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Verfahren zur Verflüssigung kondensierbarer Gase aus Gasgemischen
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die Verflüssigung von Gasen aus
Gasgemischen, deren Anteil an kondensierbaren Gasen verhältnismäßig hoch und deren
Anteil an nicht kondensierbaren Gasen relativ niedrig ist, beispielsweise hochproentige
Chlor-Luft-Glemische. Um zu einer möglichst weitgehenden Verflüssigung des kondensierbaren
Bestandteiles einer Gasmischung zu gelangen, hat man gewöhnlich das Gasgemisch ein-
oder mehrstufig komprimiert, und zwar auf eine solche Druckhöhe, daß bei darauffolgender
Abkühlung mittels Kälte eine möglichst weitgehende Verflüssigung des kondensierbaren
Gasbestandteils eintreten mußte, worauf man den Gasrest durch ein Ventil unter Druck
abblasen ließ. Die Höhe des Kompressionsdruckes und der anzuwendende Kältegrad wurden
bestimmt durch den Grad der Vollkommenheit der Verflüssigung, welcher angestrebt
wurde.
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Um nicht unnötige Verdichtungsarbeit zu leisten, wurde bei mehrstufiger
Kompression die hierbei erzeugte Überhitzungswärme zwischen den einzelnen Stufen
durch Wasser-oder Luftkühlung beseitigt. Die Gasmenge blieb jedoch dem Gewichte
nach bis zur vollen Kompressionshöhe unverändert.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Verflüssigung
kondensierbarer Gase aus Gasgemischen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß im Gegensatz
zu der vorbeschriebenen Methode tunlichst nach jeder Kompressionsstufe bei dem Kältegrad,
der für den gewollten Endzweck nötig ist, nicht nur die Kompressionswärme in üblicher
Weise abgeführt wird, sondern daß auch eine möglichst weitgehende Verflüssigung
der verdichteten kondensierbaren Gase durch Kälte erfolgt.
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Hierdurch wird lerreicht, daß sich das Ansaugevolumen der nächsthöheren
Kompressionsstufe ganz erheblich vermindert, so daß weitere Kompressionsarbeit nur
noch auf den Rest des Gasgemisches zu verwenden ist, was eine erhebliche Ersparnis
an Kompressorarbeit bedeutet. Die verschiedenen Kompressionsstufen werden zweckmäßig
in einem Kompressor vereinigt, dessen Kompressionsverhältnisse wegen der niedrigen
Ansaugetemperatur größer, als es sonst zulässig wäre, gewählt werden könnten, was
die Anzahl der Kompressionsstufen vermindert bzw. gestattet, höhere Enddrücke zu
erreichen.
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Diesem Verfahren liegt also neben der stufenweisen Verdichtung der
Gedanke der stufenweisen Verflüssigung zugrunde.
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Geht man beispielsweise von einem Gasgemisch von 760mm abs. Druck
und I50 C aus, welches 1 cbm (Ioool) umfassen möge, worin 95 Volumprozent kondensierbaren
Gases (entsprechend 9501) und 5 Volumprozent
nicht kondensierbaren
Gases (z. B. Luft, entsprechend # 501) enthalten seien, und komprimiert man nun
dieses Gasgemisch auf beispielsweise 1600 mm Hg abs., ohne daß eine Verflüssigung
eintritt, so verkleinert sich dieser eine Kubikmeter im umgekehrten Ver-1000 # 760
hältnis der abs. Drucke auf = 475 1 1600 Gasgemisch.
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Diese 4751 sind also von der zweiten Stufe des Kompressors anzusaugen.
Nach der Kompression von 760mm auf I6oommHg abs.
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Druck soll aber nicht nur die Kompressionswärme abgeführt werden,
sondern es soll eine weitere Abführung von Wärme durch Abkühlung durch irgendein
Kältemittel, und zwar im Falle dieses Beispieles auf minus 200 C erfolgen.
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Hat nunmehr die eine Komponente des Gasgemisches bei minus 200 eine
Tension von 1400 mm Hg, dann wird ein erheblicher Teil dieser Gaskomponente verflüssigt,
und es verbleibt ein Restgemisch, in welchem die Partialdrucke für die Gaskomponente
1400 mm Hg und für den Luftanteil 200 mm Hg betragen. Da die Luftmenge, welche ursprünglich
in dem 1 cbm Gasgemisch vorhanden war, auch jetzt noch vorhanden sein muß, es sind
ursprünglich 501 gewesen, so wiegen diese ursprünglichen 501 - 64 g.
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Diese 64 g Luft sind jetzt noch vorhanden.
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Dieselben haben einen Partialdruck von 200 mm Hg, unterliegen aber
dem gesamten Druck von 1600 mm Hg, demnach nehmen sie ein Volumen ein von 50.760
= 23,5 1.
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1600 Die volumetrische Zusammensetzung des Restgasgemisches entspricht
nach der vorangegangenen Verflüssigung den Partialdrucken, was bedeutet, daß im
Restgasgemisch 1400/1600 = 87,5 Volumprozent Gas enthalten sind und 200 Goo =12,5
omprozn Luft enthalten sind.
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Wenn nun die I2,5 Volumprozent Luft, wie oben gezeigt, 23,51 darstellen,
so stellen die 87,5 Volumprozent 1641 Gas dar, was zusammen I87,51 Restgasgemisch
ergibt.
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Soll dieses Restgasgemisch nun in einer zweiten Stufe einer weiteren
Druckerhöhung ausgesetzt werden, so hat diese zweite Stufe nicht 4751 anzusaugen
und zu verdichten, sondern nur noch 187,51. Das sind nur noch 40 % derjenigen Gasmengen,
die ohne eine Zwischenverflüssigung hätten angesaugt werden müssen. Diese zweite
Stufe hat daher nur noch 40 °/0 von der Arbeit zu leisten, die ohne Verwendung einer
Zwischenkühlung zu leisten gewesen wäre. Dieses Spiel wiederholt sich in der nächsthöheren
Stufe von neuem, so daß von Stufe zu Stufe eine entsprechende weitere Verminderung
der Kompressionsarbeit eintritt.