DE88824C - - Google Patents
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Description
KA1SERUCHHs Ä|KA 1 SERUCHHs Ä |
PATENTAMT.PATENT OFFICE.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Arbeitsverfahren und eine zu dessen Ausübung erdachte Maschine, mittelst deren atmosphärische Luft oder andere Gase verflüssigt werden, wesentlich zu dem Zwecke, um die Trennung von Gasgemischen, z.B. atmosphärischer Luft, durchzuführen.The subject matter of the present invention is a working method and one for its practice invented machine, by means of whose atmospheric air or other gases are liquefied, essential for the purpose of separating gas mixtures, e.g. atmospheric air, perform.
Der Arbeitsprocefs beruht beispielsweise für atmosphärische Luft auf der bekannten, von den Physikern beobachteten Thatsache, dafs der Sauerstoff, obwohl sein Siedepunkt höher liegt als derjenige des Stickstoffes, nur gemeinsam mit einem Theil des Stickstoffes verflüssigt werden kann, dafs dagegen aus der verflüssigten und alsdann zur Verdampfung gebrachten Mischung zuerst der Stickstoff ausscheidet, so dafs dieselbe immer sauerstoffreicher wird, je länger die Verdampfung dauert.The working process for atmospheric air, for example, is based on the well-known von the physicists observed the fact that oxygen, though its boiling point is higher lies as that of nitrogen, only liquefied together with part of the nitrogen can be that, on the other hand, from the liquefied and then brought to evaporation The mixture first separates the nitrogen, so that it becomes ever richer in oxygen, ever longer evaporation takes.
Die Verflüssigung atmosphärischer Luft wurde bisher von den Physikern in der Weise vorgenommen, dafs sie stufenweise Verflüssigungen und Wiederverdampfungen von immer flüchtigeren Stoffen (wie Kohlensäure, Stickoxydul, Aethylen u. A.) auf einander folgen liefsen.The liquefaction of atmospheric air has hitherto been carried out by physicists in such a way that that they are gradually liquefied and re-evaporated from ever more volatile ones Substances (such as carbonic acid, nitrogen oxide, ethylene, etc.) flowed one after the other.
In mehreren Patentschriften, zuerst in der englischen Patentschrift Nr. 2064/1857 des Dr. William Siemens, findet sich hierfür ein anderes Verfahren beschrieben, darin bestehend, dafs comprimirtu Luft, in einem Cylinder Arbeit verrichtend, expandiren soll, Wobei ihr das Aequivalent der nach aufsen abgegebenen Arbeit entzogen wird, und dafs die hierdurch erzielte Temperaturerniedrigung mittelst eines Wärmeaustauschapparates fortdauernd von der expandirten auf die comprimirte Luft übertragen werden soll, so dais die Temperaturen beim Beginn und am Ende der Expansion so lange sinken, bis die Verflüssigung eintritt.In several patent specifications, first in English patent specification No. 2064/1857 by Dr. William Siemens, another method is described for this purpose, consisting in that compressed air, doing work in a cylinder, is supposed to expand, whereby you do that The equivalent of the work given externally is withdrawn, and that that is the result The temperature decrease achieved by means of a heat exchange device is continuously changed by the expanded to be transferred to the compressed air, so that the temperatures at The beginning and the end of the expansion decrease until liquefaction occurs.
Dieses Verfahren hat sich jedoch in der Praxis als undurchführbar erwiesen und ist es nicht gelungen, damit thatsächlich bis zur Verflüssigung der Luft zu gelangen. Es hat dies seinen Grund in der Unmöglichkeit, einen Expansionscylinder bei Temperaturen, welche unter der kritischen Temperatur der Luft (das ist ·— 1400 C.) liegen, überhaupt noch in Betrieb zu erhalten und denselben mit seinem Triebwerk genügend gegen Wärmeaufnahme von aufsen zu schützen.However, this process has proven to be impracticable in practice and has not actually succeeded in liquefying the air. The reason for this is the impossibility of keeping an expansion cylinder in operation at temperatures below the critical temperature of the air (that is - 140 ° C.) and of keeping the same with its engine sufficiently against heat absorption from outside protection.
Es lassen sich durch das vorbeschriebene Verfahren demnach mehrere Bedingungen nicht erfüllen, von denen die Erreichung des Zieles absolut abhängig ist. Dagegen ist es unter Benutzung des neu erfundenen und nachstehend beschriebenen Verfahrens gelungen, beliebige Mengen von flüssiger Luft im Dauerbetriebe herzustellen.Accordingly, several conditions cannot be met by the method described above fulfill, on which the achievement of the goal is absolutely dependent. On the other hand, it is under Using the newly invented method described below succeeded in achieving any To produce quantities of liquid air in continuous operation.
Läfst man ein Gas unter einem gewissen Druck in einen Raum ausströmen, in welchem ein niedrigerer Druck herrscht, so ist nach den Gesetzen der Thermodynamik die Temperatur des ausgeströmten Gases, nachdem es wieder zur Ruhe gelangt ist, dieselbe,-'welche ihm vor dem Ausströmen eigen war, so lange das Gas vollkommen den Gesetzen von Mariotte und Gay-Lussac folgt, so lange also die inneren anziehenden Kräfte der kleinsten Theile keinen merkbaren Einflufs auf den Wärmezustand haben. Sobald aber mit einer Volumvergröfserung ein Verbrauch von latenter Wärme zur Ueberwindung dieser inneren Kräfte verbunden ist, so wird das Gas nach der Aus-If you let a gas flow out under a certain pressure into a room in which If the pressure is lower, then, according to the laws of thermodynamics, the temperature is of the emitted gas, after it has come to rest again, the same - 'which before it was peculiar to the outflow as long as the gas fully complied with the laws of Mariotte and Gay-Lussac does not follow as long as the inner attractive forces of the smallest parts do not have a noticeable influence on the state of heat. But as soon as with a volume increase a consumption of latent heat is associated with overcoming these internal forces is, the gas is
Strömung eine niedrigere Temperatur zeigen als vorher. Nun sind bekanntlich für atmosphärische Luft die vorgenannten Gesetze selbst bei gewöhnlichem Wärmezustand nicht streng richtig, und haben insbesondere die bekannten Versuche von Thomson und Joule ergeben, dafs thatsächlich bei dem Ausströmen eine gewisse Abkühlung eintritt, und zwar beträgt diese Abkühlung in Graden nach der Celsiusschen ScalaFlow show a lower temperature than before. Well known to be for atmospheric Air does not strictly adhere to the aforementioned laws even in a normal state of heat correct, and in particular the well-known experiments by Thomson and Joule have shown that that a certain cooling actually takes place during the outflow, and indeed amounts to this cooling in degrees on the Celsius scale
wenn ρ 2—ρl die Druckdifferenz in Atmosphären und T die absolute Ausflufslemperatur bedeutet. if ρ 2 - ρ l is the pressure difference in atmospheres and T is the absolute outlet temperature.
Je mehr das specifisehe Volumen der Luft (durch Druckvermchruiig und Temperaturverminderung) verkleinert wird, desto erheblicher ist diese Abkühlung. Von diesem gesetzlichen Zusammenhange wird in der vorliegenden Maschine der folgende Gebrauch gemacht:The more the specific volume of the air (by pressure and temperature reduction), the more significant is this cooling. This legal context is used in the present Machine made the following use:
In der Zeichnung stellt C einen Compressor dar, mittelst dessen die Luft vom Drucke pl auf den höheren Druckp- versetzt wird, wobei sie sich von der Temperatur t' auf die Temperatur t'1 erwärmt. Indem die Lull alsdann den Kühlapparat K passirt, in welchem ihr durch Kühlwasser oder durch eine andere verfügbare Kältequclle Wärme entzogen wird, sinkt ihre Temperatur bei constantem Druck-2 von t'2 auf i3.In the drawing, C represents a compressor, by means of which the air is shifted from the pressure p 1 to the higher pressure p- , whereby it heats up from the temperature t 'to the temperature t' 1. As the Lull then passes through the cooling apparatus K , in which heat is withdrawn from it by cooling water or by some other available source of cold, its temperature drops from t ' 2 to i 3 at constant pressure-2 .
In diesem Zustande wird die Luft einem möglichst vollkommen functionirenden und gegen Wärmeaufnahme von aufsen möglichst gut geschützten Gegenstromapparat G1 zugeführt und wird beim Durchgang durch denselben (aus sogleich ersichtlich werdender Ursache) ihre Temperatur weiterhin (auf t*) herabgemindert. Am Ende dieses Gegenstromapparates G1 befindet sich nämlich ein Regulirventil R1, durch welches die Luft in das (ebenfalls sorgfältig gegen Wärmeaufnahme geschützte) Gefäfs V1 ausströmt, woselbst der Druck p1 herrscht. In this state, the air is fed to a countercurrent apparatus G 1 that is as perfectly functioning as possible and protected as well as possible against heat absorption from the outside, and its temperature is further reduced (to t *) when passing through it (for the reason that will become immediately apparent). At the end of this counterflow apparatus G 1 there is namely a regulating valve R 1 through which the air flows out into the vessel V 1 (also carefully protected against heat absorption), where the pressure p 1 prevails.
Nach dem Ausströmen wird die Luft eine Temperatur i5 zeigen, welche um so tiefer unter £4 hegt, je gröfser die Druckdifferenz p-—pl und je tiefer die Temperatur t* ist. Mit der Temperatur f5 wird nunmehr die Luft in dem Gegenstromapparat G1 der ankommenden Luft entgegengeführt und wird hierdurch deren Temperatur vor dem Ausströmen weiter erniedrigt, so dafs die beiden Temperaturen f4 und fr> fortdauernd sinken, so lange, bis eine Zuführung von Wärme von aufsen oder bis ein Freiwerden von Wärme im Innern den Beharrungszustand herstellt. Das letzlere tritt ein, sobald die Abkühlung bis zum Condensationspunkt der atmosphärischen Luft vorgeschritten ist, indem alsdann eine Verflüssigung beginnt, bei welcher latente Wärme frei wird. Nach eingetretenem Beharrungs/.usland wird ein ganz bestimmter und sich selbst regulirender Theil der ausströmenden Luft in flüssigem Zustand sich im Gefäfs V1 sammeln, während der übrige Theil durch den Gegenstromapparat zum Compressor C zurückkehrt. Die im Gefäfs V1 angesammelte Flüssigkeit aber gelangt durch ein zweites Regulirventil R" in das Gefäfs V-, in welchem atmosphärischer Druck ^0 herrscht. Bei der Druckreduclion von p1 i\u(p" verdampft ein Theil der Flüssigkeit, und zwar ein Theil des Stickstoffes. Indem alsdann der Flüssigkeit in dem Gefäfse F- Wärme dadurch zugeführt wird, dafs ein mehr oder weniger grofser Theil der vom Compressor C auf p2 gebrachten Luft durch die Spirale s strömt, kann die Abdampfung des Stickstolfes beliebig weiter geführt und alsdann durch den Hahn /; die verbleibende Sauerstoffmisehung (bezw. der reine Sauerstoff) zum Abflufs gebracht werden. Der bei /1 entweichende Stickstoff tauscht in einem Gegenstromapparat G2 Wärme gegen die ankommende comprimirte Luft aus. Wenn der Sauerstoff nicht als Flüssigkeit, sondern als Gas gewonnen werden soll, so lit ist man die Flüssigkeit durch den Gegenstromapparat G''1 einer dritten Partie der comprimirten Luft entgegenströmen, wobei die zur Verdampfung und Wiedererwärmung des Sauerstofl'cs erforderliche Wärme der comprimirten Luft entzogen wird. Auf solche Weise wird eine vollständige Wiedergewinnung der zur Abkühlung und Verflüssigung der Luft aufgewendeten Kälte erreicht und hat die Maschine lediglich die zur Deckung der Verluste erforderliche Kälte zu produciren.After flowing out, the air will show a temperature i 5 , which is lower than £ 4 , the greater the pressure difference p- - p 1 and the lower the temperature t * . With the temperature f 5 , the air in the countercurrent device G 1 is now directed towards the incoming air and its temperature is thereby further reduced before it flows out, so that the two temperatures f 4 and f r> fall continuously until a supply of Warmth from outside or until a release of warmth inside establishes a state of equilibrium. The latter occurs as soon as the cooling has progressed to the point of condensation of atmospheric air, in that a liquefaction then begins, at which latent heat is released. After steady eingetretenem / .usland is a very specific and collect itself regulirender part of the outflowing air in a liquid state in the vessel, V 1, while the remaining part returns through the countercurrent apparatus for Compressor C. The collected in the vessel, V 1 liquid but passes through a second Regulirventil R "in the vessel, V-, in which atmospheric pressure prevails ^ 0th When Druckreduclion of p 1 i \ u (p" vaporizes a portion of the liquid, namely Part of the nitrogen. When the liquid in the vessel F-heat is then supplied by the fact that a more or less large part of the air brought by the compressor C to p 2 flows through the spiral s , the evaporation of the nitrogen can be continued at will and then The remaining oxygen mixture (or the pure oxygen) can be drained through the tap /. The nitrogen escaping at / 1 exchanges heat for the incoming compressed air in a countercurrent apparatus G 2. If the oxygen is not as a liquid but as a gas is to be obtained, so lit one is the liquid through the countercurrent apparatus G '' 1 flow counter to a third portion of the compressed air, with the evaporation and rewarming of the oxygen, the heat required is withdrawn from the compressed air. In this way, a complete recovery of the cold used to cool and liquefy the air is achieved and the machine only has to produce the cold necessary to cover the losses.
Zur Füllung der Maschine mit Gas und zum Ersatz des verflüssigten Gases dient die Speisepumpe P. The feed pump P is used to fill the machine with gas and to replace the liquefied gas.
Das Leistungsverhältnifs der vorliegenden Maschine erscheint abhängig insbesondere von folgenden Bedingungen:The power ratio of the present machine appears to be dependent in particular on the following conditions:
Da nach obenstehender Formel die Abkühlung pro Atm. Druckdifferenz nur ca. Y4 0 C. beträgt, so ist der Verflüssigungsprocefs nur unter Anwendung sehr grofser Druckdifferenz/'2—p1 möglich. Die Erfahrung hat gezeigt, dafs zur blofsen Deckung der Verluste^?2—^?1 gröfser als 20 Atm. sein mufs.Because according to the above formula the cooling per atm. Pressure difference just Y is 4 0 C., then the Verflüssigungsprocefs only using very grofser pressure difference / '2 - p 1 is possible. Experience has shown that to merely cover losses? 2 - ^? 1 greater than 20 atm. must be.
2. Um trotz solcher grofsen.'Druckdifferenzen die erforderliche Compressionsarbeit innerhalb mäfsiger Grenzen zu halten, mufs das Druck-. verhältnifs p2 —p1 möglichst klein gewählt werden. Setzt man beispielsweise^2 = 200 Atm. und p1 =100 Atm., so erhält man eine Abkühlung von ca. 250C. bei einem Arbeitsaufwand, welcher nicht gröfser ist, als wenn die Luft von einer auf zwei Atm. zu comprimiren wäre.2. In order to keep the required compression work within moderate limits in spite of such large pressure differences, the pressure. ratio p 2 - p 1 should be chosen as small as possible. For example, if one sets ^ 2 = 200 atm. and p 1 = 100 atm., so to obtain a cooling of about 25 0 C. in an effort which is not gröfser than when the air from one to two atmospheres. would be to compress.
3. Der ganze Apparat mufs, soweit sehr niedrige Temperaturen in demselben herrschen, vollständig in ein gut isolirendes Material ein-3. The whole apparatus must, insofar as very low temperatures prevail in it, completely in a well insulating material
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DE (1) | DE88824C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4304673A1 (en) * | 1993-01-05 | 1994-09-15 | Rauscher Georg | Method for liquefying gases, characterised in that liquid gas is evaporated at high pressure, expanded, liquefied, supercooled and, in the heat exchanger, is used as the coolant |
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DE4304673A1 (en) * | 1993-01-05 | 1994-09-15 | Rauscher Georg | Method for liquefying gases, characterised in that liquid gas is evaporated at high pressure, expanded, liquefied, supercooled and, in the heat exchanger, is used as the coolant |
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