geschwindigkeit größer ist, als dessen Diffusionsgeschwindigkeit, die aufgrund der Rotationsbewegung auf den Stickstoff einwirkende Geschwindigkeit aber geringer ist als dessen Diffusionsgeschwindigkeit. Bei einem Zylinderdurchmesser von 100 mm und einer Temperatur von 20 Grad C ist hierzu eine Drehzahl von etwa 96.000 U/min, erforderlich.

Im einzelnen ist die Ausbildung der Erfindung so getroffen, daß die Welle zum Einlaß der Luft in den Zylinder eine konzentrische Bohrung aufweist, an die sich horizontale öffnungen im Bereich des Zylinders anschließen.

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Im unteren Randbereich des Zylinders befinden sich AuslaBöffnungen für den Sauerstoff und im Boden, zur Mitta hin Auslaßöffnungen für den Stickstoff. Auf dem Boden des Zylinders sind mechanische Trennmittel zur Trennung des Stickstoffs vom Sauerstoff vorgesehen; das mechanische Trennmittel ist hierbei ein auf dem Zylinderboden zwischen den Aualaaoffnungen für den Stickstoff und den Sauerstoff befindlicher zylindrischer Mantel, der in seiner Höhe etwa der halben Zylinderhöhe entspricht.

Der Wirkungsgrad der Vorrichtung wird noch dadurch Verbessert, daß im oberen Bereich des Zylinders auf der Welle •in Kegelstumpf oder Konus angeordnet ist, wobei auf dem Konus oder Kegelstumpf vier Leitbleche angeordnet sind, durch die der obere Teil des Zylinders in vier Segmente unterteilt 1st. Zwischen Konusrand und ZyIinderwandung befindet sich hierbei ein Spalt, der in etwa den Abstand entspricht, den der zylindrische Mantel von der Zylinderwandung aufweist. Durch die Rotation des Zylinders entsteht in der als öffnung dienenden konzentrischen Bohrung der Welle ein Sog, durch den • tändig Frischluft in den Zylinderinnenrat.m gesaugt wird. Diese Luft drängt die bereits in der oberen Hälfte des lylinders befindliche Luft durch den zwischen Konusrand und lylinderwandung bestehenden Spalt in den unteren Teil des lylinders. Hier erfolgt nun die Trennung des Sauerstoffs von •tickstoff; denn bedingt durch die höhere Diffusionsge-■ chwindlgkeit -*-* Stickstoffs wird sich dieser mehr in der Mitte des Zylinders ansammeln, woningegen der Sauerstoff sich an der Zylinderwandung konzentriert. Dieser Effekt tritt Jedoch nur auf, wenn, wie bereits oben aufgeführt, die durch die Rotation erzeugte Zentrifugalgeschwindigkeit geringe·.- st

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als die Diffusionsgeschwindigkeit des Stickstoffs, aber größer als die des Sauerstoffs. Wie bereits ausgeführt, betrftgt die hierzu erforderliche Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders etwa 96.000 D/min, bei 20 Grad C und einem Zylinderdurchmesser von 100 mm.

Die Lagerung der Welle erfolgt nach einem Merkmal der Erfindung durch zwei aufeinander sitzende Rollenlager, um hierdurch die Drehzahl der Lager herabzusetzen.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in einer Seitenansicht; Fig. 2 zeigt die Vorrichtung im Schnitt gemäß der Linie A-A aus Fig. 1.

Die Vorrichtung besteht aus dem geschlossenen Zylinder 1, der mit der Welle 2 fest verbunden ist; die Welle 2, die über einen insgesamt mit 3 bezeichneten Antrieb in Rotation versetzt wird, weist eine konzentrische Bohrung 4 auf, an die sich im Bereich des oberen Teils des Zylinders 1 als Ausgange ausgebildete Bohrungen 5 anschließen. Im Bereich dieser als Auslässe auegebildeten Bohrungen S ist der Zylinder durch Leitbleche 6 in vier Segmente aufgeteilt. Unterhalb der Leltblecha 6 befindet sich der Konus 10, der mit seinem äußeren Rand 10a zur Wandung la des Zylinders 1 einen Abstand bildet, der in etwa dem Abstand des auf dem Zylinderboden Ib angeordneten zylindrischen Mantels 7 von der Wandung la des Zylinders 1 entspricht. Der Mantel 7 unterstützt die Trennung des Stickstoffs vom Sauerstoff auf mechanischen Wege.

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Der Sauerstoff und der Stickstoff selbst werden durch bestimmte im Boden oder nahe des Bodens angeordnete Öffnungen 8 und 9 abgezogen. Die Auslaßöffnungen 8 für den Sauerstoff sind mit einem feststehenden hohlen Ring 13 umgeben. Dieser Ring 13 ist auf der Zylinderwandung la mittels eines flüssigkeitsgeschmierten Lagers, in der Zeichnung mit 14 angedeutet, gehalten* Durch die Auswahl einer geeigneten Flüssigkeit wird eine gute Schmierung erreicht und es wird darüber hinaus verhindert, daß der Sauerstoff durch das Lager hindurch in die Umgebungsluft diffundiert. An dem Ring 11 selbst sind nun Mittel zum Abziehen des Sauerstoffs angebracht.

Om zu verhindern, daß die Lagerung 11, 12 der Helle durch die hohen Drehzahlen, die bei einem Durchmesser des Zylinders von 100 mm 96.000 U/min betragen, überlastet werden, besteht jede Lagerung aus zwei übereinander angeordneten Kugelrollenlagern. Hierdurch wird erreicht, daß die Relativgeschwindigkeit der einzelnen Lagerkörper zueinander vermindert wird.

Claims

Vorrichtung zur Trennung des Sauerstoffs vom Stickstoff

aus Luft

gekennzeichnet, durch einen auf einer Weiie (2) drehbaren, geschlossenen

Zylinder (1) mit Ein- und AuslaBöffnungen.

Vorrichtung nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) eine konzentrische Bohrung (4) aufweist, an dis sich horizontale öffnungen (5) im Bereich des

Zylinders anschließen.

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,V 3. Vorrichtung nach Anspruch 1

; dadurch gekennzeichnet,

, der Zylinder (1) im unteren Randbereich AuslaBöffnungen

(8) für den Sauerstoff und im Boden zur Mitte hin Äuslaßöffnungen (3) für den Stickstoff aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und

_: dadurch gekennzeichnet, daß

f zwischen den Auslaßöffnungen für den Saue .Atoff und den

Stickstoff mechanische Trennmittel vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß

' das mechanische Trennmittel ein auf dem Zy1tnderboden

befindlicher zylindrischer Mantel (7) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5

dadurch gekennzeichnet, daß

die Huhe des zylindrischen Mantels (7) etwa der halben

Zylinderhöhe (1) entspricht.

?. Vorrichtung nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet, daß die obe.-e Hälfte des Zylinders (1) in Segmente aufgeteilt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2

dadurch gekennzeichnet, daß sich in der oberen Hälfte des Zylinders ein auf der Welle (2) angebrachter Konus (10) befindet.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Welle (2) jeweils zwei aufeinandersitzende Rollenlager (11, 12) vorgesehen sind.

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