PL195598B1

PL195598B1 - Sposób mieszania płynów kriogenicznych

Info

Publication number: PL195598B1
Application number: PL327805A
Authority: PL
Inventors: Niccola Butler; Catharine Sarah Paige; Michael Ernest Garret
Original assignee: Boc Group Plc
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2007-10-31
Also published as: CA2241608C; GB9716518D0; DE69821296T2; CA2241608A1; PL327805A1; ZA986900B; DE69821296D1; EP0895804A2; US5964094A; EP0895804A3; EP0895804B1

Abstract

1. Sposób mieszania przynajmniej dwóch plynów kriogenicznych, w którym wprowadza sie pierwsza wstepnie okreslona ilosc pierwszego plynu krioge- nicznego, w szczególnosci cieklego azotu, do na- czynia, które wybiórczo odpowietrza sie do atmosfe- ry albo zasadniczo jest zamkniete, wprowadza sie druga wstepnie okreslona ilosc drugiego plynu krio- genicznego, w szczególnosci cieklego tlenu, do zasadniczo zamknietego naczynia na poziomie po- wyzej powierzchni pierwszego plynu kriogenicznego w naczyniu, przy czym ten drugi plyn kriogeniczny ma wieksza gestosc niz pierwszy plyn kriogeniczny i wytwarza sie zasadniczo jednorodna mieszanine plynów kriogenicznych o wstepnie ustalonym skla- dzie, znamienny tym, ze ciekla mieszanine krioge- niczna stabilizuje sie pozostawiajac w naczyniu przez przynajmniej 30 minut a nastepnie ustabilizo- wana ciekla mieszanine kriogeniczna analizuje sie i sprawdza sie jej sklad wzgledem wczesniej ustalo- nego skladu oraz reguluje sie precyzyjnie sklad cieklej mieszaniny kriogenicznej i doprowadza sie do ustalonego skladu dodajac pierwszy lub drugi plyn kriogeniczny lub odpowietrza sie gaz z naczynia. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób mieszania płynów kriogenicznych przy wytwarzaniu mieszanin gazów upłynnionych, a szczególnie w wytwarzaniu oddechowych, podtrzymujących życie mieszanin zawierających dwa składniki, tlen i azot.

Własne wcześniejsze Europejskie Zgłoszenie Patentowe nr 657107 zgłaszającego, przedstawia mieszaniny upłynnionych, albo kriogenicznych, gazów, zawierające ciekły tlen i ciekły azot, które to mieszaniny, po całkowitym odparowaniu, mają stężenie tlenu pomiędzy 15% a 22%, przy czym pozostałe stężenie stanowi zasadniczo azot. Takie mieszaniny gazowe, które sprzedawane są przez zgłaszających pod ich nazwą handlową „SLA” nadają się do oddychania i (ponieważ zawierają mniejszą ilość tlenu niż otaczające powietrze) zmniejszają ryzyko ognia oraz mają wiele zastosowań, takich jak mrożenie i zamrażanie żywności.

Wytwarzanie takich mieszanin płynów kriogenicznych w ilościach komercyjnych dotąd uzyskiwano przy zastosowaniu ciągłych technik mieszania ciągłego, obejmujących mieszanie składników albo gdy obydwa są w stanie ciekłym albo gdy obydwa są w stanie gazowym. Mieszania porcjowego nie zalecano z powodu obaw o niedokładność w składzie mieszaniny i zapewnienie tego, by zaszło odpowiednie mieszanie.

W opisie US 4718772 przedstawiono sposób zgodny z zastrzeżeniami.

Mieszanie ciągłe dwóch albo więcej płynów kriogenicznych sprawia poważne trudności. Po pierwsze, płyny kriogeniczne są szczególnie lotne a proces mieszania sprzyja „utracie” albo ulotnieniu się części przynajmniej jednego ze skroplonych gazów. Powoduje to trudności w ustaleniu dokładnego składu mieszaniny płynów. Co więcej, ponieważ zwykle transportuje się gazy w stanie ciekłym, istnieje problem co zrobić z mieszaniną odparowanego gazu, która ma niepewny skład. Wreszcie, okazjonalnie istnieje problem zanieczyszczeń, zwłaszcza przy niższych prędkościach mieszania, przez co część jednego ze składników może zanieczyścić wstecznie źródło(a) innego składnika(ów).

Do pewnego stopnia, mieszanie ciągłe gazów w stanie gazowym (tak jak przedstawiono na przykład w naszym własnym wcześniejszym europejskim zgłoszeniu patentowym nr 774634) pokonuje problem „straty”, napotykany w czasie mieszania gazów w stanie ciekłym albo wprowadza również problem zapewnienia całkowitego mieszania. Jest on również nieatrakcyjny ze względu na niewygodę i wydatek ze względu na konieczność upłynnienia mieszaniny przed jej transportem na większą odległość. Co więcej, ryzyko zanieczyszczenia wstecznego źródeł gazu zwiększa się w układzie mieszania ciągłego, w którym mieszanie przeprowadza się w stanie gazowym.

Sposób mieszania przynajmniej dwóch płynów kriogenicznych, w którym wprowadza się pierwszą wstępnie określoną ilość pierwszego płynu kriogenicznego, w szczególności ciekłego azotu, do naczynia, które wybiórczo odpowietrza się do atmosfery albo zasadniczo jest zamknięte, wprowadza się drugą wstępnie określoną ilość drugiego płynu kriogenicznego, w szczególności ciekłego tlenu, do zasadniczo zamkniętego naczynia na poziomie powyżej powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu, przy czym ten drugi płyn kriogeniczny ma większą gęstość niż pierwszy płyn kriogeniczny i wytwarza się zasadniczo jednorodną mieszaninę płynów kriogenicznych o wstępnie ustalonym składzie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ciekłą mieszaninę kriogeniczną stabilizuje się pozostawiając w naczyniu przez przynajmniej 30 minut a następnie ustabilizowaną ciekłą mieszaninę kriogeniczną analizuje się i sprawdza się jej skład względem wcześniej ustalonego składu oraz reguluje się precyzyjnie skład ciekłej mieszaniny kriogenicznej i doprowadza się do ustalonego składu dodając pierwszy lub drugi płyn kriogeniczny lub odpowietrza się gaz z naczynia. Pierwszy płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia w najniższej jego części albo w sąsiedztwie jego najniższej części. Drugi płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia z punktu przynajmniej 0,5 m powyżej poziomu powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu, a korzystnie drugi płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia z punktu przynajmniej 1m powyżej poziomu powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu. Drugi płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia w najwyższej jego części albo w sąsiedztwie jego najwyższej części. Ustala się wstępnie pierwszą i drugą określoną ilość przez zważenie płynów kriogenicznych wprowadzanych do naczynia, przy czym wykonuje się ważenie naczynia przed i po wprowadzeniu do niego każdego z płynów kriogenicznych. Naczynie waży się w czasie wprowadzania do niego każdego z płynów kriogenicznych. Każdy z płynów kriogenicznych wprowadzanych do naczynia jest ciekłym, zasadniczo czystym gazem.

Zgodnie z tym, wynalazek zapewnia sposób mieszania przynajmniej dwóch płynów kriogenicznych, obejmujący wprowadzanie pierwszej wstępnie określonej ilości pierwszego płynu kriogenicznePL 195 598 B1 go do naczynia, które jest wybiórczo odpowietrzone do atmosfery, ale poza tym zamknięte, oraz wprowadzanie drugiej wstępnie określonej ilości drugiego płynu kriogenicznego do zasadniczo zamkniętego naczynia na poziomie ponad powierzchnią pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu, przy czym drugi płyn kriogeniczny ma większą gęstość albo ma większą gęstość i wyższą temperaturę punktu wrzenia niż pierwszy płyn kriogeniczny, dzięki temu wytwarzając zasadniczo jednorodną mieszaniną płynów kriogenicznych o wstępnie ustalonym składzie.

Stwierdziliśmy, iż według sposobu można wytworzyć mieszaninę płynów kriogenicznych w ilościach handlowych (choć przy zastosowaniu procesu nieciągłego), która jest zarówno całkowicie wymieszana jak również ma dokładny skład; wpływ wprowadzania (przez „wlanie” albo „skapywanie”) gęstszego płynu kriogenicznego do lżejszego płynu kriogenicznego z góry wytwarza turbulencję, która w dodatku do wszelkiej turbulencji albo trwającego krążenia płynu wytworzonego przez wprowadzenie pierwszego płynu, działa mieszając dokładnie dwa płyny kriogeniczne, równocześnie i korzystnie eliminując albo przynajmniej opóźniając znane szkodliwe rozwarstwienie mieszaniny kriogenicznej w naczyniu. Co więcej, choć część płynu odparowuje po wprowadzeniu drugiego płynu, istniejąca w zamkniętym naczyniu turbulencja po zakończeniu wprowadzenia drugiego płynu ułatwia przewidywalne odparowanie aż do chwili stabilizacji mieszaniny gaz/płyn. Odparowanie jest szczególnie przewidywalne a uzyskana mieszanina stabilna tam, gdzie drugi, gęstszy kriogen ma wyższą temperaturę punktu wrzenia niż pierwszy, lżejszy kriogen, przy czym różnice w gęstości i temperaturze punktu wrzenia/pojemności cieplnej właściwej dwóch kriogenów łączą się, optymalizując mieszanie i zapewniając to, że większość płynu, który odparowuje w czasie mieszania stanowi płyn pierwszy. Mieszanina płynna może wówczas zostać zanalizowana w celu sprawdzenia jej składu i, jeżeli jest to konieczne, może być on precyzyjnie regulowany, korzystnie przez dodanie większej ilości gęstszego drugiego płynu kriogenicznego. Precyzyjniejsza regulacja składu mieszaniny płynnej jest również możliwa dzięki zespołowi wybiórczych odpowietrzaczy. Zespół odpowietrzaczy jest nie tylko wskazany dla uwolnienia nadmiaru ciśnienia par, który może wystąpić w czasie cyklu mieszania, ale również zespół odpowietrzania jest najbardziej korzystny dla umożliwienia odpowietrzenia pary o znanym składzie do atmosfery; ułatwia to dalsze odparowanie mieszaniny płynnej. Jako iż składniki mieszaniny płynnej mają różne lotności, w tym dalszym odparowywaniu będzie miał tendencję do uczestniczenia bardziej lotny kriogen, a zatem dojdzie do wzbogacenia mieszaniny w mniej lotny kriogen.

Pierwszy płyn kriogeniczny jest korzystnie wprowadzany do naczynia, które zostało wstępnie schłodzone przez wprowadzenie niewielkiej ilości pierwszego płynu, do jego najniższej części albo w sąsiedztwie jego najniższej części, tak by ułatwić pewne krążenie ale nie tak, by ułatwić odparowanie pierwszego płynu. Jeżeli ciśnienie wewnątrz naczynia mieszającego nie jest zbyt duże po wprowadzeniu pierwszego płynu kriogenicznego, to korzystnie jedyny albo każdy odpowietrzacz zostaje zamknięty przed wprowadzeniem drugiego płynu kriogenicznego.

Zaleca się, by drugi płyn kriogeniczny wprowadzać do naczynia z punktu zasadniczo ponad poziomem powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu, przynajmniej 0,5m a korzystnie ponad 1m w celu ułatwienia krążenia kriogenu i dzięki temu całkowitego mieszania. Idealnie, drugi płyn kriogeniczny wprowadzany jest do naczynia z punktu w albo w sąsiedztwie najwyższego jego położenia, tak by zmaksymalizować turbulencję a w wyniku tego i mieszanie. Maksymalizacja pionowej odległości pomiędzy wlotami dla pierwszego i drugiego płynu kriogenicznego do naczynia zwiększa również wewnętrzne bezpieczeństwo, poprzez zmniejszenie możliwości wprowadzenia przez operatora pierwszego kriogenu przez wlot dla drugiego kriogenu albo vice versa.

Pierwsza i druga wstępnie określona ilość pierwszego i drugiego płynu kriogenicznego, które to ilości można stosunkowo łatwo wyznaczyć teoretycznie, można ustalić poprzez zważenie płynów kriogenicznych wprowadzanych do naczynia. Można to łatwo uzyskać przez zapewnienie ogniw obciążniczych przystosowanych do pomiaru wagi naczynia mieszającego i jego zawartości przed, w czasie i po wprowadzeniu doń każdego płynu kriogenicznego. Dla zgrubnej oceny, ilość jedynego albo każdego płynu kriogenicznego, który ma być wprowadzony do naczynia można ustalić przez przepuszczenie płynów przez zbiorniki zatrzymujące, z których każdy jest wyposażony w zespół do pomiaru zbiornika i jego zawartości, albo przez wprowadzenie mierników przepływu płynu kriogenicznego (takiego jak przedstawiony we własnym wcześniejszym europejskim zgłoszeniu patentowym zgłaszającego nr 667510) w rurach zasilania kriogenicznego. Bardziej zalecane mogą być zbiorniki zatrzymujące, jako iż zapewniają one wewnętrznie bardziej skuteczną ochronę przed zanieczyszczeniem wstecznym źródła jednego kriogenu drugim. W każdym wypadku, skład mieszanki płynnej jest prawdopodobnie mniej mierzony przez pobranie i analizę próbki zmieszanego płynu. Tam, gdzie stwierdzi

PL 195 598 B1 się, iż mieszanina jest nadmiernie bogata w sensie stężenia bardziej lotnego (tj. o większej gęstości i wyższej temperaturze punktu wrzenia) składnika, można to zmienić przez odpowietrzenie pary z naczynia mieszającego do atmosfery; zmniejszenie ciśnienia ułatwia odparowywanie mieszaniny płynnej w naczyniu, które to odparowywanie dotyczy głównie składnika mniej lotnego, tym samym wzbogacając mieszaninę płynną w stężenie mniej lotnego składnika. Wten sposób, skład mieszaniny może być znacznie i dokładnie wzbogacony w drugi, mniej lotny składnik.

Stwierdziliśmy, iż według sposobu mieszania zgodnego z wynalazkiem można wiarygodnie i powtarzalnie wytworzyć mieszaniny płynne zawierające dwa albo więcej upłynnione, zasadniczo czyste gazy. W szczególności, stwierdziliśmy, iż nasz sposób idealnie nadaje się do produkcji porcjowej mieszanin ciekłych tlenu i azotu, mających bardzo dokładnie kontrolowane stężenie. Uważa się, iż zasady wynalazku dają się również zastosować do innych mieszanin gazowych, takich jak mieszanina gazowa zawierająca 2,5% dwutlenku węgla w argonie stosowana do osłaniania w czasie pewnych procesów spawalniczych, albo też mieszanina argonu, azotu, tlenu i dwutlenku węgla stosowana w pożarnictwie (jako iż, obecnie, ta szczególna mieszanina jest zapewniana tylko w postaci gazowej, wynalazek być może przedstawia dodatkowe korzyści umożliwienia produkcji takich mieszanin i ich transportu do miejsca użycia w postaci płynnej).

Urządzenie do przeprowadzenia sposobu według wynalazku zawiera wstępnie zaprogramowany zespół blokujący do monitorowania wszystkich etapów procesu mieszania, w tym etapu podawania mieszaniny płynu kriogenicznego, przy czym zespół blokujący odpowiada na dane od operatora i przystosowany jest mechanicznie do zapobieżenia albo ułatwienia postępu mieszania w dowolnym etapie zgodnie ze wstępnym zaprogramowaniem. Wstępne programowanie jest odpowiednio zaprojektowane dla zapewnienia tego, że nastąpią prawidłowe procedury mieszania, tak że operator nie może, niechcący czy też celowo, złamać bariery bezpieczeństwa. Zespół blokujący korzystnie zawiera blokadę mechaniczną, którą operator musi uruchomić ręcznie we wstępnie określonym porządku, jako dodatkową gwarancję, że nastąpi prawidłowa procedura.

Urządzenie do przeprowadzania sposobu według wynalazku jest uwidocznione w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia uproszczony schemat urządzenia do mieszania płynnego tlenu z ciekłym azotem.

W urządzeniu, źródła surowca ciekłego azotu i ciekłego tlenu 2, 4 połączone są przewodami 6, 8 z pośrednimi, izolowanymi termicznie naczyniami zatrzymującymi 10, 12 (które są użyteczne jako zbiorniki hamujące, służące zapobieżeniu zanieczyszczenia źródeł surowców, jako zbiorniki zwiększania ciśnienia oraz, gdy jest to wymagane, do opróżniania ich zawartości). Naczynia zatrzymujące 10, 12 połączone są przewodami 14, 16 z izolowanym termicznie naczyniem mieszania 18, przy czym wylot 20, przewodu zasilającego ciekłego azotu 14 jest umieszczony w kierunku dna naczynia mieszającego 18, a wylot 22 przewodu zasilającego ciekłego tlenu 16 jest umieszczony w kierunku szczytu naczynia mieszającego 18.

Choć dokładne umiejscowienie wylotu 20 ciekłego azotu nie jest krytyczne, wylot ciekłego tlenu 22, musi być umieszczony powyżej najwyższego spodziewanego poziomu powierzchni płynnego azotu wewnątrz naczynia mieszającego 18, toteż wylot 22 jest zatem korzystnie umiejscowiony w sąsiedztwie szczytu naczynia mieszającego 18.

Naczynia zatrzymujące 10, 12 oraz naczynie mieszające 18 są wspierane przez ogniwa obciążnicze 24, a zawór 26, jest umieszczony w każdym z przewodów zasilających 6, 8, 14, 16. Sterownik 28, taki jak odpowiednio zaprogramowany komputer, z interfejsem ręcznym operatora 30, jest czynnościowo połączony tak, by uruchamiać zawory 26, w celu wpłynięcia na mieszanie porcjowe płynnego azotu i płynnego tlenu, według procesu opisanego poniżej i w odpowiedzi na sygnały z ogniw obciążniczych 24.

Ze względu na czytelność nie przedstawiono na rysunku przewodu analizującego z urządzeniem ograniczającym umieszczonego w kierunku dna naczynia mieszającego 18, do wyciągania próbnej ilości płynu i odparowywania go w celu analizy składu zawartości naczynia mieszającego (i połączonego ze sterownikiem 28, i/lub dla pracy ręcznej), zaworów odpowietrzenia w każdym z naczyń zatrzymujących 10, 12, dla uwalniania nadmiaru ciśnienia w nich oraz w każdym z naczyń zatrzymujących 10, 12 oraz w naczyniu mieszającym 18: dyszy dla wypuszczania płynu; obwodu do zwiększania w nich ciśnienia oraz czujników ciśnienia albo ciśnienia i temperatury (z których to elementów każdy może być czynnościowo podłączony do sterownika 28).

Przewód 14, jest wyposażony w przewód odgałęźny 32 (zawierający zawór 26 czynnościowo podłączony do kontrolera 28) do uwalniania (albo spuszczania) zawartości naczynia mieszającego 18.

PL 195 598 B1

Zespół odpowietrzania 34, który jest korzystnie zautomatyzowany i daje się sterować przez sterownik 28, umieszczony jest w kierunku szczytu naczynia mieszającego 18 dla wybiórczego uwalniania ciśnienia pary w nim. Uwalnianie ciśnienia uzyskuje się przez odpowietrzenie pary do atmosfery, które jest pożądane w celu zapobieżenia tworzeniu się nadmiernego ciśnienia pary wewnątrz naczynia mieszającego 18 w czasie cyklu mieszania, i jest również korzystne dla regulacji (wzbogacania) stężenia tlenu w płynie mieszanym.

Obecnie opisane zostaną etapy wchodzące w skład wytwarzania porcji zmieszanego płynnego azotu i płynnego tlenu, które można przeprowadzić przy zastosowaniu urządzenia.

Pierwszy etap polega na ustawieniu wartości docelowych porcji. Analiza docelowa zmieszanego płynu J zostaje dokonana, jeśli chodzi o procentowe stężenie tlenu objętościowe (% vol.O2) a z tego obliczana jest analiza docelowa zawartości procentowej tlenu w mieszanym płynie, K, według równania:

(800xJ) 700 + J % wag O₂

Ustala się również docelową wagę porcji, L kg, która oczywiście nie może przekraczać pojemności naczynia mieszającego 18.

Sprawdziwszy, iż w naczyniu mieszającym 18nie ma żadnego pozostałego płynu i że jego wnętrze jest pod odpowiednim ciśnieniem i temperaturą (tj. wstępnie schłodzone do temperatury kriogenicznej), można rozpocząć proces napełniania naczynia mieszającego 18 ciekłym azotem.

Docelową wagę azotu wprowadzanego do naczynia mieszającego 18, M kg, można obliczyć według równania:

M = L(100-K) kg

100

Tę masę azotu wprowadza się do naczynia mieszającego 18, poprzez wylot 20, w taki sposób, by nie ułatwiać nadmiernego odparowywania, a uzyskaną rzeczywistą ilość azotu w naczyniu mieszającym, M' kg, ustala się z odczytów ogniw obciążniczych (przy czym M' jest zwykle nieco mniejsza od M z uwagi na efekt odparowania i inne straty w zbiorniku zatrzymującym 10, naczyniu mieszającym 18 i przewodzie 6).

Po ustaleniu rzeczywistej wagi, M' kg, płynnego azotu w naczyniu mieszającym 18, można rozpocząć proces dodawania płynnego tlenu.

Czystość dodawanego tlenu (która normalnie powinna być większa od 95%) jeśli chodzi o zawartość procentową tlenu w źródle 4 mierzy się i przekształca na wartość czystości wagowej N (% wag O2).

Ilość docelową płynnego tlenu wagowo, P, dodawanego do naczynia mieszającego oblicza się według równania:

P=

J

100 - J x M' kg

Tę masę tlenu podaje się do naczynia zatrzymującego 12, a stąd do naczynia mieszającego 18, przy czym wagę ciekłego tlenu, P', zmieszanego z ciekłym azotem mierzy się przez ogniwa obciążnicze (P' jest różne od P z powodu odparowania i innych strat).

Ponieważ tlen ciekły wprowadzany jest do naczynia 18 ponad poziomem powierzchni płynnego azotu w nim, i ponieważ tlen jest gęstszy od azotu, dochodzi do skutecznego wymieszania bez rozwarstwienia, jak opisano powyżej. Istnieje jednak pewna utrata, głównie lżejszego, mającego niższą temperaturę punktu wrzenia/niższą właściwą pojemność cieplną azotu w czasie procesu mieszania. Rzeczywistą ilość ciekłego tlenu w płynie zmieszanym po stratach mieszania, P kg, oblicza się z równania:

P' x N p''_

100

PL 195 598 B1 a rzeczywista ilość ciekłego azotu w płynie zmieszanym, M kg, pochodzi z równania:

P' x N

M'' = M' + P'-- kg

100

Oblicza się analizę porcji zmieszanej, jako procentową zawartość tlenu wagowo, Q, według równania:

P''

Q =-x 100 % wag O₂

M''+ P ² i przekształca na procentową zawartość tlenu w objętości, R, przez równanie:

700 xQ 800 - Q % vol. O₂

Liczbę tę potwierdza się rzeczywistą analizą składu (procentowej zawartości tlenu) płynu zmieszanego wewnątrz naczynia mieszającego 18, który mierzy się nie wcześniej niż po około 30 minutach od dodania tlenu, a pomiar powtarza po kolejnych 5 minutach w celu zapewnienia tego, że odczyt ustabilizował się (odczyty fluktuujące mogą wskazywać, iż odmierzona próbka nie uległa w całości odparowaniu). Skład analizuje się przez odciągnięcie ilości próbnej płynu zmieszanego z naczynia mieszającego przez przewód analizujący, mający urządzenie ograniczające dostosowane do umożliwienia pełnego odparowania próbki tak, że jej skład można zanalizować w sposób znany ze stanu techniki. Pomiary bliskie 21% należy rozważać z ostrożnością, jako iż urządzenie analizujące może po prostu analizować otaczające powietrze a nie zmieszany płyn kriogeniczny. Po określeniu składu płynu zmieszanego, jeżeli jest on w znacznej części oddalony od pożądanego składu, można to poprawić; jeżeli mieszanina jest uboga w tlen jest to prostą sprawą obliczenia dalszej ilości tlenu wymaganego i wprowadzenia jej do mieszaniny jak wyłożono powyżej. Alternatywnie, mieszanka może być wzbogacona przez gaz odpowietrzający z naczynia mieszającego. Jeżeli mieszanina jest bogata w tlen, możliwe jest wyregulowanie jej przez dodanie większej ilości azotu, ale ponieważ musi on być wprowadzony do płynnej mieszaniny, co może ułatwić rozwarstwienie i nadmierne odparowanie, należy to przeprowadzić z niezwykłą ostrożnością.

Poniższe przykłady ilustrują typowe parametry napotykane w czasie wytwarzania, według wynalazku, płynnej mieszaniny tlenu i azotu mającej skład pomiędzy 16,5% a 21% objętościowo tlenu (ten zakres, jak stwierdzono, wytwarza odparowany gaz, który w czasie użytku, ma skład pomiędzy około 17% a około 22% tlenu objętościowo (przy czym typowo dochodzi do wzbogacenia mieszaniny w czasie transportu i przechowywania o około 1 do 1,5%), co jest szczególnie dogodne w przechowywaniu żywności albo zastosowaniach mrożeniowych.

Zasilanie porcjami płynnego tlenu

Ciśnienie: ok. 0,29 MPa (1,9 Barg)

Temperatura: 90 K

Gęstość: 1142 Kg/m³

Wartości naczynia zatrzymującego tlenu (jak podaje się do naczynia mieszającego)

Płyn „Zimny”

Ciśnienie:

Temperatura

Gęstość:

Płyn „ciepły”

Ciśnienie:

Temperatura

Gęstość:

- tj. zużywany natychmiast ok. 0,5 MPa (4,0 Barg)

K (przyjmując pewien przeciek ciepła w czasie przenoszenia między naczyniami)

1118 Kg/m³

- tj. przy nasyceniu ok. 0,5 MPa (4,0 Barg)

108,8 K

1042 Kg/m³

PL 195 598 B1

Zasilanie porcjami płynnego azotu

Ciśnienie: ok. 0,29 MPa (1,9 Barg)

Temperatura: 83 K

Gęstość: 782 Kg/m³

Wartości azotu w naczyniu mieszającym przed dodaniem tlenu (zmniejszone ciśnienie)

Ciśnienie: ok. 0,2 MPa (1,0 Barg)

Temperatura: 84 K

Gęstość: 779 Kg/m³

Wartości dla mieszanin tlen/azot (przyjmując nasycenie i zakres 16,5 do 21% objętościowo) tlen

Zakres gęstości: Skład: 16,5% obj. O2

Ciśnienie: ok. 0,5 MPa (4,0 Barg)

- ciśnienie uniesienia zaworu bezpieczeństwa Temperatura: 95,6 K

Gęstość: 774 Kg/m³

Skład: 21% obj. O2

Ciśnienie: ok. 0,2 MPa (1.0 Barg)

- najniższe widywane realistyczne ciśnienie Temperatura: 85,3 K

Gęstość: 844 Kg/m³Zakres temperatury: Skład: 16,5% obj. O2

Ciśnienie: ok. 0,2 MPa (1,0 Barg)

- najniższe widywane realistyczne ciśnienie Temperatura: 84,9 K

Gęstość: 830 Kg/m³

Skład: 21% obj. O2

Ciśnienie: ok. 0,5 MPa (4.0 Barg)

- ciśnienie uniesienia zaworu bezpieczeństwa Temperatura: 96,0 K

Gęstość: 788,5 Kg/m³

Typowe wartości: w naczyniu mieszającym

Skład:

Ciśnienie:

Temperatura

Gęstość:

17,5% obj. O2 ok. 0,4 MPa (3,0 Barg)

92,8 K

793 Kg/m³

W naczyniu zbiorczym klienta

Skład:

Ciśnienie:

Temperatura

Gęstość:

20,0% obj. O2 ok. 0,5MPa (4,0 Barg)

95,9 K

785 Kg/m³

Typowy proces mieszania:

37.03 Ton azotu

Ciśnienie:ok. 0,2 MPa (1.0 Barg) Temperatura: 84 K Gęstość: 779Kg/m³8,97Ton tlenu

Ciśnienie:ok. 0,4 MPa (3,0 Barg) Temperatura: 105,8K Gęstość: 1059 Kg/m³

PL 195 598 B1

Przykłady i opis zwrócą uwagę znawców stanu techniki na różne modyfikacje i ulepszenia w wynalazku, które obejmuje zakres poniższych zastrzeżeń. Na przykład: pośredni zbiornik zatrzymujący na jeden albo wiele gazów płynnych jest pożądany ale nie niezbędny; choć rysunek przedstawia każdy zbiornik jako mający dwa ogniwa obciążnicze do ważenia każdego zbiornika i jego zawartości, można zastosować układy z większą albo mniejszą od dwóch liczbą ogniw obciążniczych, a źródła porcji kriogenu, choć opisane pośrednio jako zbiorniki przechowalnicze, mogą również zawierać transportery płynnych kriogenów (tj. zbiornikowce), choć przy zastosowaniu zbiornikowców, opisany powyżej proces mieszania wymaga modyfikacji w celu wzięcia pod uwagę ograniczonej pojemności takich zbiornikowców oraz zmienność temperatury, ciśnienia i gęstości ich zawartości.

Dla jasności opisu, zastrzeżeń i skrótu, gdziekolwiek użyto słów „zawiera” albo „zawierający” nie należy ich rozumieć jednoznacznie; oznacza to,iż słowa te należy zawsze czytać i rozumieć jakby były poprzedzone określeniem „między innymi”.

Claims

1. Sposób mieszania przynajmniej dwóch płynów kriogenicznych, w którym wprowadza się pierwszą wstępnie określoną ilość pierwszego płynu kriogenicznego, w szczególności ciekłego azotu, do naczynia, które wybiórczo odpowietrza się do atmosfery albo zasadniczo jest zamknięte, wprowadza się drugą wstępnie określoną ilość drugiego płynu kriogenicznego, w szczególności ciekłego tlenu, do zasadniczo zamkniętego naczynia na poziomie powyżej powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu, przy czym ten drugi płyn kriogeniczny ma większą gęstość niż pierwszy płyn kriogeniczny i wytwarza się zasadniczo jednorodną mieszaninę płynów kriogenicznych o wstępnie ustalonym składzie, znamienny tym, że ciekłą mieszaninę kriogeniczną stabilizuje się pozostawiając w naczyniu przez przynajmniej 30 minut a następnie ustabilizowaną ciekłą mieszaninę kriogeniczną analizuje się i sprawdza się jej skład względem wcześniej ustalonego składu oraz reguluje się precyzyjnie skład ciekłej mieszaniny kriogenicznej i doprowadza się do ustalonego składu dodając pierwszy lub drugi płyn kriogeniczny lub odpowietrza się gaz z naczynia.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia w najniższej jego części albo w sąsiedztwie jego najniższej części.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że drugi płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia z punktu przynajmniej 0,5 m powyżej poziomu powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że drugi płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia z punktu przynajmniej 1 m powyżej poziomu powierzchni pierwszego płynu kriogenicznego w naczyniu.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi płyn kriogeniczny wprowadza się do naczynia w najwyższej jego części albo w sąsiedztwie jego najwyższej części.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza i druga wstępnie określona ilość ustalane są przez zważenie płynów kriogenicznych wprowadzanych do naczynia.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że obejmuje ważenie naczynia przed i po wprowadzeniu do niego każdego z płynów kriogenicznych.

8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że obejmuje ważenie naczynia w czasie wprowadzania do niego każdego z płynów kriogenicznych.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z płynów kriogenicznych wprowadzanych do naczynia jest ciekłym, zasadniczo czystym gazem.