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Procédé de liquéfaction et de reotifioation de l'air et des' gaz physiquement analogues L'invention a pour objet, un procédé de traitement de l'air suivant lequel l'air est liquéfié- et rectifié en. vue,de la séparation de ses éléments constitutifs (oxygène et auote).
¯ ¯ Ce procédé permet d'obtenir la dite séparation dans des conditions particulièrement avantageuses ainsi que cela ressortira, au cours de la description qui suit.
Afin de faciliter la compréhension du processus du traitement général, auquel suivant, la présente invention, l'air estsoumis, les,dessins oi-joints montrent d'une manière très.schématique les dispositions utilisées pour réaliser le procédé'.
Sur ses dessinas
La fig. 1. représente la combinaison d'organes'ou
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d'appareils en!ployés pour effectuer la première phase opératoire, cette première phase oonsistant dans la liquéfaction de l'air.
La fig. 2 montre comment, en vue de faire suivre la liquéfaction de l'air par une rectification de ce gaz, (rectification constituant la deuxième phase opératoire) sont combinés les organes ou appareils de liquéfaction avec ceux produisant la rectification.
La fig. 3 indique une variante opératoire d'après laquelle t'oxygène séparé est obtenu à. l'état liquide.
L'inventeur sait qu'il existe actuellement de nombreux appareils servant à. ldquéfier l'air. Dans tous ces appareils, les gaz , retournant en contre-courant dans les échangeurs, pardonnent à ces organes avec une perte de poids, par rapport à. celui des gaz comprimés dont ils dérivent, égale à toute la,¯ quantité liquéfiée dont ils ont été séparés.
Cette circonstance diminue la quantité de froid pouvant être restituée au gaz comprimé et il a été démontré que, en utilisant convenablement le jeu des chaleurs spécifiques, il était possible de,combler une partie du déficit ainsi oréé, dans une région oà la température est assez élevée pour que l'on puisse y introduire des frigories auxiliaires obtenues presque,gratuitement au moyen d'une machine à gaz liquéfié, à ammoniac par exemple.
En fait, dans certains appareils de grande puissance,' aux 7 frigories par kilog. d'air produites par détente interne, nu prix de 78 frigories brutes par cheval, on est arrivé à ajouter 3,5 frigories presque gratuites ce qui élève le rendement frigorifique brut de l'ensemble, c'est-à-dire compté en dehors des pertes d'échangeur, à plus de 110 frigories par cheval de compression.
Alors que, jusqu'ici, les chercheurs se sont donné 'Pour but, avec des succès variés, d'améliorer péniblement les systèmes utilisant surtout comme moyen frigorifique, la détente de l'air avec production de travail extérieur, et ce en élevant la température d'admission, au détendeur au prix, la plupart du temps, d'une perte de froid, à l'échangeur,
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mal4eureusementi.ppu compensatrice, l'inventeur s'est demandé s¯ i,l ¯ n' éta3t ¯ p, possible d'aàgmenter le rendement des machines.
à, liquéfier en élevant, même au moyen d'un artifice onéreux en soi, la condensation spécifique du gaz comprimé
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à.¯la, sortie du liquéfacteur, ce qui permettrait, ainsi qu'il vient d'être'exposé, un plus large ap el au concours du froid auxiliaire presque gratuite
L'économie' de cette méthode ressort de ce fait que
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toute augmentation, même minime, de la conàenuation,appellera une-quantité correspondante de froid gratuit qui, générateur
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u3éme d'une nouvelle condensation, viendra., jusqu'à nouvel équilibre, amplifier l'effet initial qui pourra, par conséquent, être emprunté, même d'une façon onéreuse, aux phénomènes de détente mis à profit dans les machines à liquéfier l'air.
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L' irive rt5l,lr connaît, parmi certains procédés de traitement de l'air par liquéfaction suivie d'une rectification en vue¯ d' obtenir aussi économiquement que possible de l'oxâlg6.np le.procédé qui consiste à, envoyer au point convenable du
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e9:l.fioatu, l'air liquide, fourni par une machine à liquéfier séparée, liquide qui joue le rôle d'appoint et dont la chaleur
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de.vaporisation vient compenser les yertes de froid du groe reotifioateura 0- inconvénient de cette méthode réside dans le fait e l'e3Coeptlon des 7 liquéfiés, l'air évoluant dans la .machine à. liquéfier ne peut .être utilisé dans la colonne de . rectification, par ce que ce système exige que le contre-cou3ant des¯ échangeurs faisant partie du groupe liquéfaoteur soit
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.
maintenu,et recueilli à 50 atmq alors que la colonne fonctionne à la pression atmosphérique.
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-- On ne peut donc-utiliser;, au reotifioateur, une portion 4/"fi" déjà comprimé et faire l'économie sur cette partie de - la oompress:l'on:l exigée par:la. rectification.
:,'0¯'.'" Par 6oh-bre, la m&oh3ne à liquéfier, étant complètement feparee¯ Pt lndependante du reotifloateure peut toujours fonctionner sous son régime le plus économique.
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C'est cette circonstance heureuse qui a maintenu en usage le dispositif dont s'agit.
Plus tard,' on a cherché à utiliser, pour la rectification, le circuit même du dispositif de liquéfaotion.
Mais, si la colonne bénéficie de l'utilisation d'un gaz dont la compression et la purificoation ont déjà été effectuées pour les besoins de la liquéfaction, le rendement économique du liquéfaoteur se trouva abaissé pour différentes raisons bien connues, qu'il serait trop long d'énumérer, à telle enseigre que l'inventeur de cette combinaison-a essayé de relever de rendement en utilisant la force motrice de son détendeur pour remonter la pression de la portion d'air envoyé au liquéfacteur de la. machine à liquéfier. Par ce moyen, le rendement de cette dernière n'est relevé que partiellement et la force motrice récupérée est perdue pour un autre usage.
Nécessité de comprimer séparément la totalité de l'air à. rectifier, ou abaissement du rendement de la machine à. liquéfier, tels sont les deux défauts que présente toujours la combinaison de cet appareil avec un groupe rectificateur.
Dans certaines machines à liquéfier, le circuit détendu avec travail externe, jusqu'à la pression atmosphérique, ne peut même pas donner le bénéfice de l'épuration de l'air qui le traverse Pt qui pourrait'- à la rigueur, être rectifié à cette pression, paroe que, la détente s'opérant en surchauffe et donnant, d'après un homme de l'art, un échappe- ment à -150 , l'air ainsi détendu constituerait, pour la colonne, un apport de chaleur et non dei froide On serait dans le pas de l'appareil précité, dans lequel la machine à ammoniac serait utilisée, avec un liquide bouillant à -50 , refroidir une colonne fonctionnant à -190 , environ.
Même difficulté avec d'autres' machinée dans lesquelles le circuit détendu et constituant les 5/ de l'air comprima s'échappe- du détendeur entre -150 et -160 environ. C'est. en.somme, un des dispositifs précités, dans lequel le liquéfao- teur se trouve placé sur un circuit distinct afin qu'il soit possible de le porter à une pression plus élevée que celle
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du circuit de détente. Il a été indiqué plus haut comment on
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avait déjà réalise cet artifice.
On voit donc que l'air, évacué sous¯pression, de la,machine a, liquéfier ne peut même Pas etre u-bîligé au* reo-blfl42àcte=, s," il ne satisfait pas à certaines conditions de température<,
Le procédé général de traitement de l'air-consiste, suivant la présente invention, en ce qui concerne la
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l3quéfao3a, comprimer l'air à une très haute pression, .de¯],'ordre de 200 atm, ou plus, par un compresseur 1 (^03 la fig. 1) ¯et â'1e refroidir dans un réfrigérant à eau 2.
'ai' opré ,est ensuite'desséohe.et déoarbonaté selon la technique, courante et introduit,, suivant une direction desoen'-' dante: ou,ascendante., dans un édhangéur 3<.¯ De là, après avoir été ¯ refroidi vers .12' , par exçwpje, il " est ' conduit dans un ; fr3rrfère¯4 un. ga'liquéfié approprié, de l'ammoniac si l'on ,veut, bouillant sous pression réduite, abaisse la température vers -par exemple.
A le sortie'du frigorifère, cet air comprimé et froid
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eàt partagé suivant deux direotions. Une,'PO2?tl0n, pouvant ne pas dépaàser 40 Yo de toute la masse est dirigée vers un robinet¯8 qui la détend partielle- ment vers 50 atm. par exemple, pour l'introduire, sous cette pression, dans une machine à expansion *9, où elle est
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détendue, jusau'à la pression atmosphérique, derrière un piston' dent le travail peut être utilisé, ,Si, au point 12, la température est de -50 et siaprès le robinet 8,'La.
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pression est Élbajesép à j atmla température d'admission PU moteur¯ est voisine de 189" èt.l/air,, détendu à la pression atmosphérique, contient 4,5 t'l- de..
,uiçé , compte tenu des pertes par frottement et'entrée de* chaleur, . Tous ces chiffres neont i?ien'd'ab5ClU, et peuvent être modifiés suivant les 1 cas.
.Les restants environ d'air comprimé à 200 atm..
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refroidis a, -56", traversent un condenseur liuéfaoteur 5# pour aboutir à un robinet de décharge 11 qui les détend à la pression atmosphérique dans le vase d'expansion 6, d'où la
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'portion liquéfiée est extraite par le robinet 7. La partie non liquéfiée rejoint au bas du liquéfacteur 5 l'air d'éohap- pement du détendeur 9, et le tout se réchauffe en contre-
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courant dans le liquéfao-beur 5 et l"échangeur :3 pour s'échapper par le tuyau 10 à quelques degrés (5 ou 6) au-dessous de la température de l'air comprimé à son entrée dans l'échangeur.
La, répartition des deux portions, cheminant respeoti- vement vers le oondenseur 5 et le moteur à détente 9, est
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réglée par le robinet 8, dP telle façon que le oontre-aouran% marque, dans le branoheweno 14,.une température inférieure à celle (-50 d'après l'hypothèse faite) du point 12, la différence correspondant aux quelques degrés seulement (4 ou 5) indispensables à l'échange thermique en ce point,.
Le départ du branohement 15 peut être placé au point 12 ou au point 13, et la pression d'admission au moteur peut
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être dq¯2Ùù¯atà, ou abaissée, comme il vient d'être dit, d'une quantité dépendant de la pression d'échappement qui peut être relevée dans certaines applications.
Le calcul indique que la liquéfaction, dans le vase d'expansion 6, est, dans l'hypothèse faite, de 28 % de la totalité de l'air comprimé, tandis que, dans certaine
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dispositifs connus, elle ne dépasse gu '' et 11 dans d'autres. Alors que le poidsdu contre-courant dépasse dans un procédé 90 % du poids du ga@ oomprimé, que, dans un autre appareil, il atteint le triple du circuit comprime-
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du. condenseur et 5 à¯9 µÉ du circuit comprimé de lléohangeux ¯ il n'arrive pas, dam 1 P p rooédé dont il s'agit loi aux 5 du circuit comprimé du liquéfaoteur et aux 75 % de l'ai'r
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comprimé traversant 1' é ohangeur 3.
- . sussi 8st....11 possible d'introduire, dans le circuit du gaz comprimé, une quantité de frigories fournies par la
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&2a-ohine-à, ammoniac à raison de 800 frigories par cheval, c'est-à-dire presque gratuitement, dépassant 8! des :f':r1o- ries de détente, alors que,' dans un appareil connu, elle n'atteint pas la moitié.
En tenant compte des pertes et de la récupération
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possible, le¯ cal oui donne,, pour une machine du système décrit.pouvant traiter 2J50m5 d'air à l'heure, un rendement net.. dépassant 110 frigories par cheval, ce qui fait ressor-dr, en faveur du système, une augmentation de rendement de 50 %, par rapport à celui des.appareils actuels..
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... guimnt ce que ge propose l'inventeur, l'air ainsi liquéfie peut ensuite être rectifié en envoyant vers la rectification la totalité de l'air comprimé circulant dans les circuits de liquéfaction.
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.... A cet effeti' après avoir été comprimé, refroidi par exemple à 20 , puis épuré et enfin après avoir passé dans.
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l'éohangeur 3 et dans le frigorifère 4, comme cela a été. déjà expliqué, l'air à la sortie du liquéfaoteur 5, au lieu d'être étendu, et de retourner, pour la portion restée gageuse , en contre-courant dans les échangeurs 5 et 3, est dirigé
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Pis. 2 toujours b, la pression de 200 atm., vers un robinet.16 qui.peut.en détendre une portion au point convenable d'une.colonne.17 faisant partie d'un groupe à double rectifi- cation analogue à celui décrit dans le brevet français
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4l 34.881, dU 10 Décembre 1907.
L'autre portion pénètre 4éÀn5.Un S949entiW C'OnOerltrabeUr 18 permettant de relever le titre du mélange riche évacué au bas de la colonne 17 et s'¯.',ee,, apxês liquéfaction totale, au point (3onvene,blê de la meme -oôlonne .Si la totalité de l'air par le tuyau ill eât néoessa-ire à la ooneeht'oeatÎOn, le robinet 1 demeure fermé.
.La seconde portion de l'air comprimé dans l'appareil à liquéfier est envoyée, comme il estdit ci-dessus dans un
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détendeur àtiwa,Zl extérieur 9, au moyen d'un robinet 8 qui, 'par une, détente interne préalable,' permet d'admettre -au détendeur, à la pression de 50 atmv envîronor'aîr qui, .jusque robinet 8, était à, la PreààlOn de 200 atm. Id' écsppe 44en b du moteur, au lieu, de retourner en oOntre..0oux,nt dans' les. 'S "> 5 et, 3, est envoyé, à la pression atmosphérique au point convenable, dans la colonne reotifi(15trlôe 19.
Fili raison de.. la aonoent,-3'?at-Ijon du mélange riche/là- colonne 17, qui reçoit, du compresseur .1. de 12aîa? comprimé
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à 5 ou 6 atm., refroidi et purifié, fournit un excédent d'azote liquide par rapport à la quantité exigée pour la rectification, dans la colonne 19. du liquide riche obtenu au bas de la colonne 17.
Get excédent est toujours suffisant pour rétrograder l'air venant du-détendeur et représentant seulement 4 environ, de la totalité de l'air à rectifier. Si l'excédent d'azote liquide est supérieur au besoin indiqué, on pourra encore envoyer-, au même point de la colonne 19, une quantité correspondante d'air sans pression, purifié et refroidi dans l'échangeur éccompagnant la colonne, dont le volume sera mesuré par le compresseur 22.
Il est facile de voir que le procédé décrit laisse les échangeurs de la machine à air liquide sans¯ contre-courant, ce qui ne peut être admis, Mais il sera ¯ facile de rétablir le contre-courant convenable au moyen d'une partie de l'azote gazeux sortant de la colonne 19, convenablement mesurée par le robinet répartiteur 20, et dirigée au bas du liquéfaoteur 5, d'où elle passera à l'échangeur 3 pour être finalement'évacuée dans l'étmos- 'hère ou recueillie dans un gazomètre.
L'utilisation, dans la colonne 19, de l'échappe- ment du détendeur 9 sera possible parce que la détente s'effectuera, en régime humide.
En somme, le Procédé général qui vient d'être décrit présente les caractéristiques suivantes:
En ce qui concerne la phase "liquéfaction". alors que l'on cherche, d'une façon générale,à augmenter 1 e rendement frigorifique des détentes, par cheval de compression et que l'on évite le concours de toute souroe de :froid étrangère, .en dehors d'un des procédés aotuels qui ne fait qu'un appel restreinte ce moyen, il en est fait ici. au contrairetpreffque le moyen principal, fin intensifiant le rendement frigorifique par kilog. d'air comprimé.
Dans toute la mesure possible, la liquéfaction spécifique par kilog. d'air comprima a été élevée, ce qui diminue considérablement le poids du contre-courant par rapport .le
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'à celui de, l'air comprimé puisque, éga,1, è6 10 près, à ce dernier'dans les an,es,rooédés, atteignant presque parfois le double dans ?e3?taln, s , où il cause-une forte perte frigorifique à-la sortie de léch--zgeur, il est ramené ici aune valeur de 55 et de 75% du poids de l'air comprimé.
Il résulte enfin de cette forte liquéfaction spécifique
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dans le procédé dont il s'agit ici Ok.07 et Qk.11 respectivement dans ceux plus anciens, par kg.d'air comprimé que,la machine se trouve réduite dans les mêmes proportions,
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oe¯ qui ¯diminue les frais de sa construction et de son établissement, ainsi que les pertes frigorifiques qui se
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produisent dans les éôhangeui-s de tous les appareils.
, ¯¯¯ . En. ce .qui concerne la p4se "rectification" combinée, suivant le procédé général de l'invention, avec la liquéfac-
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tion, on a vu que l'association décrite des moyens employés pour ob enî2r à la fois la liquéfaction et la rectification donne satisfaction au programme envisagé. - Ce dispositif ne changeant rien.aux conditions normales de'marche de la machine à
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liquéfiera on pgu3?ra¯*boujoui? faire'que ces conditions correspondent au maximum de rendement de la machine et la
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totali.te de.l'air qu'elle recevra, pour son fonotionnement, se:m rectifiée dans le groupe reotifioateur.
... ¯ Le calcul.montre qu'un groupe -semblable à celui qui vient.d'être décrit, susceptible de foux.' bzz M3 d'oxygène# environ à l'heure, permettrait d'obtenir le m3 d'oxygène
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moyennant une dépense de force motrice inférieure à 0,5 C.V.
Si l'on désirait recueillir de l'oxygène liquide, il faudrait légèrement modifier le dispositif,suivant la fig.3.
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Dans ce cas l'esoédent d'azote liquide fourni par la colonne 17 peut être légèrement insuffisante pour rétro-
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gra,der les vapeurs d'échappement du détendeur 9.
On pourra accentuer la condensation de ces mpeurs au moyen de l'échangeur 23, ou elles seront refroidies par l'azote sortant de la'colonne supérieure, 'de toute la. quantité.de liquide entraîné par ce gaz,, Les vapeurs à
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:
!étrOglade2? seront alors moiRë riches en oxygène et exigeront un peu moins d'azote "EF pour 'bre rétroerad* peu moins dpasote llquid'e e pour e brt- rét,.V09.redéeî6
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Si cet artifice n'est pas suffisant, il faudra se résoudre à. une très légère diminution du rendement de la machine à¯air liquide, et admettre, au détendeur 9, l'air à une pression un peu plus élevée, 80 atm. par exemple,afin de pouvoir relever, à 6 atm.
l'échappement du détendeur qui sera évacué, en compagnie de l'air fourni à la même pression par le compresseur 21, au bas de la colonne 17,
L'air sortant du détendeur 9 , ayant un volume supérieur au débit du compresseur 21, il sera encore possible d'envoyer à 6 atm. absolues l'échappement du détendeur-9, au bas de la colonne 17 et, à la pression atmosphérique dans la colonne 19, l'air simplement mesuré et non comprimé par le compresseur 21 , ou tout appareil convenable.
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Process for liquefying and reotifioation of air and physically analogous gases The invention relates to a process for treating air in which the air is liquefied and rectified by it. view, of the separation of its constituent elements (oxygen and auote).
¯ ¯ This process makes it possible to obtain said separation under particularly advantageous conditions as will emerge during the description which follows.
In order to facilitate the understanding of the general treatment process, to which according to the present invention the air is subjected, the accompanying drawings show in a very schematic manner the arrangements used to carry out the process.
On his drawings
Fig. 1.represents the combination of organs' or
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of apparatus in! ployed to carry out the first operational phase, this first phase oonsistant in the liquefaction of the air.
Fig. 2 shows how, in order to follow the liquefaction of the air by a rectification of this gas, (rectification constituting the second operating phase) are combined the liquefaction organs or devices with those producing the rectification.
Fig. 3 indicates an operating variant according to which the separated oxygen is obtained at. liquid state.
The inventor knows that there are currently many devices used for. Defend the air. In all these devices, the gases, returning in counter-current in the exchangers, forgive these organs with a loss of weight, compared to. that of the compressed gases from which they are derived, equal to the whole liquefied quantity from which they have been separated.
This circumstance decreases the quantity of cold which can be restored to the compressed gas and it has been shown that, by properly using the set of specific heats, it was possible to fill part of the deficit thus created, in a region where the temperature is high enough. high so that we can introduce auxiliary frigories obtained almost free of charge by means of a liquefied gas machine, ammonia for example.
In fact, in certain high power appliances, at 7 frigories per kilog. air produced by internal expansion, a price of 78 gross frigories per horsepower, we have managed to add 3.5 frigories almost free which increases the gross refrigerating efficiency of the whole, that is to say counted outside heat exchanger losses, at more than 110 frigories per compression horse.
While, up to now, researchers have set themselves' The goal, with varying success, of painfully improving systems using mainly as refrigeration means, the expansion of the air with production of external work, and this by increasing the inlet temperature, at the expansion valve at the cost, most of the time, of a loss of cold, at the exchanger,
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unfortunatelyi.ppu compensatory, the inventor asked himself if i, l ¯ n 'was ¯ p, possible to increase the efficiency of machines.
to liquefy by raising, even by means of a device expensive in itself, the specific condensation of the compressed gas
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at.¯la, exit of the liquefier, which would allow, as has just been explained, a wider appeal for the assistance of auxiliary refrigeration almost free
The economy of this method emerges from the fact that
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any increase, however small, of the temperature, will call for a corresponding quantity of free cold which, generating
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u3rd of a new condensation, will come., until new equilibrium, will amplify the initial effect which could, consequently, be borrowed, even in an expensive way, from the phenomena of expansion used in liquefying machines. 'air.
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The irive rt5l, lr knows, among certain air treatment processes by liquefaction followed by rectification in order to obtain as economically as possible from the oxâlg6.np the process which consists in sending to the point suitable from
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e9: l.fioatu, liquid air, supplied by a separate liquefying machine, liquid which acts as a backup and whose heat
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de.vaporisation compensates for the cold yertes of the groe reotifioateura 0- drawback of this method lies in the fact that the e3Coeptlon of the 7 liquefied, the air moving in the .machine. liquefy can not be used in the column. rectification, because this system requires that the countercurrent of the exchangers forming part of the liquefaction engine group is
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.
maintained, and collected at 50 atmq while the column is operating at atmospheric pressure.
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- We cannot therefore use ;, with the reotifioateur, a portion 4 / "fi" already compressed and save on this part of - the oompress: one: l required by: the. rectification.
:, '0¯'. '"By 6oh-bre, the m & oh3ne to be liquefied, being completely separated Pt independent of the reotifloateure can always operate under its most economical regime.
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It is this fortunate circumstance which has kept the device in question in use.
Later, attempts were made to use the circuit of the liquefaction device for rectification.
But, if the column benefits from the use of a gas, the compression and purification of which have already been carried out for the purposes of the liquefaction, the economic efficiency of the liquefaction engine was lowered for various well-known reasons, which it would be too long to list, so much so that the inventor of this combination tried to increase performance by using the motive force of his regulator to raise the pressure of the portion of air sent to the liquefier. liquefying machine. By this means, the efficiency of the latter is only partially increased and the recovered driving force is lost for another use.
Need to separately compress all of the air to. rectify, or lowering the output of the machine. liquefying, these are the two faults that always presents the combination of this apparatus with a rectifier group.
In certain liquefying machines, the relaxed circuit with external work, up to atmospheric pressure, cannot even give the benefit of the purification of the air which passes through it Pt which could '- at a pinch, be rectified at this pressure, paroe that, the expansion taking place overheating and giving, according to a person skilled in the art, an escape at -150, the air thus relaxed would constitute, for the column, a supply of heat and non dei froid We would be in the step of the above-mentioned apparatus, in which the ammonia machine would be used, with a liquid boiling at -50, to cool a column operating at -190, approximately.
Same difficulty with other 'engineered in which the relaxed circuit and constituting the 5 / compressed air escapes from the regulator between -150 and -160 approximately. This is. in sum, one of the aforementioned devices, in which the liquefier is placed on a separate circuit so that it is possible to bring it to a pressure higher than that
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of the relaxation circuit. It was indicated above how we
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had already realized this artifice.
We therefore see that the air, evacuated under pressure, from the, liquefying machine, cannot even be u-bîligé to * reo-blfl42àcte =, s, "it does not meet certain temperature conditions <,
The general method of treating air consists, according to the present invention, with regard to the
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l3quéfao3a, compress the air to a very high pressure, .dē], 'order of 200 atm, or more, by a compressor 1 (^ 03 in fig. 1) ¯ and â'1e cool in a water cooler 2 .
'have' operated, is then 'dried and deoarbonated according to the technique, current and introduced ,, following a downward direction: or, ascending., in an edhanger 3 <.¯ From there, after having been ¯ cooled around 12 ', for example, it is "conducted in a suitable ga'liquefied, ammonia if desired, boiling under reduced pressure, lowers the temperature to -for example.
At the exit of the refrigerator, this compressed and cold air
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was shared according to two sentiments. One, 'PO2? Tl0n, which may not exceed 40% of the whole mass, is directed to a valve 8 which partially expands it to 50 atm. for example, to introduce it, under this pressure, into an expansion machine * 9, where it is
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relaxed, up to atmospheric pressure, behind a piston, the work can be used,, If at point 12 the temperature is -50 and after the tap 8, 'La.
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pressure is Elbajesép at j atm the engine intake temperature PU is close to 189 "et.l / air ,, expanded to atmospheric pressure, contains 4.5 t'l- of ..
, uiçé, taking into account the losses by friction and the entry of * heat,. All these figures do not have any ab5ClU, and can be modified according to the 1 case.
.The remainder of compressed air at 200 atm.
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cooled to, -56 ", pass through a 5 # motor-connected condenser to end at a discharge valve 11 which expands them to atmospheric pressure in the expansion tank 6, hence the
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The liquefied portion is extracted through the tap 7. The non-liquefied part joins the exhaust air from the pressure reducer 9 at the bottom of the liquefier 5, and the whole heats up in return.
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current in the liquefier 5 and the exchanger: 3 to escape through the pipe 10 a few degrees (5 or 6) below the temperature of the compressed air as it enters the exchanger.
The distribution of the two portions, passing respectively towards the condenser 5 and the expansion motor 9, is
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regulated by the tap 8, dP so that the oontre-aouran% marks, in the branoheweno 14, a temperature lower than that (-50 according to the assumption made) of the point 12, the difference corresponding to a few degrees only (4 or 5) essential for heat exchange at this point ,.
The start of branohement 15 can be placed at point 12 or at point 13, and the inlet pressure to the engine can
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be dq¯2Ùù¯atà, or lowered, as has just been said, by an amount dependent on the exhaust pressure which can be raised in certain applications.
The calculation indicates that the liquefaction, in the expansion vessel 6, is, on the assumption made, of 28% of the totality of the compressed air, while, in certain
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known devices, it does not exceed gu '' and 11 in others. While the weight of the countercurrent exceeds in one process 90% of the weight of the compressed gas, whereas in another apparatus it reaches three times the compressed circuit.
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of. condenser and 5 to ¯9 µE of the compressed circuit of the exchanger ¯ it does not happen, dam 1 P p rooédé in question law to 5 of the compressed circuit of the liquefier and to 75% of the air
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compressed passing through the exchanger 3.
-. sussi 8st .... 11 possible to introduce, into the compressed gas circuit, a quantity of frigories supplied by the
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& 2a-ohine-à, ammonia at the rate of 800 frigories per horse, that is to say almost free, exceeding 8! of: f ': r1ories of relaxation, whereas, in a known apparatus, it does not reach half.
Taking into account losses and recovery
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possible, the cal yes gives ,, for a machine of the system described. able to treat 2J50m5 of air per hour, a net yield .. exceeding 110 frigories per horse, which is apparent, in favor of the system, an increase in efficiency of 50%, compared to that of current devices ..
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... guimnt what ge proposes the inventor, the air thus liquefied can then be rectified by sending all the compressed air circulating in the liquefaction circuits to the rectification.
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.... For this purpose 'after having been compressed, cooled for example to 20, then purified and finally after having passed through.
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the exchanger 3 and in the refrigeration unit 4, as it was. already explained, the air at the outlet of the liquefaction engine 5, instead of being extended, and returning, for the portion that remained secure, in counter-current in the exchangers 5 and 3, is directed
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Worse. 2 still b, the pressure of 200 atm., To a valve. 16 which.can.express a portion of it at the appropriate point in a.column. 17 forming part of a double rectification group similar to that described in French patent
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4l 34,881, dated December 10, 1907.
The other portion penetrates 4éÀn5.Un S949entiW C'OnOerltrabeUr 18 allowing the titer of the rich mixture discharged at the bottom of column 17 to be noted and ¯. ', Ee ,, apxês total liquefaction, at point (3onvene, wheat of the same -oolonne. If all of the air through the pipe ill eât neoessa-ire at the ooneeht'oeatÎOn, the valve 1 remains closed.
The second portion of the compressed air in the liquefier is sent, as stated above into a
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attiwa regulator, external Zl 9, by means of a valve 8 which, 'by a preliminary internal expansion,' allows to admit -to the regulator, at a pressure of 50 atmv envîronor'aîr which,. until tap 8, was at, the PreààlOn of 200 atm. Id 'escape 44 in b of the motor, instead of going back to oOntre..0oux, nt in' les. 'S "> 5 and, 3, is sent, at atmospheric pressure at the appropriate point, in the reotifi column (15trl6e 19.
Due to the content of the rich mixture / column 17, which receives, from the compressor .1. of 12aîa? compressed
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at 5 or 6 atm., cooled and purified, provides an excess of liquid nitrogen over the amount required for rectification, in column 19. of the rich liquid obtained at the bottom of column 17.
The excess amount is always sufficient to downshift the air coming from the regulator and representing only about 4 of the total air to be rectified. If the excess liquid nitrogen is greater than the indicated requirement, a corresponding quantity of pressurized, purified and cooled air can still be sent to the same point of column 19 in the exchanger accompanying the column, the volume will be measured by compressor 22.
It is easy to see that the described process leaves the exchangers of the liquid air machine without ¯ backflow, which cannot be allowed, but it will be ¯ easy to restore the suitable backflow by means of a part of the gaseous nitrogen leaving the column 19, suitably measured by the distributor valve 20, and directed to the bottom of the liquefier 5, from where it will pass to the exchanger 3 to be finally discharged into the atmosphere or collected in a gasometer.
The use, in column 19, of the exhaust from the regulator 9 will be possible because the expansion will take place in a wet regime.
In short, the general process which has just been described has the following characteristics:
Regarding the "liquefaction" phase. whereas one seeks, in general, to increase the cooling efficiency of the expansion units, by compression horsepower and that one avoids the help of any source of: extraneous cold, apart from one of the processes aotuels which makes only a limited appeal this means, it is made here. on the contrary, the main means, end intensifying the refrigerating efficiency per kilogram. compressed air.
As far as possible, the specific liquefaction per kilog. air pressure has been increased, which considerably reduces the weight of the counter-current compared to the
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'to that of, compressed air since, éga, 1, è6 10 near, to the latter' in the years, es, rooédés, reaching almost sometimes the double in? e3? taln, s, where it causes a strong refrigeration loss at the outlet of the wiper, it is reduced here to a value of 55 and 75% of the weight of the compressed air.
Finally, this strong specific liquefaction results
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in the process in question here Ok.07 and Qk.11 respectively in older ones, per kg. of compressed air that, the machine is reduced in the same proportions,
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where ¯ which reduces the costs of its construction and its establishment, as well as the refrigeration losses which
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produce in the exchangers of all devices.
, ¯¯¯. In. what concerns the p4se "rectification" combined, according to the general process of the invention, with the liquefac-
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tion, we have seen that the described combination of the means employed to ob enî2r both liquefaction and rectification gives satisfaction to the program envisaged. - This device does not change anything under normal operating conditions of the
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will liquefy on pgu3? rā * boujoui? ensure that these conditions correspond to the maximum efficiency of the machine and the
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totality of.l'air which it will receive, for its function, is: m rectified in the reotifioateur group.
... ¯ Calculation.shows that a group -similar to the one which has just been described, susceptible to madness. ' bzz M3 of oxygen # approximately per hour, would obtain the m3 of oxygen
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with a motive power expenditure of less than 0.5 C.V.
If it was desired to collect liquid oxygen, the device would have to be slightly modified, according to fig. 3.
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In this case, the excess liquid nitrogen supplied by column 17 may be slightly insufficient for retro-
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gra, der exhaust vapors from the regulator 9.
We can accentuate the condensation of these mpeurs by means of the exchanger 23, or they will be cooled by the nitrogen leaving the'uperior column, 'of the whole. quantity of liquid entrained by this gas ,, The vapors
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:
! etOglade2? will then be meRë rich in oxygen and will require a little less nitrogen "EF for 'bre retroerad * little less dpasote llquid'e e for brt- ret, .V09.redéeî6
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If this artifice is not sufficient, we will have to resolve to. a very slight decrease in the efficiency of the liquid air machine, and admit, to the regulator 9, air at a slightly higher pressure, 80 atm. for example, in order to be able to raise, at 6 atm.
the exhaust of the pressure reducer which will be evacuated, together with the air supplied at the same pressure by the compressor 21, at the bottom of column 17,
The air leaving the expansion valve 9, having a volume greater than the flow rate of the compressor 21, it will still be possible to send at 6 atm. absolute exhaust from the regulator-9, at the bottom of column 17 and, at atmospheric pressure in column 19, the air simply measured and not compressed by compressor 21, or any suitable device.