PL8928B1 - Sposób i urzadzenie do rozdzielania mieszanin gazowych, zwlaszcza powietrza. - Google Patents

Description

Zapotrzebowanie energji przy rozdzie¬ laniu powietrza na jego glówne skladniki zalezy od wielkosci ponoszonych strat tem¬ peratury, od preznosci, która jest potrzeb¬ na do skroplenia cieczy plóczacej przy jednoczesnem odparowaniu tlenu cieklego oraz od ilosci gazu, który musi byc spre¬ zony do preznosci panujacej w skrapla czu, w celu otrzymania potrzebnej ilosci cieczy plóczacej. Poniewaz przy normal* nej preznosci powietrze skrapla sie przy —193°C, a tlen juz przy —182°C, wiec po¬ wietrze mozna skraplac przez odparowy¬ wanie tlenu tylko wtedy, gdy sie sprezy do 4—5 atm. Jezeli, jak dotychczas robiono, skroplic cala ilosc powietrza, która ma ulec rozkladowi, to trzeba powietrze sprezyc do 4—5 atm. Aby otrzymac np. 500 m3 czy¬ stego tlenu (co odpowiada oddzieleniu 2000 m3 azotu), trzeba sprezyc do 4 — 5 atm i skroplic 3000 m3 powietrza. Praca ta wymaga okolo 250 KM, gdy w rzeczy¬ wistosci nalezaloby spotrzebowac tylko 150 KM, bo potrzeba tylko 1500 m3 cie¬ czy plóczacej, tak ze 2/5 pracy zuzytej na sprezenie powietrza jest zmarnowane.Powyzsza wada uwydatnia sie jeszcze wiecej, jezeli nalezy oddzielic tylko 2/3 a- zotu, co w wielu razach jest wystarczaja¬ ce. Mozna stwierdzic, ze nalezaloby za^ wsze wydzielac calkowita zawartosc azo¬ tu, co nie jest niezbedne, bo przy wydzie¬ laniu 2/3 azotu preznosc w skraplaczu mo¬ ze wynosic 1 atm, a przy calkowitem wy-dzielaniu musi wynosic 4 atm, co wymaga o 100% wiecej nakladu energji.Aby np. wydzielic z powietrza 2000 m3 azotu (zamiast 3000 m3), trzeba poddac rozkladowi 4500 m3 powietrza przy jedno- stopniowej rektyfikacji i sprezyc je do 1 atm, podczas gdy wystarczyloby sprezenie tylko 1500 m3 powietrza oraz 1500 m3 cie¬ czy plóczacej.Przy zastosowaniu rektyfikacji dwu¬ stopniowej mozriaby wprawdzie zmniej¬ szyc te ilosc (4500 m3) powietrza sprezo¬ nego o 25%, biorac na drugim stopniu rek¬ tyfikacji jako ciecz plóczaca azot zamiast powietrza, przyczem wtedy mozna odzy¬ skac tlen zabrany przez oddzielony azot, lecz preznosc w skraplaczu nalezy w tyra przypadku podwyzszyc do 1,6 atm, przez co zapotrzebowanie sily wzrosnie o 25% tak, ze ostatecznie nie otrzyma sie przy- tem zadnej korzysci, tem bardziej, ze cale urzadzenie do przeprowadzenia takiego przebiegu jest wiecej zlozone.Powyzsza wade wiekszego zapotrzebo¬ wania pracy podczas skraplania calej ilo¬ sci powietrza usuwa patent niemiecki Nr 167 931. Wedlug tego patentu nalezy spre¬ zyc tylko tyle powietrza, ile potrzeba cie¬ czy plóczacej, a reszte powietrza wlacza sie jako powietrze sprezone. Nastepnie to powietrze skrapla sie w skraplaczu przez odparowywanie tlenu, a powietrze wtlo¬ czone sluzy do rektyfikacji.Sposób ten nie znalazl dotad praktyczr- nego zastosowania, bo uzywane obecnie ru¬ rowe oziebialniki przeciwpradowe nie na¬ daja sie do oziebiania niesprezonego lub malo sprezonego powietrza i dlatego spo¬ sób ten wymaga oziebiania powietrza w ilosci o 33—50% wiekszej, zaleznie od te¬ go czy ma byc caly azot wydzielony, czy tez tylko 2/3 jego zawartosci w powietrzu.Przedmiotem wynalazku niniejszego jest sposób oziebiania przy rozdzielaniu mieszanin gazowych.Odpowiednie urzadzenie obejmuje od- zysknice ciepla A', A", B', B" z przelacz¬ nikiem e, skraplacz powietrza i wyparnik tlenu b, rektyfikator c z zaworem regula¬ cyjnym dla cieczy plóczacej d.Oziebialniki, wykonane jako odzyskni- ce A* i A" pochlaniaja cieplo powietrza sprezonego, a po przelaczeniu pochlaniaja cieplo uzyskanego tlenu, podczas gdy od- zysknice B* i B" pochlaniaja cieplo wtla¬ czanego powietrza i cieplo wydzielonego azotu, odbywajacego droge powrotna.Przez odzysknice A* wpuszcza sie po¬ wietrze sprezone, które w górnym stopniu rektyfikacji sluzy jako ciecz do splókiwa- nia tlenu z powietrza wtloczonego, przy¬ czem otrzymuje sie ciecz zawierajaca Al% tlenu. Te ciecz odparowuje sie w wyparni- ku i przepuszcza przez odzysknice A", podczas gdy azot oddzielony odprowadza sie przez odzysknice B". W ukladzie prze¬ plywa przez poszczególne oziebialniki za¬ wsze inny gaz, niz przeplywal poprzedn:o, bo przy chlodzeniu przeplywa przez ozie¬ bialnik B4 powietrze wtlaczane, a przez o- ziebialnik A' powietrze sprezone, nato¬ miast w drodze powrotnej przeplywa przez oziebialnik A' tlen, a przez oziebialnik B' azot. Wagowa ilosc gazu przeplywajacego droge powrotna musi byc równa w kaz¬ dym oziebialniku wagowej ilosci gazu, któ¬ ry przedtem przeplywal w kierunku prze¬ ciwnym, bo inaczej jeden oziebialnik byl¬ by coraz zimniejszy, a drugi coraz cie¬ plejszy. Wagowa ilosc tlenu przebywajace¬ go powrotna droge przez odzysknice A* musi co najmniej byc ta sama jak ilosc przepuszczonego przedtem powietrza i ta¬ ka sama ilosc azotu wracajacego przez od¬ zysknice B' musi byc co najmniej równa i- losci przeplywajacego przedtem powie¬ trza. Poniewaz do uzyskania tlenu o 47 % - owej czystosci potrzeba wagowo w przy¬ blizeniu tyle cieczy plóczacej ile otrzymu¬ je sie (wagowo) tlenu, wiec mozna osia- - 2 —&hae stan równowagi cieplnej, jezeli do u- zyskanego tlenu doprowadzi sie przez od¬ zysknice A* odpowiednia ilosc powietrza sprezonego, a poniewaz ta ilosc wydzielo¬ nego azotu pokrywa sie równiez w przybli¬ zeniu z iloscia powietrza wtloczonego, wiec przez odzysknice B* wraca tyle azotu, ile powietrza wtloczono poprzednio.Wprowadza sie np. 3000 m3 powietrza wtloczonego do odzysknicy B* i 1500 m3 po¬ wietrza, sprezonego do odzysknicy A; wraca: przez odzysknice B' 3000 m3 wy¬ dzielonego azotu o zawartosci 98% N2, a przez odzysknice A' 1500 m3 tlenu o za¬ wartosci 47% 02. Ilosc powietrza (3000 m3) wtloczonego do odzysknicy B* zmniej¬ sza sie o ilosc otrzymanego z niego tlenu, ale wzamian przeplywa przez odzysknice B* odpowiednia ilosc azotu, wydzielonego z cieczy plóczacej,.Oprócz tego doprowadza sie wprost do rektyfikatora okolo 100 m3 powietrza cieklego, które otrzymuje sie w rozprezar- ce przez rozprezanie silnie sprezonego po¬ wietrza i które sluzy do pokrywania strat ciepla. Oziebialniki sa wykonane jako od¬ zysknice (rekuperatory) i moga byc wla¬ czane naprzemian. Do wypelnienia wnetrza oziebialników mozna uzyc pasków z bla¬ chy falistej 1 mm grubosci, szerokosc pa¬ sków wynosi 25 mm, przyczem paski te sa tak rozmieszczone wewnatrz oziebialnika, ze ich poszczególne warstwy stykaja sie z soba tylko za posrednictwem kilku pretów zelaznych, przez co zapobiega sie przewo»- dzeniu zimna przez metal (zamiast pasków z blachy mozna tez uzyc pierscieni blasza¬ nych lub blach dziurkowanych).Wtloczone wzglednie sprezone powie¬ trze przeplywa przez oziebialniki bez wiek- szego oporu, a poniewaz blachy faliste sa rozmieszczone w malych odstepach, wiec wszystkie czasteczki powietrza musza sie stykac z powierzchnia blachy.Powyzsza budowa odzysknic z pasków blaszanych umozliwia uzyskanie 1Ó00 m2 powierzchni czynnej' (na której odbywa sie wymiana ciepla) w 1 m3 objetosci odzyskni¬ cy, której .powierzchnia zewnetrzna wynosi zaledwie 5 m2, wskutek czego straty zimna i zapotrzebowania energji na pokrycie tych strat sa bardzo male. Zapotrzebowanie sily przy oddzielaniu 2000 m3 azotu wynosi tyl¬ ko 80 KM, a razem z zapotrzebowaniem sily na sprezanie i wtlaczanie powietrza wynosi 200 KM, to znaczy okraglo 0,1 KM na 1 m3 azotu oddzielonego, podczas gdy znane urzadzenia pochlaniaja co najmniej 0,24 KM.Na rysunkach uwidoczniono w zarysie takie urzadzenie, przyczem na fig. 1 urza¬ dzenie jest zaopatrzone w cztery odzyskni¬ ce z doplywem powietrza od dolu, a r a fig. 2 zastosowano dwie odzysknice z do¬ plywem powietrza od góry.Powietrze sprezone do 1 atm wlatuie przewodem m do odzysknicy A\ oziebia sie do —185°C, poczem przewodem V skierowane jest do wyparnika b, gdzie skrapla sie pod dzialaniem parujacego a- zotu i przewodem 2 wlewa sie do glowicy kolumny rektyfikacyjnej.Jednoczesnie z wprowadzeniem powie¬ trza sprezonego do oziebialnika A', przez przewód n wtlacza sie powietrze do o- ziebialnika B\ Powietrze to oziebia sie do —185°C i przewodem 3' dostaje sie w miejscu t* do srodka kolumny rektyfika¬ cyjnej c, poczem plynie wgóre naprzeciw spadajacego wdól powietrza skroplonego, którego azot wyplókuje z powietrza wtlo¬ czonego tlen az do 47%, poczem powie¬ trze to dostaje sie przewodem 4" do od¬ zysknicy B", gdzie oddaje swoje cieplo prawie calkowicie i przez przewód y wy¬ latuje nazewnatrz, natomiast tlen ciekly dostaje sie do wyparnika, gdzie wyparowu¬ je, skraplajac jednoczesnie równa sobie i- ilosc powietrza, a potem przewodem 3" do- -- 3staje sie biera przez przewód s".Nastepnie przelacza sie odzysknice i powietrze sprezone do 1 atm wprowadza sie przewodem m" do odzysknicy A\ a przez przewód n" wtlacza sie powietrze do odzysknicy B\ poczem wszystkie gazy przelatuja powyzsza droge w kierunku przeciwnym* Oziebialniki px7je\aFZ&. sie mniej wie¬ cej co 5 min, tylko rektyfikator i wyparnik pracuja w sposób ciagly. Przelaczanie od¬ bywa sie samioczynnie zapomoca kurków rozczejpkowych z przelacznikiem wpra¬ wianym w ruch zapomoca powietrza spre¬ zonego.Tlen wylatuje naprzemian przewodem 4' lub 4'* z wyparnika do oziebiaLników 8, a przez przewody s i s" wylatuje z urza¬ dzenia nazewnatrz, natomiast azot prze¬ puszcza sie z rektyfikatora do oziebialni¬ ków przewodem 4* wzglednie 4", a przez przewody y' wzglednie y" odprowadza sie nazewnatrz.Zamiast czterech oziebalników mozna uzyc tylko dwóch, z których kazdy posia¬ da dwa przedzialy (fig. 2). Wlot i wylot gazów moze odbywac sie u dolu lub u gó¬ ry; przewody laczace rektyfikator i skra¬ placz z oziebialnikami sa polaczone zapo¬ moca zaworów samoczynnych w postaci klap wstecznych o', p\ u, v\ o", p", u\ v'\ otwierajacych sie tylko w tym kie¬ runku, który odpowiada kierunkowi prze¬ plywu powietrza i skladników rozdziela¬ nego powietrza. Klapy te otwieraja sie wiec wprost pod dzialaniem powietrza wtlaczar nego, wzglednie sprezonego, a posrednio sa sterowane przez przyrzady rozrzadcze, znajdujace sie u wlotu powietrza do oziebialników. Gdyby nie bylo klap wstecznych, to powietrze z jednego oziebiahrika odplywaloby bezposrednio przez drugi oziebialnik, wiec nie skra¬ plaloby sie w skraplaczu ani nie rozdzieli¬ loby sie w rektyfikatorze. Kolejna praca, naprzemian wlaczanych oziebialników ma te zalete w porównaniu z nieprzerwana praca oziebialników, ze osiaga sie wiekssa sprawnosc, a koszty nakladu sa mniejsze, przyczem straty ciepla przy nieuniknionem ogrzewaniu sie urzadzenia sa mniejsze i nie powoduja dluzszych przerw w pracy, bo cieplo zawarte w oziebialniku, który wczesniej zaczal sie ogrzewac, mozna skiei- rowac do drugiego oziebialnika i naodwrót, podczas gdy w znanych urzadzeniach ca¬ le cieplo zawarte w masie metalowej u- rzadzenia traci sie calkowicie i potem trze¬ ba je wytwarzac od poczatku.Wynalazek ma znamiona nastepujace: 1. Zastosowane sa odzysknice wypel¬ nione paskami z blachyi pracujace naprze¬ mian, w odróznieniu od uzywanych dotad oziebialników przeciwpradowych, pracuja¬ cych nieprzerwanie. 2. Sposób pracy polega na tem, ze przez Oziebialniki A* wzglednie A" praer- plywa naprzód powietrze sprezone lub a- zot, przez oziebialniki B4 wzglednie B" po¬ wietrze wtlaczane, a po przelaczeniu ozie¬ bialników przez oziebialniki A* wzgle A" przeplywa tlen, przez oziebialniki #' wzglednie B" azot, przyczem ilosci powie¬ trza przeplywajacego przez poszczególne oziebialniki.sa równe wagowo ilosciom ga¬ zów przeplywajacych przez ozie&ialniki w kierunku przeciwnym w ten sposób, ze w oziebialnikach podtrzymuje sie stan rów* nowagi cieplnej wyrównujac straty ciepla zapomoca dodatkowego powietrza ciekte- go. 3. Urzadzenie do przeprowadzenia te¬ go przebiegu, znamienne tern, ze po¬ miedzy oziebialniki, zasilane wtlaczalem powietrzem, i rektyfikator wzglednie skra¬ placz i oziebialniki powietrza sprezonego wstawione sa klapy wsteczne, zamykajace sie i otwierajace pod dzialaniem preznosci powietrza w ten sposób, ze zmuszaja po-0 wietrze oraz skladniki rozkladu powietrza do przeplywania droga okrezna przez rek¬ tyfikator wzglednie przez skraplacz i rek¬ tyfikatom PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. , Sposób rozdzielania mieszanin ga¬ zowych, zwlaszcza powietrza, znamienny terii, ze wymiana ciepla nie odbywa sie jak dotychczas przez metalowa scianke w oziebialnikach w pradach przeciwnych, dzialajacych nieprzerwanie z przepuszcza¬ nym jednoczesnie gazem chlodzonym i o- grzewanym, lecz w odzysknicach, które sa wypelnione masa metalu o mozliwie wiel¬ kiej powierzchni i pracuja kolejno naprze- mian, przyczem ogrzewany gaz oddaje swoje cieplo jednej lub dwóm odzyskni- com, a oziebiany gaz odbiera cieplo w jed¬ nej lub dwóch odzysknicach ciepla, w któ¬ rych przedtem zbieralo sie cieplo gazu o- grzewanego, przyczem oziebianie gazu w tych ostatnich oziebialnikach odbywa sie tak dlugo, dopóki one sie nie wyczerpia, poczem przez przelaczenie oziebialników zmienia sie kierunek przeplywu gazów/ 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tern, ze wymiana ciepla odbywa sie nie w czterech odzysknicach ciepla, lecz w dwóch, z których kazda jest podzielona na dwa przedzialy tak, ze przez przedzial (lt) przeprowadza sie sprezone jtowietrze, a przez przedzial (I) wtloczone powietrze, natomiast w drodze powrotnej, w kierun¬ ku przeciwnym, przeplywa przez przedzial (11) uzyskany tlen, a przez przedzial (1) oddzielony azot, przyczem zapomoca za¬ worów dlawikowych, umieszczonych u wy¬ lotu gazów, rozdziela sia cieplo oddawane przez wylatujace gazy na poszczególne o- ziebialniki w ten sposób, zeby dostarczone im cieplo pokrywalo zapotrzebowanie cie¬ pla gazów wlatujacych, bo w ten sposób podtrzymuje sie w oziebialnikach stan rów¬ nowagi cieplnej, mimo ze w tym czasie zmienila sie jakosc gazu przeplywajacego. 3, Urzadzenie do wykonywania spo¬ sobu wedlug zastrz* 1 i 2, znamienne tern, ze pomiedzy osiebialniki z wtloczonem po¬ wietrzem i rektyfikator, wzglednie pomie¬ dzy skraplacz i oziebialniki ze sprezonem powietrzem, wstawione sa klapy wsteczne, zamykajace sie i otwierajace pod dziala¬ niem preznosci powietrza w ten sposób, ze zmuszaja powietrze oraz skladniki rozdzie¬ lonego powietrza do przeplywania droga okrezna przez rektyfikator wzglednie przez skraplacz i rektyfikator. Mat hi as Franki. Zastepca: Dr. inz. M, Kryian, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 8928. Ark. i. JFip. 1. WZZZZZZZZADo opisu patentowego Nr 8928. Ark.

2. JSy.S. t j »X *'!«L* » / *•»/ ^%"V^/»'' \r\ r W t«' w t—i/H # c HNl—n 4* ] 43 ^7* KI r# K ^ "htfi—* w *? k**» /p/ Druk L. Boguslawskiego, Warszawa. PL PL