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Verfahren und Vorrichtung zur. Verflüssigung von Ammoniakgas nach
Patent 305916. Bekanntlich wird in Kühlanlagen, die mit Ammoniak arbeiten, das Ammoniakgas
bei hoher Temperatur und bei einem Druck von etwa 12 Atmosphären in einem Kondenser
aufgenommen, iri welchem es gekühlt und verflüssigt wird, um in dieser Form als
Mittel zu dienen, den zu kühlenden Körpern Wärme zu entziehen!. In dem Hauptpatent
ist ein Verfahren beschrieben:, mittels dessen die Verflüssigung des Annmoniaks
oder gleichwertigen Gases bei geringerer Kühl- und Kondensationsfläche schneller
als bis dahin üblich erzielt werden konnte; das Verfahren beruht auf einer eigenartigen
Anwendung des Gegenstromprinzips für den Wärmeaustausch. Das heiße Ammoniak wird
von unten in die mit Kühlwasser- berieselten Rohre des Kondensers eingeleitet und
auf diese Weise mit einem Teil des bereits verflüssigten Ammoniaks in, Berührung
und Mischung gebracht, während das verflüssigte Ammoniak oben abfließt. . Der Kondenser
besteht dabei zweckmäßig aus einer oder mehreren Reihen übereinander gelagerter,
etwa wagerecht verlaufender Rohre, die in Zickzackschaltung aneinander angeschlossen
sind, so daß das in das unterste Rohr eingeleitete Gas von dem am stärksten erwärmte
Wasser, das, aber. noch Wärme abführen kann, umspült wird, während @ die oben abfließende
Flüssigkeit unter der Einwirkung der noch völlig kalten Kühlflüssigkeit steht. Die
Wärmeübertragung wird insbesondere noch durch das Aufsteigen des Gasstromes innerhalb
der bereits gebildeten Flüssgkeit, das in Form von Bläschen stattfindet, gefördert,
indem auf diese Weise große Wärmeaustaüschflächen für das- Gas geschaffen werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Wirkung weiterhin noch dadurch verbessert;
daß zugleich mit dem heißen Gas noch besonderes verflüssigtes Gas in dass bereits
verflüssigte Gas eingeführt wird, und zwar wird die Zusatzflüsisgkeit zuvor in den
Gasstrom eingeleitet; zweckmäßig kommen hierfür Teile des bereits verflüssigten
Gases zur. Anwendung. Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad des Kondensers wesentlich
erhöht wird, wenn ein Teil der gebildeten Flüssigkeit an oder nahe der Eintrittsstelle
des heißen Gases wieder eingeführt und mit diesem gründlich gemischt wird.
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Eine weitere Vervollkommnung von Bedeutung besteht darin, daß das
Gas in den Kondenser mit gesteigerter Geschwindigkeit eingeleitet wird. Hierzu dient
zweckmäßig eine
Düse, welche -in die Zufuhrleitung vor der Eintrittsstelle
eingebaut ist. Diese Düse kann als eine Art Injektor angesehen werden, da das Gas
mittels dieser in den Kondenser mit so großer Geschwindigkeit eingeblasen wird,
daß es durch die Flüssigkeit aufwärts strömt und die letztere über die Stelle hinausführt,
an welcher die Verflüssigung vollendet ist.
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Derartige Injektordüsen eignen sich außerdem für einen anderen Zweck
von nicht geringer Bedeutung. In großen Anlagen, in welchen eine größer Anzahl von
Rohrreihen nebeneinander vorgesehen. sind, können die Durchtrittsöffnungen der Düsen
so abgestimmt sein, daß jede Einheit, d. b. jede Reihe übereinander gelagerter Rohre,
eine wirklich proportionale Gasmenge zugeführt. erhält, so .daß .ein gleichmäßiger
Betrieb für alle Einheiten gewährleistet ist. Es brauchen dann keinerlei Regulierventile
zur Einstellung der in die einzelnen Einheiten strömenden Gasmengen vorgesehen zu
sein, was vorteilhaft ist, da die Einstellung solcher Ventile durch Unachtsamkeit
oder Zufall leicht verändert werden kann, was dann eine ungleiche Verteilung und
eine Verschlechterung der Gesamtwirkung zur Folge hat.
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Solche Düsen können in jeder Zufuhrleitung des Kondensers angeordnet
sein, also sowohl in den Zufuhrleitungen für Gas als auch denjenigen., durch welche
.die Zusatzflüssigkeit zugeführt wird.
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Die Rohrreihen des Kondensers erhalten zweckmäßig Flüssigkeitsverschlüsse,
die durch nieder-- und wieder hochgeführte Rohre hergestellt werden können. Sie
sind an das oberste Rohr jeder Reihe angeschlossen und verhindern das Entweichen
von etwa unkondensiert gebliebenen Gas. Eine ähnliche Einrichtung befindet sich
vor jedem unteren Rohr', um das Rückfließen -des verflüssigten Gases' in das Zufuhrrohr
auszuschließen.
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Die Einzelheiten der zur Ausführung des neuen Verfahrens dienenden
Vorrichtung sind in einem Beispiel auf der Zeichnung veranschaulicht.
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Fig. r zeigt die Seitenansicht eines -Kondensers, der aus einer Einheit,
d. h. Reihe übereinander gelagerter wagerechter Rohre besteht, die an.ihren Enden
durch Krümmer miteinander verbunden sind.
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Fig. a stellt den unteren Teil der Vorrichtung in vergrößertem Maßstabe
und- teilweise im Schnitt dar, um-die Anordnung der Düsen deutlicher zu veranschaulichen.
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Der eigentliche* Kondenser besteht aus übereinander gelagerten, ganz
oder annähernd horizontal angeordneten Rohren gleicher Länge, die durch Zickzackschaltung
zu einer Schlange A verbunden sind. Zahl und Länge der Rohre richtet sich nach den
jeweiligen Erfordernissen; ebenso können mehrere solcher Einheiten nebeneinander
vorgesehen sein.
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Das unterste Rohr All ist mit einem senk= rechten Rohr
BI verbunden, das seinerseits an ein oberes Verteilungsrohr F angeschlossen ist.
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Das heiße Gas wird voil einem nicht dargestellten Kompressor im Rohr
B" in der Pfeilrichtung aufwärts gedrückt und tritt nach Durchströmen des Rückschlagventils
C in das Verteilungsrohr B über, von welchem es durch das Absperrventil BZ und das
Rohr B1' dem untersten Kondenserrohr A=° zufließt. Innerhalb des Kondensers steigt
es nun der Reihe nach durch die verschiedenen horizontalen Rohre aufwärts, und da
eine reichliche Menge von Kühlwasser, das mittels der Zufuhrleitung M und des Verteilungsrohrs
N zufließt, außen über die Rohre herabrieselt, so wird das Gas zunächst gekühlt
und dann kondensiert, wobei zunächstdie überschüssige Wärme an das am meisten erwärmte
Wasser abgegeben wird, was etwa in den beiden unteren Rohren vor sich geht, und
nach weiterer Kühlung die Verflüssigung ungefähr bei Rohr All eintritt. In manchen
Fällen kann es zweckmäßig sein, zusätzliche Gasmengen. einzuführen, was bei dem
Beispiel der Zeichnung bei Rohr Al' erfolgt. An dieser Stelle ist der Rohrkrümmer
mit einer Einlaßöffnung versehen, an welche ein Nippel Be und ein Ventil B' angesetzt
sind; diese Teile sind ihrerseits mittels eines T-Stücks mit dem Rohr B1 verbunden
und bilden so eine Zweigleitung für zusätzliche Gaszufuhr.
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Das verflüssigte Gas und das frisch eintretende heiße Gas durchdringen
einander innig innerhalb des Kondensers und bilden. ein lebhaftes Gemisch von Gas
und Flüssigkeit, welches so. lange aufwärts steigt, bis die auf das Äußere der.
Rohre ausgeübte Kühlwirkung das gesamte Gas niedergeschlagen hat. Es empfiehlt sich,
es so einzurichten, däß die vollkommene Verflüssigung bereits unterhalb des obersten
Rohres beendigt ist, so daß die Flüssigkeit noch wirksamer gekühlt und auf eine
tiefere Temperatur gebracht wird, als es möglich ist, wenn sie sofort .nach ihrer
Bildung abgeführt wird. Dies .führt auf eine der wichtigsten Besonderheiten der
vorliegen-. den Erfindung, nämlich die Tatsache, daß eine gewisse' Menge des verflüssigten
Gases in dem Kondenser dauernd zurückbleibt, mittels deren ein rascherer und vollkommener
Wärmeaustausch bewirkt wird, denn es braucht nur daran erinnert zu werden, daß '
die Wärmeübertragung von Flüssigkeit zu Flüssigkeit wirksamer und ökonomischer als
diejenige von Gas auf Flüssigkeit erfolgt.
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Die Abführung der Flüssigkeit aus dem
Kondenser- geschieht
mittels des Rohres Dl, des Absperrventils D2, Rohres D° so-,vie des Flüssigkeitsverschlusses,
der durch das letztere und das Röhr D' gebildet wird; weiter gelangt die
Flüssigkeit durch Rohr D' zu dem Aufnehmer oder Tank P.
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E3 ist eine Anzapfung des Siphons und verbindet die höchste Stelle
des letzteren bzw. des Flüssigkeitsverschlusses. mit dem Ausgleichrohr E;- diese
Leitung sichert den regelmäßigen und gleichbleibenden Durchfluß der Flüssigkeit
durch die den Verschluß bildende Rohrleitung. .
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Am untern Ende des Rohres D' ist mittels T-Stücks - das mit einem
Absperrventil D1111 versehene Rohr DI angeschlossen, das zu einem wagerechten Rohr
führt. Letzteres steht in Verbindung mit einem Querrohr D3, das seinerseits mittels
Ales kurzen Rohres D3 und- des zugehörigen -Absperrventils D4 mit dem untersten
Rohr A2° des Kondensers verbunden ist. Der Anschluß des Rohres D° kann dabei mittels
eines besonderen Verbindungsstücks A21 erfolgen, das im wesentlichen T-Form hat,
und an einem Ende einen Flansch besitzt.
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Innerhalb des Teiles A21 an dem mit Flansch versehenen Ende ist eine
Injektordüse A22 angebracht; diese hat einen doppelten Zweck: erstens dient sie
-zur Steigerung der Geschwindigkeit des eintretenden Gases, die durch die Verengerung
des Durchtrittsquerschnitts bewirkt wird, sodann arbeitet sie als -Injektor im eigentlichen
Sinne. Es ist nämlich zu beachten, daß die Eintrittsstelle in das Kondenserrohr
der Düse A22 gegenüberliegt, und- daß das aus letzterer äusge-' blasene Gas über
die Mündung des Rohres streicht, durch welches die Flüssigkeit zugeführt wird; die
Flüssigkeit wird also aus dem Rohr D3 mitgerissen und dabei in einen Sprühregen
oder kleine Kugeln, zerstäubt sowie mit dem Gasgründlich vermengt, wobei ihre Geschwindigkeit
durch den Injektor gleichfalls eine Steigerung erfährt.
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Die innige Mischung von Gas und Flüssigkeit dauert während des Durchgangs
durch den ganzen zur Niederschlagung dienenden Teil :des Kondensers an, und diese
Mischung wird durch den Injektor gefördert,. der lediglich aus dem Verbindungsstück
und den daran sitzenden Teilen gebildet wird.
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Beachtenswert ist ferner, daß das Ende des Rohres D3 nicht bis an
den Gasstrom der Düse heranreicht; es hat sich vielmehr gezeigt; daß die Gasgeschwindigkeit
auch ohnedies groß genug ist, um eine wirksame Ansaugung hervorzubringen.
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Das horizontale Rohr, welches das Rohr D° mit dem Querrohr DB verbindet,
führt zu dem breiteren Abflußrohr D'r, das über Ventil-D'l mit dem Tank P in Verbindung
steht. Zwischen den Rohren D5 und D7 enthält das Horizontalrohr ein Absperrventil
D°, so daß unter gewöhnlichen Umständen die durch Rohr D° abwärts strömende Flüssigkeit
von dem Ausflußrohr gänzlich ferngehalten werden kann, während die Verbindung hergestellt
wird, wenn eine völlige Entleerung des Kondensers gewünscht wird. In diesem Falle
wird das große Ventil B=, welches den Eintritt des heißen Gases in den Verflüssiger
regelt, sowie Ventil Dl" und Ventil D= geschlossen, während D' geöffnet ist; die
im Kondenser enthaltene Flüssigkeit fließt dann über Ventil D4, Rohr D8, Ventil
D3 in den Aufnehmer P.
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Oberhalb des Kondensers ist ein Ausgleichsrohr E angeordnet, welches
an sämtliehe Einheiten mittels Rohre El und . Ventile E= angeschlossen ist, und
anderseits mittels des Rohres E3 mit dem Flüssigkeitsabflußrohr und durch ein Rohr
lz sowie Ventil h3 mit dem mehrfach genannten Tank in Verbindung steht. Es ist wünschenswert,
daß .während .des ganzen Betriebes der Anlage der Durchgang durch das Ausgleichsrohr
und die anschließenden Rohrleitungen jederzeit freibleibt, doch darf nicht übersehen
werden, daß bei der Entleerung einer der Kondenserreihen dann in dieser zufolge-
des Ausgleichsrohres ein Druck erhalten bleibt. der gleich dem Druck in den anderen
Teilen des Kondensers und in dem Aufnehmer ist. Ist es erforderlich, eine Kondenserreihe
oder -einheit, die entleert worden ist, zu entfernen, weil ein daran befindlicher
Teil beispielsweise ausgebessert werden muß, so ist es notwendig, diese Einheit
vorher auszupumpen. Diesem Zweck dient das Rohr hl, das einerseits an das Rohr
da, anderseits an die Saugseite des Kompressors angeschlossen ist. Es sind
die Ventile E4 und h3 sowie die Ventile EZ .bei allen nicht auszupumpenden Einheiten,
ferner die Ventile B2, D4 und D"der auszupumpenden Einheiten zu schließen, und es
genügen dann einige Hübe des Kompressors; um die Gasabsaugung zu bewirken, wobei
zu beachten ist, daß die Druckverringerung nicht erheblich unter. den atmosphärischen
Druck getrieben zu. werden braucht.
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Die Trommel G, die an das Ausgleichsrohr E angeschlossen ist, dient
dazu, aus letzterem und allen anderen Teilen des Kondensers die naturgemäß nach
oben steigenden nicht kondensierbaren Gase anzusammeln, die etwa in der Vorrichtung
vorhanden sind.
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Hinsichtlich des obenerwähnten Flüssikeitsverschlusses, der dem Abflußrohr
vorgeszhaltet ist, ist noch zu bemerken, daßdieier, ungewolltes Abströmen der Flüssigkeit
verhindert und einen regelmäßigen, stetigen Ablauf des verflüssigten Gases sichert,
abgesehen
davon, daß er dem Entweichen unkondensierter Gase vorbeugt;
die an den Flüssigkeitsverschluß angeschlossene Leitung, der sogenannte Siphonunterbrecher,
verhindert zugleich die Möglichkeit, daß die gesamte Flüssigkeit aus dem Kondenser
ausläuft, was von gewisser Wichtigkeit ist, denn es wurde als wünschenswert und
geradezu notwendig gefunden, daß Flüssigkeit zu jeder Zeit in der Vorrichtung zurückbleibt.
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Hinsichtlich der Injektordüsen ist noch zu erwähnen, daß eine solche
auch zwischen dem Ventil B- und dem Nippel B° eingeschaltet werden kann.