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Verfahren und Einrichtung zur Durchführung von thermischen Gasreaktionen
bei Unterdruck
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung, um thermische
Gasreaktionen, die bei wesentlich niedrigerem als atmosphärischem Druck verlaufen,
mittels eines Paares von regenerativ betriebenen Reaktionsöfen durchzuführen, die
derart zusammenarbeiten, daß in wechselnd aufeinanderfolgenden Betriebsphasen jeweils
immer der eine Ofen aufgeheizt und der andere zur Durchführung der Reaktion benutzt
wird. Da hierbei jeweils das Aufheizen des einen Ofens durch eine Befeuerung bewirkt
wird, die praktisch nur bei wesentlich atmosphärischem Druck betrieben werden kann,
so muß also im Laufe der Verfahrensdurchführung immer der Gasinhalt eines Ofens
von Atmosphärendruck auf Unterdruck gebracht werden, und umgekehrt. Wenn diese Wechselungen
deswegen, um die mit dem Regenerativprinzip unvermeidlich verbundenen Schwankungen
der erzielbaren höchsten Reaktionstemperatur zwischen einem oberen und unteren Grenzwert
genügend klein zu halten, inkurzen Zeitabschnitten aufeinanderfolgen, so stellt
die Überführung des Gasinhalts eines Ofens von Atmosphärendruck bis auf den gewünschten
Unterdruck eine im ganzen gesehen starke zusätzliche Beanspruchung der den Unterdruck
erzeugenden Vorrichtung dar, die zu Schwierigkeiten in der Einrichtung und Betriebsweise,
mindestens zu starken Aufwandsvergrößerungen für Betriebsmittel und zu Verteuerungen
führt.
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Bei dem Verfahren und der Einrichtung nach der
Erfindung
werden diese Schwierigkeiten behoben und die Durchführung des Verfahrens durch Leistungssteigerungen
der verfügbarenEinrichtungenvergünstigt und verbilligt. Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Durchführung von thermischen Gasreaktionen bei Unterdruck mittels eines zusammenarbeitenden
Paars von regenerativ betriebenen Reaktionsöfen besteht darin, daß abwechselnd immer
zu gleicher Zeit der eine Ofen durchweine Befeuerung bei wesentlich atmosphärischem
Druck aufgeheizt und der andere Ofen zur Durchführung der Reaktion bei Unterdruck
benutzt wird und daß vor jeder Wechselung die Innenräume beider Öfen, während sie
kurzzeitig nach außen gänzlich abgeschlossen sind, untereinander in eine einen raschen
Druckausgleich ermöglichende Verbindung gebracht werden. Bei einer erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind zwei gesonderte Reaktionsöfen
mit wechselnd absperrbaren Zufuhren von Beheizungsstoffen und Reaktfonsausgangsgasen,
mit wechselnd absperrbaren Abfuhren von Beheizungsabgasen und mit wechselnd absperrbaren
AnscElüssen an eine Unterdruck erzeugende Vorrichtung versehen und besitzen als
wesentliches Erfindungsmerkmal eine Verbindung ihrer Innenräume z. B. durch eine
Rohrleitung, in die ein Absperrventil eingefügt ist, welches im Takte der übrigen
Wechselungsvornahmen durch die hierzu vorzusehende Umstellvorrichtung bedient wird.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme, daß vor jeder Wechselung die Innenräume
beider zu dieser Zeit nach außen gänzlich abgeschlossenen Öfen untereinander so
in Verbindung gebracht werden, daß ein rascher Druckausgleich zwischen ihnen ermöglicht
wird, hat zur unmittelbaren Folge, daß der hiernach sich einstellende gleich große
Gasdruck der Innenräume beider Öfen den Mittelwert zwischen dem atmosphärischen
Druck des einen und dem Unterdruck des anderen Ofens bildet. Wenn dann unmittelbar
hiernach der eine Ofen, um zur Durchführung der Reaktion benutzt zu werden, an die
den Unterdruck erzeugende Vorrichtung angeschlossen wird, um zunächst den dazu notwendigen
Unterdruck herzustellen und zugleich die Hauptmasse der von der vorhergegangenen
Aufheizung darin stehengebliebenen Verbrennungsabgase zu entfernen, so ergibt sich
aus dem erfindungsgemäß herbeigeführten Druckausgleich zwischen beiden Öfen, daß
die Unterdruck erzeugende Vorrichtung nur einen kleineren Gasvorrat von einem niedriger
liegenden Mittelwert des Gasdrucks auf den zur Reaktion notwendigen Unterdruck zu
bringen hat, als wenn sie nach der Wechselung unmittelbar an den unter atmosphärischem
Druck mit Abgasen gefüllten Ofen anzuschließen wäre, wie es ohne die Erfindung der
Fall sein müßte. Dies bedeutet eine erhebliche Arbeitsentlastung der Unterdruck
erzeugenden Vorrichtung.
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Zugleich wird aber auch der weitere wesentliche Vorteil erzielt, daß
die bei jedem Wechsel in das Unterdrucksystem und damit in die Reaktionserzeugnisse
eintretende Masse von Verbrennungsabgasen der Aufheizung wesentlich verkleinert
wird. Dies bedeutet, da Verbrennungsabgase im allgemeinen inerte, für das Reaktionserzeugnis
wertlose Beimengungen darstellen, eine wesentliche Verringerung derartiger Ballastbestandteile
und der durch sie hervorgerufenen Verdünnung des gasförmigen Reaktionserzeugnisses,
und dies ersichtlich um so mehr, je kürzer die jeweilige Dauer einer Wechselphase
und entsprechend je kleiner demgemäß die Durchsatzmasse an Reaktionsausgangsgasen
und Reaktionserzeugnissen ist. Im übrigen ist natürlich die Wirksamkeit der Erfindung
um so nachhaltiger, je niedriger, absolut gerechnet, der bei der Reaktion anzuwendende.
Unterdruck ist. Im einzelnen werden diese Verhältnisse durch ein am Schluß dieser
Beschreibung gebrachtes Zahlenbeispiel erläutert werden.
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Die Erfindung ist bei allen thermischen Gasreaktionen anwendbar,
die bei wesentlich niedrigerem als atmosphärischem Druck durchgeführt werden; hierzu
gehören im allgemeinen solche Umsetzungen gas- oder dampfförmiger Stoffe, die unter
Volumenvergrößerung verlaufen. Beispiele hierfür bieten die thermische Umwandlung
von Methan zu Acetylen und die Dehydrierung von Naphthenen zu Aromaten, etwa von
Hexahydrotoluol zu Toluol, zwei Reaktionen, für die hochliegende Umsetzungstemperaturen
und Unterdrucke von beschränkter Absolutgröße in Betracht kommen.
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Die Zeichnung gibt als Ausführungsbeispiel eine zur Durchführung
des $ erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Einrichtung als eine schematisch gehaltene
Ansicht, teilweise im senkrechten Schnitt, wieder.
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Die Hauptteile sind zwei Reaktionsöfen I und 2 von stehender turmartiger
Form, ein zwischen beiden angeordneter Wasch- und Kühlturm 3, ein an diesen Kühlturm
angeschlossener Dampfstrahlsauger 4 zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Unterdruckes
und ein hinter ihn geschalteter Wasch- und Kühlturm 5 Jeder der beiden untereinander
gleich ausgeführten Reaktionsöfen I und 2 ist eine regenerativ betriebene Vorrichtung
mit innerem, hochfeuerfestem Füllwerk 6, das auf dem Rost 7 abgestützt ist und im
regelmäßigen Wechsel durch eine Befeuerung aufgeheizt und zum Erhitzen des einzuführenden
Ausgangsgases und damit zur Durchführung der Reaktion benutzt wird. Zum Aufheizen
besitzt der Ofen eine oberhalb des Füllwerks angebrachte, als Befeuerungsverbrenner
ausgebildete Vorrichtung g mit Zufuhren 10 und 11 von Heizgas bzw. Luft, die durch
die Wechselventile 8 und 12 abzusperren sind; am Fußteil befindet sich das Abfuhrrohr
I4 mit der Absperrvorrichtung I3. Unterhalb des Trägerrostes 7 ist ein Zufthrrohr
I6 mit Absperr ventil 15 für das zu behandelnde Ausgangsgas und oberhalb des Füllwerks
ein Abfuhrrohr I7 zur Wegleitung des gasförmigen Gemisches von Reaktionserzeugnissen,
des sogenannten Spaltgasvs, angebracht.
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An dieses Ableitungsrohr 17 schließen sich eine Vorrichtung IS zur
Abschreckung der heißen Reaktionserzeugnisgase mittels Wasser oder einer anderen
Kühlflüssigkeit, die durch die absperrbaren Rohrleitungen 2I zugeführt wird, und
das Umstellventil 19 an. Die an dieses Ventil anschließende Rohrleitung 20 mündet
in den Fußteil des Wasch- und Kühlturms 3 ein und besitzt an ihrem tiefsten Punkt
einen absperrbaren Auslaß 26 zur Entfernung des überschüssig in und durch die Vorrichtungen
I8 und 19 gegangenen, flüssig gebliebenen Teils des Kühlmittels. Der Turm 3
enthält
im Innern ein Berieselungsfüllwerk 25, etwa aus mehreren Schichten von Füllkörperringen,
an der Spitze eine Zufuhr von geeigneter Kühlflüssigkeit durch die Rohrleitung 23
und die Verteilbrause 24 und am Fuß eine Abfuhr 28 für die verbrauchte Kühlflüssigkeit
und die ihr beigemengten Kondensate.
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Der obere Teil des Wasch- und Kühlturms 3 ist durch die Rohrleitung
22 an den Dampfstrahlsauger 4 angeschlossen, und dieser ist über die anschließende
Rohrleitung 27 mit dem Fußteil des hinter ihn geschalteten Wasch- und Kühlturms
5 verbunden. Dieser Waschturm enthält im Innern ein Füllwerk3I, etwa aus Füllkörperringen,
am Kopf eine Zufuhr 32 mitBrause 33 für Kühlwasser und am Fuß eine Abfuhr 34 für
das Gemisch von verbrauchtem Kühlwasser und abgeschiedenem Dampfkondensat. Zur Wegleitung
des abgehenden gekühlten Gasgemisches dient das oben angebrachte Abgangsrohr 35.
DerDampfstrahlsauger4 wird aus einer Rohrleitung 36 mit hochgespanntem frischem
Wasserdampf als Treibmittel beschickt.
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Erfindungsgemäß besitzen die beiden Öfen I und 2 eine Verbindung
ihrer Fußteile durch die Rohrleitung 29, in die ein Absperrventil 30 eingefügt ist.
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Dieses Absperrventil wird durch dieselbe Umstellvorrichtung, welche
die sämtlichen vorerwähnten, zu den Öfen I und 2 gehörigen Absperrorgane im regelmäßigen
Wechsel umzustellen hat, bedient. Die Umstellvorrichtung selbst ist in der Zeichnung
weggelassen; sie kann von beliebiger, für derartige Zwecke bekannter Bauart sein.
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Zur Erläuterung des Betriebs der beschriebenen Einrichtung und der
Verfahrensdurchführung sei angenommen, daß in der zu betrachtenden Wechselphase
der Reaktionsofen I die Aufheizung erfährt und der Reaktionsofen 2 zur Durchführung
der Reaktion benutzt wird. Demgemäß sind bei dem Ofen 2 die sämtlichen Vorrichtungen
8 bis 14 zur Zufuhr von Beheizungsstoffen und Abfuhr von Verbrennungsabgasen geschlossen
bzw. abgesperrt, dagegen die Vorrichtungen 15 und 16 zur Zufuhr von Reaktionsausgangsgas
und das Umschaltventil 19 für Reaktionserzeugnisgase geöffnet. Bei dem in Aufheizung
begriffenen Ofen I sind umgekehrt die Vorrichtungen I5, I6, 19 für Reaktionsausgangs-
und -erzeugnisgase geschlossen und die Vorrichtungen 8 bis 14 für die Zufuhr von
Beheizungsstoffen und Abfuhr von Abgasen geöffnet.
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In diesem Zustand wird bei dem Ofen I die Aufheizung des Fülhverks
6 durch die mit der Brennervorrichtung g geschaffene Befeuerung derart durchgeführt,
daß die obersten Füllwerkspartien die höchste Temperatur annehmen, während die durch
die Aufheizung stark abgekühlten Verbrennungsgase durch den Trägerrost 7 in den
Fußteil des Ofens abfallen und von hier durch den Auslaß I3, 14 weggeführt werden.
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DieseBefeuerung findet bei wesentlich atmosphärischem Druck, unter
dem die Beheizungsstoffe zuströmen und die Abgase abströmen, statt. Gleichzeitig
wird in dem Ofen 2 die Umsetzungsreaktion durch die thermische Behandlung der durch
Ig und I6 zugeführtenAusgangsgase durchgeführt. DieseBehandlungsgase strömen von
unten her durch das Füllwerk des Ofens, nehmen schließlich annähernd die Höchsttemperatur
der obersten Partien desselben an und werden hiernach über den Weg I7, I8, I9, 20
in den Wasch- und Kühlturm 3 geleitet. Dabei findet in der Vorrichtung I8 die plötzliche
Abschreckung der Gase mittels des durch die Rohre 21 zugeführten, eingespritzten
Kühlwassers statt. Da der Wasch- und Kühlturm 3 durch die Rohrleitung 22 mit dem
Dampfstrahlsauger 4 in Verbindung steht, befinden sich die Räume des Ofens 2, des
Kühlturms 3 und der zwischengeschalteten Vorrichtungen unter dem vom Sauger erzeugten
Unterdruck. Dieser besitzt im allgemeinen, um den Reaktionsverlauf zu begünstigen,
einen verhältnismäßig niedrig liegenden Absolutwert; er beträgt z. B. bei der Umwandlung
von Methan zu Acetylen etwa ein Zehntel des Atmosphärendrucks. Der Wasch- und Kühlturm
3 bewirkt die Abkühlung des die Reaktionserzeugnisse enthaltenden Gasgemisches bis
annähernd auf gewöhnliche Temperatur durch die von oben her durch 23 und 24 zugeführte
Berieselungsflüssigkeit, im allgemeinen kaltes Wasser. Die Abdämpfe des Dampfstrahlsaugers
4 werden in dem nachgeschalteten Kühlturm 5 ebenfalls durch das ihm von oben her
durch 32 und 33 zugeführte Berieselungswasser weitgehend abgekühlt und dadurch der
Wasserdampfballast aus dem angesaugten und weitergeförderten Gasgemisch entfernt,
das schließlich durch das Abgangsrohr 35 bei ungefähr gewöhnlicher Temperatur entweicht.
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Sobald als eine Reaktionsphase in dem Ofen 2 beendet ist, werden
zu gleicher Zeit einerseits bei dem Ofen 2 die Zufuhren I5, I6 und das Abgangsventil
19 für den Durchgang von Reaktionsstoffen und andererseits bei dem Ofen I die Zufuhren
und Abfuhren 8 bis I4 von Beheizungsstoffen und Abgasen geschlossen, jedoch die
weiter vorhandenen Anschlüsse an beiden Öfen zunächst noch geschlossen gehalten;
in diesem Zustand sind also beide Öfen nach außen gänzlich abgeschlossen. Der Ofen
2 steht dann unter dem starken Unterdruck des Reaktionsverlaufs und ist mit teilweise
umgesetzten Reaktionsgasen gefüllt. Der Ofen I steht unter dem wesentlich atmosphärischen
Druck der Befeuerung und ist mit Verbrennungsabgasen gefüllt. Es wird nun durch
die das ganze System bedienende Umsteilvorrichtung das Ventil 30 kurzzeitig geöffnet
und damit der Gasdruckunterschied in den beiden Öfen durch die Verbindungsrohrleitung
29 rasch ausgeglichen, wofür diese Leitung naturgemäß genügend weit und möglichst
kurz ausgebildet sein muß. Nach diesem Vorgang enthält der Ofen I nach wie vor nur
Verbrennungsabgase, der Ofen 2 dagegen ein Gemisch von Reaktionsgasen und herübergeströmten
Verbrennungsabgasen; die Gasräume beider Öfen stehen dann unter demselben, durch
den Druckausgleich entstandenen Gasdruck, der jedenfalls niedriger als atmosphärischer
Druck ist. Es wird nun bei dem Ofen 2 zuerst das Abgasumschaltventil I3 geöffnet
und dadurch über die Abfuhrrohrleitung I4 Verbrennungsabgas aus den Fuchskanälen
und dem Schornstein in den Ofen 2 zurückgesaugt, bis sich in demselben wesentlich
atmosphärischer Druck eingestellt hat; sodann werden die Zufuhren 8, 10 und I2,
II für Beheizungsstoffe geöffnet und die Befeuerung des Ofens 2 in Gang gesetzt.
Gleichzeitig wird bei dem Ofen I zunächst nur das Abgangsventil I9 geöffnet
und
dadurch der bis dahin vorhanden gewesene Gas druck seines Innenraumes, unter der
Saugwirkung des Dampfstrahlsaugers 4, auf den für die Reaktion benötigten Unterdruck
gebracht. Da der Ausgangsdruck für diese vorübergehende anfängliche Ab saugung auch
schon ein namhafter Unterdruck, nicht Atmosphärendruck, ist, gelingt diese Druckerniedrigung
bis auf den Reaktionsdruck sehr schnell. Erst wenn dies erreicht ist, wird die Zufuhr
15, I6 für Reaktionsausgangsgas des Ofens 1 geöffnet und dadurch eine neue Reaktionsphase
eingeleitet. Nach deren Beendigung setzt sich der Betrieb wie vorbeschrieben unter
Wechselung der Öfen fort.
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Es ist zu beachten, daß ein Dampfstrahlsauger als Unterdruckerzeugungsvorrichtung,
wie im beschriebenen Beispiel angegeben, auf das anzusaugende Gas-Dampf-Gemisch
als Masseförderer, nicht, wie etwa Kolben- oder Turbogebläse, als Volumenförderer
wirkt. In dem vorgeschilderten Verfahren wird beim Öffnen des Ventils 30 der Überströmleitung
29 jedesmal ein Teil der Masse des in dem einen ersten Ofen befindlichen Verbrennungsabgasgemisches
in den anderen zweiten Ofen herübergeleitet; dabei ist dies der kältere und somit
spezifisch schwerere Vollteil, daß heißt, ein den Durchschnitt übersteigender Masseanteil.
Es muß dann also der übrigbleibende, den Durchschnitt unterschreitende Masseanteil
von Verbrennungsabgasen durch den Dampfstrahlsauger 4 zusätzlich auf den Reaktionsunterdruck
gebracht werden, um jeweils den betreffenden Ofen erneut reaktionsbereit zu machen.
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Bei Unterdrucken von verhältnismäßig sehr niedriger Absoluthöhe,
wie sie für Reaktionszwecke der vorausgesetzten Art vorwiegend in Betracht kommen,
wird es sich meistens empfehlen, statt des einen im Beispiel gezeichneten Dampfstrahlsaugers
4 deren zwei oder noch mehr hintereinandergeschaltet anzuwenden und jedem derselben
einen Kühlturm 5 nachzuschalten, damit auf diese Weise der gesamte zu bewältigende
Druckunterschied in mehrere kleinere Druckstufen unterteilt wird.
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Beispiel Für eine Anlage zur Umwandlung von Methan in Acetylen mit
einer Erzeugung von rund 200 Nm³/h C2H2 sind aus den Reaktionsöfen 2500 Nm³/h oder
850 kg/h an Reaktionserzeugnisgas, sogenanntem Spaltgas, bei einem Unterdruck von
75 mm Hg absolut abzusaugen, d. h. praktisch gegen den äußeren Atmosphärendruck
bis auf diesen niedrigen Druck zu expandieren. Jeder der beiden Öfen hat ein gesamtes
Leervolumen von I2,5 m3 und enthältbeiAtmosphärendruck und der Betriebstemperatur,
deren Mittelwert rund 7000 G ist, 3,5 Nm8 = 4,5 kg Verbrennungsabgas.
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Die Absaugung geschieht durch Dampfstrahlsauger, die Absaugleistung
für ein bestimmtes Druckwiderstandsgefälle ist daher proportional dem geförderten
Gasgewicht. Das Arbeftsäquivalent für diese Förderung von 1 kg Gas bei der Expansion
(760 -75) mm Hg sei gleich A.
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Das Umstellen wird in Zeitabständen von je 1 Min. = 6o Sek. durchgeführt;
hierbei beträgt in jedem Arbeitsspiel der Zeitaufwand für das Umstellen selbst einschließlich
Nebenarbeiten (Druckausgleich + Abgasabsaugung) I2 Sek., also die Nettoarbeitszeit
für die Reaktion 48 Sek. Es werden also je Stunde 60 Umstellungen bzw. Arbeitsspiele
vollführt.
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Bei der erfindungsgemäß vorzunehmenden, innerhalb des Umstellens
erfolgenden kurzzeitigen Verbindung der beiden Öfen zwecks Gasdruckausgleich stellt
sich 760 + 75 in beiden ein mittlerer Druck von angenähert 2 = 417 mm Hg ein. Es
verringert sich also die im unmittelbar vorher aufgeheizten Ofen stehende Verbrennungsgasmasse
von 4,5 kg auf 4,5.417 = 2,47 kg.
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760 In Wirklichkeit ist die Verringerung sogar noch erheblich stärker,
als diese Durchschnittsrechnung ergibt, weil vorwiegend der kältere und spezifisch
schwerere Anteil des Verbrennungsabgases in den anderen Ofen überströmt und der
heißere, also spezifisch leichtere Teil im ersten Ofen zurückbleibt; dieser vergünstigende
Umstand wird hier außer acht gelassen. Die vorgerechnete Gasmasse ist nach dem Umstellen
und Anschließen dieses Ofens an die Unterdruckerzeugungsvorrichtung zusätzlich abzusaugen,
aber nur über den Druckunterschied (417-75) mm Hg zu expandieren. Das Arbeitsäquivalent
für diese Förderung von I kg Gas ist mit der oben eingeführten 417-75 Bezeichnung
nur gleich 760 - 75 . A = 0,5 A.
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Ergebnis mit Anwendung der Erfindung: Die vom Dampfstrahlsauger in
einem Arbeitsspiel zu schaffende Expansionsarbeit E zum Leersaugen eines Ofens bis
auf den Unterdruck 75 mm Hg beträgt: 850 E = 6o . A + 2,47 . 0,5A (I) = I4,I7A +
I,235A =15,4A.
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Da der Sauger den eigentlichen Nutzanteil 8650 A = I4,I7 A in 48
Sek. leistet, benötigt er für den während der Umstellung zu leistenden Zusatzanteil
im Betrage von 2,47 . o,5 A = I,235 A die zusätzliche Zeit 1,235. 48 4,2 Sek. Als
weiterer Zeitaufwand 14,17 = kommt doch derjenige für das Öffnen und Schließen de's
Druckausgleichventils hinzu, der mit I,8 Sek. zu veranschlagen ist. Dann bleibt
innerhalb eines Arbeitsspiels für das eigentliche Umstellen eine Zeitdauer von 6o-
(48 + 4,2 + 1,8) = 6 Sek. übrig.
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Wenn man nun ohne Anwendung der Erfindung, also ohne den kurzzeitigen
Druckausgleich der beiden Öfen arbeitet, so ist für eine Umstellung der volle Gasinhalt
eines Ofens, und zwar von Atmosphärendruck 760 mm Hg bis auf den Unterdruck 75 mm
Hg zu expandieren. Die dementsprechende Zusatzarbeit ist, wie sich aus folgendem
ergeben wird, ungefähr 4,5mal größer als im obigen Fall.
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Wenn man nämlich wiederum je Stunde 60 Arbeitsspiele zu je insgesamt
60 Sek. vollführen will, so muß man jetzt, wegen des längeren Zeitaufwandes für
das Absaugen des Verbrennungsgasinhalts eines Ofens, die Nutzarbeitszeit der Reaktion
von 48 Sek. des obigen Falls verkürzen, und zwar auf 39 Sek. Dann ist
zunächst
die effektive Reaktionsleistung des Ofens im 48 Verhältnis 49 = 1,23 oder um 23
°/0 zu steigern, und praktisch in demselben Maße, also annähernd im Verhältnis 5
: 4, ist der Ofen und damit auch sein Gasinhalt zu vergrößern. Es ist also auch
die I,23fache Verbrennungsgasmasse je ein Arbeitsspiel abzusaugen, das sind 4,5
. 1,23 = 5,5 kg, und der Arbeitsaufwand dafür ist 5,5 A. Gegenüber dem entsprechenden
Arbeitsaufwand 1,235 A im ersten Fall ist dies, wie 5,5 schon gesagt, das 1,235
- = 4,5fache.
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Ergebnis ohne Anwendung der Erfindung: Die vom Dampfstrahlsauger
in einem Arbeitsspiel zu schaffende Expansionsarbeit E0 zum Leersaugen eines Ofens
bis auf den Unterdruck 75 mm Hg beträgt 850 E0 = 60 A + 5,5A (11) = I4,I7 A + 5,5
A = I9,67 A -Da der Sauger den eigentlichen Nutzanteil 860 A = I4,I7A in 39 Sek.
leistet, benötigt er für den 5,5 . 39 Zusatzanteil 5,5 A die zusätzliche Zeit von
14,17 = I5 Sek. Es bleiben also für das eigentliche Umstellen 6o - (39 + I5) = 6
Sek. übrig, genau wie im ersten Fall.
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Die Gegenüberstellung beider Fälle ergibt für je ein Arbeitsspiel
von 60 Sek.:
| Saugarbeit Reine Nutzzeit Absaugzeit Reine |
| für den Ofen der Reaktion für Abgase Umstellzeit |
| (brutto) |
| (I) mit Erfindung I5,4 A 48 Sek. 6 Sek. 6 Sek. |
| (II) ohne |
| Erfindung I9,67 A 39 Sek. I5 Sek. 6 Sek. |
| Vergrößerung |
| (II) gegen (I) . 1,28fach oder 2,5fach oder |
| 28 0/o mehr I50 Olo mehr |
Hieraus folgen unmittelbar die bedeutende Überlegenheit und der Fortschritt der
Erfindung. Erst durch Anwendung gelangt man zu einem technisch und wirtschaftlich
befriedigenden Verhältnis der Nutzzeit der Reaktion zu der Totzeit des Umstellens
innerhalb der Gesamtzeit und demzufolge zu annehmbaren Größen der Aufwendungen für
Einrichtung und Betrieb.
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Eine gemäß der Erfindung erzielbare Reaktionszeit von 48 Sek. bei
der Gesamtzeit von 60 Sek. oder eine damit gleichbedeutende Zeitausnutzung von 48
= 0,80 60 ist befriedigend und tragbar, dagegen ein ohne die Erfindung sich einstellendes
Zeitverhältnis von 39 : 6o Sek. oder eine damit gleichbedeutende Zeitausnutzung
von 39 = o,6s ist völlig ungenügend und viel zu 60 ungünstig. Diese letztere Zeitausnutzungszahl
zeigt für sich allein schon, daß dieverfügbarenEinrichtungen, Öfen und Dampfstrahlsauger,
viel zu unvorteilhaft ausgenutzt werden, so daß sie für übermäßig große Leistung
vorgesehen werden müssen. Für die Öfen war oben, gegenüber den Verhältnissen der
Erfindung, dieses Mehr zu 23% und für die Absaugungsarbeit, soweit sie den Ofen
betrifft, sogar zu 28 010 festgestellt worden. Entsprechend diesem Mehr an Absaugungsarbeit
erhöht sich der Dampfverbrauch der Dampfstrahlsauger. Die Vergrößerung der Öfen
hat selbstverständlich auch einen erhöhten Wärmestrahlungsverlust derselben zur
Folge, so daß auch die Wärmewirtschaft des Betriebes verschlechtert wird. Außerdem
kann die Vergrößerung des Reaktionsraumes bei gleicher Durchsatzleistung den chemischen
Reaktionsablauf beeinträchtigen. Im übrigen ist selbstverständlich ein größerer
Ofen auch erhöhten Abnutzungen und Ausbesserungskosten unterworfen.
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Wollte man die bei Anwendung der Erfindung notwendige, offenbar ein
Minimum darstellende Größe des Ofens beibehalten, so müßte man bei Nichtanwendung
der Erfindung dafür sorgen, daß die in diesem Falle größere Masse der in einem Arbeitsspiel
vom Ofen aufgespeicherten Verbrennungsabgase in derselben Zeit wie vorher von Atmosphärendruck
bis auf den Reaktionsunterdruck expandiert und abgesaugt würde.
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Hierzu müßte aber die Leistungsgröße der Dampfstrahlsauger nach obigen
Berechnungen auf ungefähr das 4fache gesteigert werden. Dies wäre natürlich ein
praktisch ganz unannehmbarer Ausweg.
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Ohne Anwendung der Erfindung würde man im übrigen, abgesehen von
den vorstehend nachgewiesenen Mehraufwendungen für Einrichtungs- und Betriebskosten
zur Durchführung der Reaktion und der Absaugung, auch das Reaktionserzeugnis durch
erhöhten Ballast an inerten Abgasen stärkerverdünnen.
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Dies käme aber wiederum auf erhöhte Aufwendungen bei der Weiterverarbeitung
des Reaktionserzeugnisgemisches zum Ausdruck.
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Die im vorstehenden Beispiel vorgerechneten und nachgewiesenen Ergebnisse
werden offenbar wesentlich durch den Umstand bedingt, daß die Dauer eines Arbeitsspiels,
d. h. der Zeitabstand zwischen zwei Umstellungen, verhältnismäßig kurz, nämlich
nur 60 Sek. ist. Diese kurze Dauer wird bei der regenerativen Betriebsweise der
Öfen benötigt, um mit beschränkten und wirtschaftlich tragbaren Größen der Wärmeaustauschflächen
bzw. der Füllwerksmasse hinreichend kleine Temperaturschwankungen, die aus der Aufspeicherung
und Entspeicherung von Wärme folgen, zugleich aber auch genügend große Durchströmgeschwindigkeiten
für die Reaktionsgase zu sichern. Dies ist aber bei vielen thermischen Gas-
reaktionenunerläßlich,weil
ihreAusbelite anReaktionserzeugnis nur bei Einhaltung sehr enger Temperaturbereiche,
meist auch begrenzter Aufenthaltszeiten innerhalb des Reaktionsraumes befriedigend
ausfällt.