NL8020515A

NL8020515A - Werkwijze en inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof.

Info

Publication number: NL8020515A
Application number: NL8020515A
Authority: NL
Original assignee: Grigory Ivanovich Voronin Alex
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1982-08-02
Also published as: DE3050577T1; WO1982001242A1; US4531371A; GB2095809A; JPS625268B2; JPS57501444A; DE3050577C2; GB2095809B

Description

- 1 - SO? 05 15 * N.O. 31 091 ^ 1 ** ; Werkwijze en inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof. Vel van de techniek.

De uitvinding heeft betrekking op de koeltechniek en in het bijzonder op een werkwijze en inrichting voor het bereiden van ; stikstof en zuurstof.

5 Beschrijving van de stand van de techniek.

Bekend in de stand van de techniek en uitgebreid toegepast voor de produktie van stikstof en zuurstof is een werkwijze van een rectificatie bij een lage temperatuur, omvattende het koelen : van gecomprimeerde lucht, het vloeibaar maken daarvan en het .10 ; scheiden in een rectificeerkolom (vergelijk Amerikaanse octrooi-' schrift 2.548.377 klasse 62-123, 1951)·

Een grote massa van de rectificeerkolom, een lange inloop-tijd tijdens bedrijf daarvan, de #nmogelijkheid van het wijzigen van de werktóestanden heeft het urgent gemaakt om nieuwe wegen te 15 : vinden voor het scheiden van lucht.

Bijvoorbeeld zijn centrifugale rectificatoren met een kleinere massa maar een lagere betrouwbaarheid bekend, aangezien zij beweegbare inrichtingen bevatten (vergelijk A.M.Arkharov et al, "Low-Temperature Engineering", Energija Publishing House, Moscow, 20 1975, blz. 283-285).

Eveneens isr een wervelpijp van Rank bekend, die bestaat uit ; een inlaatmondstuk voor het versnellen en doen wervelen van de | luchtstroom, een membraan voor het afgeven van een gekoelde stroom en een uitlaat diffusor voor het afgeven van een verwarmde stroom 25 (vergelijk Amerikaans octrooischrift 1.952*281 klas 62-5, 1934)·

In het bijzonder worden wervelpijpen toegepast voor het scheiden van vloeibare koolwaterstoffen uit gasvormige (vergelijk Amerikaans octrooischrift 3*775*988 Cl. 62-5, 1973)·

Volgens de stand van de techniek is een werkwijze bekend 30 voor het scheiden van lucht in zuurstof en stikstof en een inrichting daarvoor, waarbij een wervelpijp voor de rectificeerkolom is gemonteerd en als een smoorstap wordt gebruikt (vergelijk Russisch Uitvinderscertificaat 246.536, cl. F 25 j, 1968). Bij deze ! . inrichting dient de wervelpijp voor het scheiden van de damp uit ;35 de vloeistof en is ongeschikt voor luchtrectificatie.

8020515 0 - 2 -

Beschrijving van de uitvinding.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een werkwijze en een inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof, die een hoge bedrijfsbetrouwbaarheid zal hebben, een lage massa en een 5 korte inlooptijd.

Dit doel wordt bereikt door een werkwijze voor het bereiden van stikstof en zuurstof uit de vooraf gecomprimeerde gekoelde lucht, waarbij volgens de uitvinding lucht wordt gecomprimeerd tot een druk van 0,3 tot 0,6 MPa, de gecomprimeerde lucht wordt 10 gekoeld tot een verzadigde toestand met een gedeeltelijk vloeibaar maken bij een temperatuur van 90 tot 100°K en de gekoelde lucht voor het scheiden wordt afgegeven aan ten minste één wervel-Pijp·

Om het vermogensverbruik bij het scheiden van lucht in meer 15 dan één pijp te verlagen, wordt aanbevolgen het scheiden van lucht uit te voeren in ten minste één wervelpijp onder adiabatische toestanden en de gecomprimeerde lucht te koelen tot de verzadigde toestand met een vloeistofinhoud van 20 tot 40 massaprocenten.

Om zuiverder produkten te verkrijgen, is het gewenst dat het 20 scheiden van lucht wordt uitgevoerd in thermisch contact met het omgevingsmedium en de gecomprimeerde lucht wordt gekoeld tot de verzadigde toestand met een vloeistofinhoud van 45 tot 65 massa-procenten.

Ten einde tegelijkertijd stikstof en zuurstof te bereiden 25 bij het scheiden van lucht in meer dan één wervelpijp, moet in ten minste één wervelpijp de scheiding worden uitgevoerd onder adiabatische toestanden, terwijl aan de wervelpijp gecomprimeerde lucht wordt toegevoerd die gekoeld is tot de verzadigde toestand met een vloeistofinhoud van 20 tot 40 massaprocenten.

30 De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof uit lucht, omvattende een compressor en warmteuitwisselaars die langs de baan van gecomprimeerde lucht zijn geplaatst en die een ruimte onder hoge druk, een ruimte onder lage druk en een middel voor het scheiden van lucht hebben, :35 waarbij als het luchtscheidingsmiddel gebruik wordt gemaakt van een bekende wervelpijp die aan één einde daarvan een inlaatmond-: stuk heeft en een membraan voor het afgeven van stikstof en aan het andere einde een diffusor voor het afgeven van zuurstof; het inlaatmondstuk van de wervelpijp is verbonden met een ruimte 40 onder hoge druk van de warmteuitwisselaar, terwijl het membraan 802 0 5 15 0 - 3 - van de wervelpijp is arerbonden met de ruimte onder lage druk van de warmteuitwisselaar.

Het is raadzaam dat de inrichting ook ten minste één wervelpijp meer bevat; de diffusor van een voorafgaande wervelpijp moet 5 bij voorkeur worden verbonden met het inlaatmondstuk van de vol-: gende wervelpijp.

Om de coëfficiënt van het 1 winnen van zuurstof uit lucht i te vergroten, is het raadzaam dat het membraan van een volgende 1 wervelpijp wordt verbonden met de centrale axiale zone van de :; diffusor van de voorafgaande wervelpijp.

Om de stabiliteit en het rendement van functioneren van de wervelpijp te verhogen, is het raadzaam dat langs zijn hartlijn ; een geperforeerde holle buis wordt gemonteerd voor het toelaten van een gedeelte van de gekoelde lucht in de wervelpijp.

15: Voordelen van de uitvinding zijn gebaseerd op het feit dat : de werkwijze voor het bereiden van stikstof en zuurstof wordt uitgevoerd in een inrichting met een kleine afmeting met zijn eigen veld van centrifugale krachten waarbij een kleine hoeveelheid vloeibare lucht wordt gebruikt.

20 De inrichting volgens de uitvinding kan werken onder de toestanden van hellingen en traagheidsoverbelastingen die typerend zijn voor transportvoertuigen.

De kleine afmeting van de scheidingsinrichting en de kleine hoeveelheid lucht die nodig is voor het uitvoeren van de werkwijze 25' maakt het mogelijk de inrichting snel in de werktoestanden te brengen en deze uit te schakelen wanneer de behoefte aan de pro-: dukten van de luchtscheiding niet meer aanwezig is. Als gevolg van de kleine afmeting van de inrichting zijn voorts de warmte -stromen naar het gedeelte van de inrichting met een lage tempera-30 tuur klein en is het vermogensverbruik voor het bereiden van lucht scheidingsprodukten lager dan in kolommen met een enkelvoudige-tijd-; rectificatie.

Korte beschrijving van de tekeningen.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van bij-:35 zondere voorbeelden van uitvoeringsvormen en aan de hand van de ; bijgaande tekeningen, waarin:

Fig. 1 een stroomdiagram toont van de inrichting voor het bereiden van stikstof of zuurstof voor de hoge-drukcyclus volgens de uitvinding; 40 fig. 2 een diagram van de wervelpijp is; 8020515 / - 4 - fig. 3 een dwarsdoorsnede II-II van fig. 2 is; fig. 4 een stroomdiagram is van de inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof voor de lage;-drukcyclus volgens de uitvinding; 5 fig· 5 een T-S-diagram voor de hoge-drukcyclus; fig. 6 een grafiek is die de betrekking van de zuurstof-concentratie in stromen vs. stikstofstroomwaarde, G^/G.toont.

: De beste uitvoeringsvorm van de uitvinding

De inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof 10 volgens de uitvinding omvat een hoge-drukcompressor 1 (fig.1) een warmteuitwisselaar 2, een smoorklep 3 en een wervelpijp 4 die aan ; één uiteinde daarvan is voorzien van een inlaatmondstuk 5 en een ; uitlaatmembraan 6 voor het afgeven van stikstof en aan het andere einde van een diffusor 7 voor het afleveren van zuurstof. Deze 15 organen van de inrichting zijn onderling verbonden door een toe-: voerleiding van lucht onder hoge druk. Het membraan 6 van de 1 wervelpijp staat in verbinding met een ruimte onder lage druk (niet getoond) van de warihteuitwisselaar 2.

De wervelpijp 4 heeft een inlaatmondstuk 5 (fig·2) vervaar-20 digd als een in een spiraal 9 gelijkmatig gewikkelde leiding 8 met een afnemende dwarsdoorsnede. Het inlaatmondstuk 5 (fig· 2) grenst aan een energetische scheidingskamer 10 vervaardigt als ; een hol omwentelingslichaam waarin het proces van de lucht-i.· ' scheiding plaats vindt. Het membraan 6 dat de kamer 10 aan één 25 zijde afsluit, dient voor het afgeven van de stroom stikstof, terwijl een diffusor 7 die de kamer 10 aan de andere zijde afsluit, dient voor het afleveren van de zuurstofstroom. In een binnenwand 11 van het membraan 6 zijn openingen 12 aangebracht : om de luchtlaag die uitloopt van het inlaatmonstuk 5 naar het 50 membraan 6 en geen deelneemt aan het energetische scheidingspro-ces, te voeren naar een ruimte 13 gevormd door de wand 11 en een buitenwand 14· De ruimte 13 is door een leiding 15 met een opening 16 in het centrale gedeelte van de diffusor 7 verbonden. De kamer 10 is binnen een mantel 17 geplaatst waaraan via een inlaatpijp 18 :35 een verwarmingsmiddel wordt toegevoerd, dat via een uitlaatpijp 19 wordt afgevoerd. De opening 16 in de diffusor 7 is via een leiding 20 met een pijpleiding 21 verbonden, waardoor lucht onder druk aan de wervelpijp 4 wordt toegevoerd via een holle geperforeerde lei-. ding 22.

40 Meer efficiënt in verband met het vermogen is een schema 8020515 -5- I van een luchtscheidingsinrichting voor het "bereiden van stikstof en zuurstof, die volgens een lage-drukcyclus werkt.

In dit schema is een compressor 23 (fig. 4) in serie ver-; honden met een warmteuitwisselaar 24» een "basis warmtewisselaar 5 25 en een condensor 26. Parallel aan denwarmteuitwisselaar 25 is een expander 27 mechanisch verbonden met een compressor 28. De : condensor 26 is door middel van een hoge-drukruimte (niet getoond) verbonden met een inlaatmonstuk 29 van een wervelpijp 30 j waarvan het membraan 31 in verbinding staat met een lage-drukruimte : 10 (niet getoond) van de condensor 26. Een diffusor 32 van de wervel-; pijp 30 is met een inlaatmonstuk 35 van een wervelpijp 34 verbon-! den. Een membraan 35 van de wervelpijp 34 is via een leiding 36 : verbonden met de wervelpijp, 30· "Via een leiding 37 wordt een gedeelte van de gekoelde lucht uit een pijpleiding 38 tussen.de 15 warmteuitwisselaar 25 en de condensor 26 toegevoerd aan een ma.nt.pl i 39 die de wervelpijp 34 omgeeft en wordt daarna via een leiding 40 : afgevoerd. Een diffusor 41 van de wervelpijp 34 is met een vloei-stofscheider 42 verbonden, waarvan de dampruimte via een leiding 44 in verbinding staat met een holle geperforeerde leiding 45 ! 20 van de diffusor 41» terwijl een vloeistofruimte 46 via een leiding 47 in verbinding staat met een verbruiker van de vloeibare ; zuurstof en via een leiding 48 met een lage-drukruimte (niet ge-I toond) van de condensor 26.

De inrichting voor het bereiden van stikstof en zuurstof : 25 volgens de uitvinding werkt als volgt.

In een hoge-drukeenheid wordt lucht in de compressor 1 (fig.

1) gecomprimeerd tot een druk van ongeveer 20 MPa en via de warmte-! uitwisselaar 2 en de smoorklep 3 toegevoerd aan de wervelpijp 4·

De hoge-drukcyclus heeft de voorkeur bij lage stroomwaarden 30 van de gescheiden lucht en voor het bereiden van slechts één

; J

scheidingsprodukt. In de warmteuitwisselaar 2 wordt·lucht door een | ! stroom van stikstof gekoeld die uitloopt uit de wervelpijp 4 en is gezuiverd van vocht, oliedampen en kooldioxiden. De druk en de temperatuur van de lucht na de smoorklep 3 worden op 0,3-0,6 MPa 35 resP* 90-100°K gehouden. Aan de wervelpijp 4 waarin het proces onder adiabatische toestanden wordt uitgevoerd, wordt uit de smoorklep 3 lucht in de verzadigde toestand toegevoerd bij een temperatuur die overeenkomt met de condensatie temperatuur onder de expansie druk na de smoorklep 3· 40 Onder een druk van minder dan 0,3 MPa is het proces ineffi- 8 0 2 0 5 1 5 - ,6 - y ; ciënt als gevolg van een lage stroomwaarde van de werkstromen in ' de wervelpijp. Onder een druk van meer dan 0,6 MPa wordt het proces te duur, aangezien een verdere druktoename een hoger energieverbruik voor het comprimeren van lucht veroorzaakt, hoewel dit 5 niet gepaard gaat met een hoger scheidingsrendement. De hoeveelheid vloeistof in de gekoelde lucht kan binnen een uitgebreid gebied worden gevarieerd. Aangezien het luchtscheidingsproces in de wervelpijp optreedt bij hoge gradiënten van temperatuur, druk en concentratie langs zijn lengte en straal, zijn er grenzen aan 10 een optimale inhoud van de vloeistof in de gekoelde lucht bij de inlaat van de wervelpijp.

De lucht die gecomprimeerd is en gekoeld is tot de verzadigde toestand, wordt aan het inlaatmondstuk 5 (fig* 2) van de wervelpijp 4 toegevoerd, die is vervaardigd als een spiraal 9 (fig· 3) die 15 gelijkmatig nauwer wordt, waarbij de straal afneemt.

Het mondstuk dient voor het toevoeren van lucht aan de iX·-- wervelpijp bij een bepaalde snelheid en voor het doen"wervelen daarvan. Aangezien de smalle dwarsdoorsnede van het monstuk 5 (fig. 2) een aanzienlijke hydraulische weerstand voor de stroom 20 opwekt, komen de druk en de temperatuur bij de mondstukpunt overeen met het punt 49 (fig·5) in Het temperatuur-entropydiagram.

In de energetische scheidingskamer 10 (fig. 2) van de wervel-pijp 4 vindt het proces van energetische verticale scheiding plaats. Twee wervelstromen, een randstroom die van het inlaatmondstuk 5 :25 af naar de diffusor 7.beweegt, en de andere stroom die axiaal van de diffusor 7 naar het membraan 6 beweegt, wisselen hun warmte en massa uit. Gedurende het proces van de overdracht van warmte en ; massa wordt de centrale axiale stroom verrijkt met stikstof, terwijl de randstroom met zuurstof wordt verrijkt. Yan het inlaat-50 mondstuk 5 af stroomt lucht naar de energetische scheidingskamer 10 als een mengsel van damp en vloeistof. De vloeistof wordt onder invloed van de centrifugale krachten op de mnd van de energetische scheidingskamer 10 geworpen en begint naar de diffusor 7 te stromen. Stikstof borrelt uit de vloeistoffilm en stroomt, in de rand-55 stroom, naar de axiale retourdampstroom, waaruit condenserend zuurstof wordt verdreven en naar de diffusor 7 gevoerd, tezamen met de vloeistoffilm. Aangezien het mengsel van damp en vloeistof het mondstuk 5 binnenkomt, kan de vloeistof naar benenden stromen tot in de opening van het membraan 6, dat dienst doet voor het 40 afgeven van de stikstofstroom langs de binnenwand 11 van het mem- 8020515 - 7 - braan 6. Om dit verschijnsel te verhinderen is in de wand 11 van het membraan 6 een ringvormige opening 12 aangebracht, die in verbinding staat met de ruimte 14? waaruit de grenslaag die een grotere hoeveelheid zuurstof bevat dan de stikstofstroom, wordt 5 afgevoerd naar de axiale zone van de diffusor 7 via de leiding 15 en de opening 16.

De stikstofstroom uit het membraan 6 wordt toegevoerd aan de lage-drukruimte van de warmteuitwisselaar 2 (fig. 1) om de direkte luchtstroom te koelen, die door de hoge-drukruimte van 10 deze warmteuitwisselaar stroomt. De besturing van het lucht- scheidingsproces wordt zodanig uitgevoerd, dat de druk voor het inlaatmoïdstuk 5 van de wervelpijp 4 binnen het gebied van 0,5 tot 0,6 MPa is en de temperatuur binnen het gebied van 90 tot 100°E. Hogere temperatuurwaarden gaan gepaard met hogere drukken. Het 15 gedeelte van de inrichting met een lage temperatuur is met betrek-! king tot de warmte geïsoleerd. In dit geval is het gewichtsge-deelte van de vloeistof dat aan de wervelpijp 4 wordt toegevoerd, 20 tot 40 massaprocenten. De verhouding tussen de stroomwaarden van de stikstof en zuurstofstromen wordt ingesteld door het wij-20 zigen van de hydraulische weerstandwaarde van de afgegeven stromen.

De parameters van de stikstofstroom worden aangegeven door het punt 50 (fig* 5) en die van de zuurstofstroom door het punt 51· Opgemerkt wordt dat slechts één van de gassen, d.w.z. hetzij 25 stikstof of zuurstof, zuiver kan worden bereid, hetgeen blijkt uit de grafiek van de zuurstofconcentratie in de stromen vs. stroomsnelheden van de stikstofstroom; in deze grafiek geeft de curve 52 (fig· 6) de inhoud van de stikstof aan de uitlaat van het membraan 51 (fig· 4) aan en de curve 53 (fig· 6) de inhoud 30 van zuurstof in de stroom die uitloopt uit de diffusor 32 (fig· 4)· Wanneer de stroomsnelheid van de stikstofstroom toeneemt (zijn waarde is langs de X-as uitgezet), neemt de inhoud van de zuurstof (T-as) in deze stroom af en bereikt zijn minimum bij een relatieve stroomsnelheid van de stikstofstroom, gedefinieerd als 35 de verhouding van de stroomsnelheid van zuurstof tot de totale stroomsnelheid van lucht, die gelijk is 0,5-0,55· Daarna neemt de inhoud van de zuurstof gestadig toe bij een verdere toename van de stroomsnelheid van de stikstofstroom en bij het afgeven van de totale stroom door het membraan 31 wordt geen scheiding van lucht 40 in de wervelpijp waargenomen. In de zuurstofstroom neemt de inhoud 8020515 - 8 - van de zuurstof geleidelijk toe, bereikt zijn maximum bij een relatieve stroomsnelheid van de stikstofstroom die gelijk is aan 0,9 en blijft daarna constant. De maximale zuiverheid van de scheidingsprodukten is ongeveer 9Q%.

5 Bij een hoge eis voor de luchtscheidingsprodukten, worden zulke eenheden die volgens een hoge-drukcyclus werken, uit economisch standpunt inefficiënt.

Onder deze toestanden worden zuurstof en stikstof bereid volgens een cyclus onder middelmatige of lage druk met een expander. 10 Voorts is het in deze inrichting mogelijk om tegelijkertijd twee zuivere produkten te verkrijgen, d.w.z. zowel zuurstof als stikstof.

Uit de compressor 23 (fig. 4) wordt gecomprimeerde lucht toegevoerd aan de voorafgaande warmteuitwisselaar 24 bereikt door 15 uitlopende stromen van stikstof en zuurstof. Na deze voorafgaande warmteuitwisselaar 24 wordt een gedeelte van de lucht voor expansie toegevoerd aan de expander 31, die zorgt voor het koelen van de hoofd warmteuitwisselaar 25·

Het resterende gedeelte van de gecomprimeerde lucht wordt 20 in de hoofd warmteuitwisselaar 25 gekoeld en afgegeven aan de hoge-drukruimte (niet getoond) van de condensor 26, waarbij aan de lage-drukruimte daarvan (niet getoond) stikstof uit de wervel-pijp 30 wordt toegevoerd.

Deze wervelpijp 30 wordt ingesteld op de voorwaarden van de 25 bereiding van zuivere stikstof volgens de curve 52 (fig· 6)» De stikstofstroom uit de wervelpijp 30 (fig· 4) stroomt door de lage-drukruimte (niet getoond) van de condensor 26 en wordt daarna door middel van de compressor 28 die mechanisch met de expander 27 is verbonden, toegevoerd aan de voorafgaande warmteuitwisselaar 24, 30 daarin verwarmd en aangeboden aan de verbruiker. De voorafgaande warmteuitwisselaar 24 dient voor het scheiden van waterdampen, kooldioxiden en andere verontreinigingen uit de gecomprimeerde luchtstroom en kan worden uitgevoerd als een overschakelende warmteuitwisselaar, waarvan één gedeelte onder koeltoestanden werkt, :35 terwijl het ander gedeelte onder ontdooitoestanden werkt.

Uit de wervelpijp 30 wordt de zuurstofstroom afgegeven aan een tweede wervelpijp 34* Aangezien de stroom die aan de wervelpijp 54 wordt toegevoerd, in de wervelpijp 30 met zuurstof wordt : verrijkt en de vloeistof bevat in een hoeveelheid die afhangt van 40 de werktoestanden van de wervelpijp 30, functioneert de wervelpijp 8020515 0 - 9 - ; 34 "bij voorkeur onder niet-adiabatische toestanden. Hiervoor : is de wervelpijp 34 voorzien van een mantel 39·

Een gedeelte van de gecomprimeerde lucht voor de condensor 26 wordt afgenomen en via een leiding 37 toegevoerd aan de mantel 5 39j waarin deze wordt gecondenseerd en via een leiding 40 wordt teruggevoerd naar de hoofdleiding voor de wervelpijp 30·

De wervelpijp 34 is ingesteld op de toestanden van het bereiden van zuurstof met de maximaal mogelijke concentratie.

De curve:1 55 (fig· 6) geeft de variatie van de zuurstofcencentra-10 tie bij de uitgang van de diffusor 41 (fig* 3) aan; de curve' 54 geeft de inhoud van zuurstof in de stikstofstroom bij de uitgang van het membraan 35 (fig· 4) aan. Aangezien de zuurstofinhoud in de stikstofstroom in de wervelpijp 34 voldoende hoog is, is het membraan 35 van deze wervelpijp door de leiding J6 verbonden :15 met de centrale axiale zone van de diffusor van de wervelpijp 30* De vloeistofinhoud aan de ingang van de wervelpijp 34 is 45 tot 65 massaprocenten, waarbij een gedeelte van de vloeistof uitborrelt bij warmte-uitwisseling met de lucht die aan de mantel 39 van de wervelpijp 34 wordt toegevoerd. Zuurstof uit de wervel-:20 pijp 34 wordt aan de vloeistofscheider 42 afgegeven. De damp uit de scheidingsinrichting 42 wordt via de leiding 44 teruggevoerd naar de wervelpijp 34» terwijl vloeibare zuurstof via de leiding 47 aan de verbruiker wordt aangeboden. In het geval van de behoefte van de verbruiker aan gasvormige zuurstof wordt de vloei-25 stof via de leiding 48 naar de condensor 26 toegevoerd, waarin deze wordt verdampt en na verwarming in de voorafgaande warmte-uitwisselaar 34» wordt afgegeven aan de verbruiker.

Om het werkrendement van de wervelpijp te verbeteren, is ; langs zijn hartlijn een holle geperforeerde leiding 45 gemonteerd, 30 waar doorheen een gedeelte van de gekoelde lucht in de wervelpijp wordt ingevoerd.

Voorbeeld I.

Voor het transport van voedingsprodukten in een gekoelde toestand, is het vereist vaten met .stikstof 1 te vullen met een 35 inhoud van verontreinigingen van niet met dan 5 vol.% bij de stroomsnelheid van 20 kg per uur bij een temperatuur van 270-: 278°K.

De inrichting werkt volgens de hoge-drukcyclus (fig· 1). Lucht wordt in de compressor 1 gecomprimeerd tot de druk van 20 40 MPa, gekoeld in een recupererende warmteuitwisselaar 2, gesmoord 8020515 * - 10 - in een smoorklep 3 tot de druk van 0,6 MPa en toegevoerd aan de wervelpijp 4 tij een temperatuur van 96°K· De inhoud van de vloeistof in de lucht die aan de wervelpijp 4 wordt toegevoerd, is 35 massaprocenten, terwijl de toevoersnelheid van de lucht 5 32 kg per uur is.

Voorbeeld II.

In een chemische installatie is het vereist om elke dag gedurende 8 uren met zuurstof verrijkte lucht aan cte bieden met een zuurstofinhoud van 70 vo.% met een hoeveelheid van 400 kg per uur. 70 De inrichting werkt volgens de cyclus van middelmatige druk met expander; de wervelpijp werkt met een voorverwarming door een gedeelte van gecomprimeerde lucht. De inlooptijd van de inrichting is 1 uur; de opwarmingstijd bij voltooiing van de werking is 0,5 uur, zodat de gehele werktijd van de inrichting 0,5 uur per dag is. 15 2.500 kg per uur lucht wordt aan de wervelpijp 4 toegevoerd voor : de behandeling, waaruit 2.000 kg per uur door de expander wordt gevoerd eii 500 kg per uur door de koelmantel 17 (fig. 2), waarin stikstof wordt gekoeld en verdampt uit de vloeistoffilm die langs de wand van de kamer 10 stroomt. De hoeveelheid vloeistof in de 20 lucht bij de inlaat van de wervelpijp is 60 massaprocenten.

, Voorbeeld III.

In een luchtscheidingseenheid die met een lage-drukcyclus werkt, is het nodig om gasvormige stikstof en vloeibare zuurstof te verkrijgen. Lucht wordt in de compressor 23 (fig. 4) gecompri-25 meerd, gekoeld in de warmteuitwisselaars 24 en 25, vloeibaar gesmaakt in de condensor 26 tot een vloeistofinhoud van 25 massaprocenten bij een temperatuur van 96°K onder een druk van 0,6 MPa en voor het scheiden toegevoerd aan de wervelpijp 30· Uit het membraan 31 van de wervelpijp 30 wordt stikstof met een zuiver-30 heid van $6 vol.% afgenomen met een waarde van 60% van de toevoersnelheid van de lucht die aan de wervelpijp 30 wordt toegevoerd.

De resterende 40% van de lucht die met zuurstof is verrijkt tot 35 vol.% onder een druk van 0,4 MPa, wordt uit de diffusor 32 van de wervelpijp 30 naar het mondstuk 33 van de wervelpijp 34 ge-35 voerd. De vloeistofinhoud aan de ingang van de wervelpijp 34 is :50 massaprocenten. Vloeibare zuurstof wordt aan de vl#eistof-scheider 42 toegevoerd, waaruit dampen via de leiding 44 worden toegevoerd aan de geperforeerde holle leiding 45 die langs de hartlijn van de wervelpijp 34 is geplaatst. Uit het membraan 35 40 :van de wervelpijp 34 wordt de zuurstof-verdunde stroom via de lei- 1 8020515 - 11 - ; ding 55 toegevoerd uaan de centrale axiale zone van de diffusor van de wervelpijp 50 met een toevoersnelheid van 70% van de toevoersnelheid van de lucht, die aan de wervelpijp 54 Ï>ij een temperatuur van 80°K wordt toegevoerd. De hoeveelheid lucht die 5 aan de mantel 59 van de wervelpijp 54 wordt toegevoerd, is gelijk aan 10-12% van de totale snelheid van de luchttoevoer door de wervelpijp 50· ί Industriële toepasbaarheid.

De uitvinding is bruikbaar in het voldoen aan periodiek 10 optredende behoeften aan luchtscheidingsprodukten, in transportvoertuigen en in andere toepassingen,wanneer een neutraal gas en met zuurstof verrijkte lucht vereist zijn.

8020515

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van stikstof en zuurstof uit vooraf gecomprimeerde en gekoelde lucht, met het kenmerk, dat de lucht tot een druk van 0,3 tot 0,6 MPa 5. wordt gecomprimeerd, wordt gekoeld tot een verzadigde toestand met een gedeeltelijk vloeibaar maken bij een temperatuur binnen het gebied van 90 tot 100°K en dat de gekoelde lucht voor het scheiden wordt toegevoerd aan ten minste één wervelpijp.·

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 10 kenmerk, dat het scheiden van de lucht in de wervelpijp wordt uitgevoerd onder adiabatische toestanden en dat de lucht wordt gekoeld tot een verzadigde toestand bij een vloeistofinhoud van 20 tot 40 massaprocenten.

3· Werkwijze volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat het scheiden van de lucht in de wervelpijp in thermisch contact met het omgevingsmedium wordt uitgevoerd en de gecomprimeerde lucht wordt gekoeld tot een verzadigde toestand met een vloeistofinhoud van 45 tot 65 massaprocenten.

4· Werkwijze volgens conclusie 1, m e t h e t 20 kenmerk , dat in het geval van het scheiden van lucht in meer dan één wervelpijp, in ten minste één wervelpijp de scheiding wordt uitgevoerd onder adiabatische toestanden en de gecomprimeerde lucht wordt gekoeld tot een verzadigde toestand met een vloeistofinhoud van 20 tot 40 massaprocenten. 25

5· Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze voor het bereiden van een stikstof en een zuurstof volgens conclusie 1, omvattende een compressor en warmteuitwisselaars die langs de baan van de gecomprimeerde lucht zijn geplaats en voorzien zijn van een hoge-drukruimte, een lage-drukruimte en een luchtschei-30 dingsmiddel, met het kenmerk, dat als het genoemde luchtscheidingsmiddel een wervelpijp (4) wordt toegepast die aan één einde daarvan een inlaatmondstuk (5) en een membraan (6) voor het afleveren van stikstof heeft en aan het andere einde een diffusor (7) voor het afgegeven van zuurstof, welk inlaat-35 mondstuk (5) van de wervelpijp (4) is verbonden met de hoge-drukruimte van de warmteuitwisselaar (2), terwijl het membraan van de wervelpijp is verbonden met de lage-drukruimte van de genoemde warmteuitwisselaar (2).

6. Inrichting volgens conclusie 5> met het 40 k e n m e r k, dat deze ten minste één extra wervelpijp bevat, 8020515 , - 13 - i A | waarbij de diffusor van de voorafgaande wervelpijp is verbonden 1 met het inlaatmondstuk van de volgende wervelpijp.

7· Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het genoemde membraan van de volgende 5 wervelpijp met de centrale axiale zone van de genoemde diffusor van de voorafgaande wervelpijp is verbonden.

8. Inrichting volgens conclusie 5> met het kenmerk, dat langs de hartlijn van de genoemde wervelpijp een geperforeerde holle leiding is aangebracht voor het 10 invoeren van een gedeelte van de gekoelde lucht in de genoemde | wervelpijp. | ! t 8020515