KRALJEVINA JUGOSLAVIJA OPRAVA ZA ZAŠTITU Klasa 12 (4) Izdan 1. januara 1932 PATENTNI SPIS BR. 8545 Fränkl Maihias, nadinženjer, Augsburg, Nemacka. Postupak za rastavljanje plinovitih mješavina pod niskim tlakom sa djelomičnim preva- đanjem u tekuće stanje. Prijava od 16 aprila 1930. Važi od 1 aprila 1931 * Rastavljanje plinovitih mješavina sa niskim vrelišiem, na pr. zraka, u njihove glavne sastavine, bilo je do sada skopčano sa poteškoćama uslijed toga, 1. da su se u zraku nalazeće se vodene pare i pare u-gljične kiseline u cijevima protustrujanja za zamjenu hladnoće izlučile zaleđenjem i time prouzročile zatrpanje uređaja tako, da se je za dosadašnje poznate postupke upotrebljeni aparat u kraćem ili duljem vremenu rada morao redovito ugrijati, pa i u tom slučaju, ako se je plinovita mješavina predhodno podvrgla nekom kemič-kom ili termičkom predpostupku. Nadalje 2. rad po postojećem postupku nije bio osobito ekonomičan uslijed toga, što se je u svrhu nadoknađenja izgubljene hladnoće najmanje jedan dio zraka, određenog za rastavljanje, morao zgusnuti nekim višim tlakom, nego li je bio potreban za rastavljanje samo. 3. Nastupi gubitak na radu uslijed poznate okolnosti, da se od pod 3—4 at nadtlaka u tekuće stanje prevedenog zraka za ispiranje jedan znatni dio (do 20°/r) opet upari, ako se tekućina stavi pod niži tlak gornjeg rektifikatoru za naknadno rastavljanje. 4. Svi poznati postupci osim Lachmano-vog (D. R. P. 167.931) osnovani su na totalnom prevođenju za rastavljanje određene plinovite mješavine u tekućinu, što zahtjeva, kako je poznato, veću radnu snagu, nego li dijelomično prevađanje u tekućinu. Lach- manov postupak ima opet tu manu, da je izlučenje vlage i ugljične kiseline iz plinovite mješavine, koja se rastavlja, vrlo o-teščano, jer je zato potrebno, da se neki veći dio mješavine rastavi bez nadllaka. Prikupljanje mraza u zamjenjačima hladnoće treba da se spriječi samo kod postupka žamjeničnim prestavljanjem u nabi-račima hladnoće, kod kojeg se opet preuzme mraz uslijed sublimacije od odpuštenih rastavnih produkata. Upotreba ovog sistema zamjene hladnoće sa sublimacionim učinkom vrši samo u tom slučaju osobiti ekonomički rad, ako se plinovita mješavina ne mora znatno više od 4 at. nadtlaka zgu-stiti, inače se osjeća odviše gubitak energije oko zgušćavanja, jer kod svakog prestavljanja, koje treba da se vrši po prilici svake 3 minute, izgubi zaliha stisnutog zraka iz nabirača hladnoće te je treba, ponovno nadoknaditi. Predmet pronalaska je prema tome neki postupak sa niskim tlakom, dijelomičnim prevodom u tekućinu i totalnim sgušćiva-njem ali bez nadzgušćivanja plinovite mješavine (preko za rastavljanje potrebnog kondenzatorskog tlaka) u vezi sa postupkom predstavljive zamjene u nabiračima hladnoće u svrhu prenosa sadržaja na vlazi i ugljičnoj kiselini na rastavne produkte i u vezi sa radom jednog ekspanzionog stroja pomoću postojećeg viška na plinu niskog tlaka pri čemu se također izbjegne gubitak tekućine za ispiranje uslijed isparenja za Din. 25. vrijeme spušianja kondenzacionog tlaka na nižji tlak gornjeg rektifikatora za naknadno ra sja vijanje. Čini se, da ovdje stoji djelomično pre-vađanje u tekuće stanje u protuslovju sa totalnim sgušćenjem, jer bi morao biti uvjet za djelomično prevađanje u tekuće stanje također neko djelomično sgušćenje ali proti tome stoji, da je za odstranjenje mraza, koji se stvara iz pare i ugljične kiseline plinovite mješavine pomoću sublimacije neophodno potrebno totalno sgušćenje. Prema tome bi ovdje išlo Izlučenje mraa na trošak povišane potrošnje snage za totalno zgušćenje na kondenzatorski tlak. Tej prividni gubitak izbjegne se ovdje time, da se izume od odviše sgušćene količine plinovite mješavine niskog tlaka, nakon prethodnog rastavljenja sa dijelo-mičnim prevađanjem u tekućinu, od produkta lakog vrenja (kod zraka dakle dušik) toliko opet izlučioca sa nadtlakom u ne-tekućem stanju i ekspanduje uz vršenje rada u nekom ekspansionom stroju (u svrhu nadoknađenja gubitka hladnoće), u koliko ta količina mješavine nije potrebna za stvaranje tekućine potrebne ža ispiranje. Višak sgušćene plinovite mješavine služi dakle ovdje kao pogonski zrak za ekspan-sioni stroj, u kojem se nakon predhodnog predstavljenja ekspandiše kao rastavni produkt lakog vrenja, vršeći rad i stvarajući hladnoću u svrhu, da bi služio kao ispuh za naknadno hlađenje tekućine za pranje, prije nego li se potonja ekspandiše i prelije u gornji rektifikator. Taj postupak sa niskim tlakom može se izvesti također tako, da se višak zgušćene plinovite mješanive bez prethodnog rastav-Ijanja ekspanduje u ekspansionom stroju i tek kao ispust u gornjem rektifikatoru rastavi, to jest naknadnim rastavljanjem, te se zatim vodi također u obliku rastavnog produkta lakog vrenja kroz hladilac zraka za ispiranje. Ove četiri faze: Totalno sgušćenje pod niskim tlakom u svrhu, da se izbjegne stvaranje mraza uslijed sublimacije kod zamjeničkog postupka sa prestavljanjem u nabiraču hladnoće; dijelomično prevađanje u tekuće stanje u svrhu umanjenja utroška na snazi; ekspanzija viška sgušćene plinovite mješavine u jednom ekspansionom stroju, napokon naknadno hlađenje tekućine za ispiranje pomoću ispuha jednog ekspansionog stroja u svrhu sprečenja ponovnog uparenja viška tekućine (za vrijeme ekspansije od kondenznog tleka na tlak gornjeg rektifikatora) u cilju, da bi se s tim viškom mogao nadoknaditi gubitak hladnoće, stoje u najtjesnijoj međusobnoj vezi. jer se može samo pomoću totalnog sguš-ćenja i pretstavljivim zamjeničnim postupkom u nabiračima hladnoće izbjeći stvaranje mraza bez kakvog drugog predpre-rađivanja, s druge opet strane moguće je, da se samo pomoću djelomičnog preva-đanja u tekuće stanje znatno snizi potreba na snazi, a to je samo moguće pomoću izdašnog naknadnog hlađenje tekućine za ispiranje, jer za vrijeme ekspansije na tlak gornjeg rektifikatora ponovno upareni dio tekućine za ispiranje zahtjeva neku bes-koristnu veću potrošnju energije za sguš-ćivanje. Ujedno zahtjeva, kako je poznato, svaki uređaj za rastavljanje pjinovitih mješavina neki dodatak na hladnoći u obliku tekućeg plina. Ovdje se sada upotrebi višak na radu oko sgušćivanja na totalno sgušćenje preko potrebe za djelomično prevađanje u tekuće stanje u tu svrhu, da se tekućina za ispiranje naknadno ohladi prije njezinog ekspandisanja tako, da nastane na taj način neki stalni višak tekućine za nadoknađenje gubitka hladnoće i da se izbjegne ujedno gubitak na snazi oko sgušćivanja pomoću ponovno uparene tekućine za ispiranje, za vrijeme ekspansije. Ali upotreba zamjeničnog postupka sa prestavljanjem u nabiračima hladnoće vezana je na sgušćenje plinovitih mješavina pod niskim tlakom i na naknadno hlađenje tekućine za ispiranje. Bez potonjeg ne bi se mogao izbjeći gubitak hladnoće u nabiračima, jer ima od rastavnog produkta odpuščeni dio lakog vrenja vazda za 10 — 20° nižu temeraturu od sgušćene plinovite mješavine, koja se upusti kroz nabirače hladnoće. Za uređajem sa totalnim prevađanjem u tekuće slanje i neprestano djelujućim cijevima za-mjenačima hladnoće, koje mu drago građevne vrste, bilo je već predloženo naknadno hlađenje tekućine za ispiranje, ali nema za njih nikakve svrhe, jer kod totalnog prevođenja u tekuće stanje postoji i onako neki višak na tekućini za ispiranje a iz niže temperature odpuštenog dijela lakog vrenja ne proizlazi nikakva šteta, jer taj u obliku niže temperature postojeći višak hladnoće produkta lakog vrenja izazove u tim zamjenjačima neko djelimično pretho dno prevađanje upuštene plinovite mješavine u tekuće stanje. To se događa za pravo i u nabiračima hladnoće, samo u njima ne dođe do oticanja tekućine, jer se ista otaloži kao rosa na ploštinama uloška donjeg nabirača, ako se upusti zgušćena plinovita mješavina u nabirače, koji su prethodno podhlađeni pomoću za 10—20'' hladnijeg rastavnog dijela lakog vrenja. Ali ta se rosa upari odmah ako naknadnim prestavljanjem u dotičnom nabiraču opet ne- stane tlaka i taj dio hladnoće odlazi gore napolje. Kod rastavljanja zraka događa se slijedeće: Na 4 at. nadtlaka sgušćen zrak pređe u tekuće stanje već kod temperature od —178°, a odlazeći dušik posjeduje temperaturu od —196*, on je dakle hladniji za 18°, uslijed čega se ohladi dotični nabirač hladnoće, kroz koji se upravo odvaja dušik, znatno niže. Ako se sada opet uvede stisnuti zrak od 4 at. nadtlaka u taj nabirač, preći će jedan malen dio u tekuće stanje u doticaju sa podhlađenim ploština-ma donjeg uiožka nabirača, pa će ostati na njima u obliku rose. Ako se sada prestavi taj nabirač na ispust dušika, upariti će se ta rosa odmah podpuno, jer može postojati bez tlaka tek kod 193' pa uslijed toga izgubi taj vrlo znatan dio hladnoće, te se time povisi hladna zona uiožka nabirača i odpusti gore višak hladnoće ra-stavine lakog vrenja nakon nekog vremena. Da bi se to spriječilo, ugrije se najprije rastavina lakog vrenja zamjenom hladnoće sa toplijom tekućinom za ispiranje približno do temperature za prelaz sgušćene plinovite mješavine u tekuće stanje. Ako bi se ispustio jedan od ta četiri dijela, iz kojih se sastoji sveukupni postu pak, ne bi preostali mogli za se postojati bez štete za ekonomsku korist ili jednostavnost postupka i uređaja. Po ovom postupku može se bez daljeg pripravnog rada rastaviti zrak u svoje glavne sastavne dijelove, pa se sastoji cijeli uređaj za tu svrhu samo još iž jedne naprave nizkog tlaka za sgušćivanje (za velike uređaje u obliku turbo-kompresora), iz jednog ekspanzionog stroja na stap ili turbine i iz dva para nabirača hladnoće sa lučiocem za prethodno rastavljanje i naknadnu rektifikaciju. Kod proizvodnje čistog merkantilnog kisika potreban je samo jedan par nabirača hladnoće a umjesto drugog jedan cijevni zamjenjač sa protustrujanjem. Do sada ie bio uvijek još potreban neki minimalni nadtlak od 15 at. za rad takovih uređaja u svrhu, da bi se kraj rastavljanja mogla još odmiriti naknada neizbeživog gubitka na hladnoći ili je bilo potrebno, da se jedan dio plinovite mješavine, koja se rastavlja sgusti na 50—60 at. Ali ovakav tlak nije za postupak sa zamjeničnim prestavljanjem u nabiračima hladnoće ekonomičan. Nadalje je bilo pri tome još potrebno neko osobito pripravno prerađivanje zraka, koji se rastavlja, u svrhu, da se izbjegne stvaranjemrazapomoću hemikalija i škropljenja lugom ili hlađenja i nabava skupih napra- va za višestruko-zgušćivanje. Turbopogon poradi visokog tlaka do sada također nije bio upotrebljiv, ako se nije postavila neka posebna naprava za proizvodnju tekućeg dodatnog zraka, pa je isto tako izključena upotreba zamjeničkog postupka sa prestavljanjem u nabiračima hladnoće u svrhu zamjene hladnoće, ako premašuje znatno nadtlak od 4 at , jer bi bio u tom slučaju gubitak na stisnutom zraku odviše velik. Pri tome ipak do sada usprkos upotreb-Ijene nespretne priprave zraka sa kemikalijama, škropljenja sa lugom i hlađenja, nije bilo moguće, da se je mogao u takvim napravama vršiti rad bez prekidanja uslijed zaleđenja, pa je pribor za tu svrhu zajedno sa skupim napravama za zgušćivanje poskupio takove uređaje u toliko, da je sveopća upotreba izlučenja dušika iz zraka na taj način za rad u talionama željeza i za kemičku industriju, nastradala već na visokim nabavnim troškovima, pa ako se i ne uzme u obzir velika potrošnja snage, različitost sastavnih djelova, potrošnja kemikalija! prekidanje rada uslijed zaleđivanja. Potonje upliva također vrlo nezgodno na nabavne troškove već u tom pogledu, jer je potrebno, da se nabavi još jedan rezervni aparat. U priloženom nacrtu list 1 prikazan je šematično jedan izvedbeni primjer uređaja za izvedbu postupka. On se sastoji iz kompresnog nabirača hladnoće A’ A” i B’ B” za stisnuti zrak, iz kondenzatora za uparenje b, iz donjeg rek-tifikatora c’, (za nadtlak), iz gornjeg naknadnog rektifikatora c” iz naknadnog hladi-oca d za tekućinu za ispiranje i iz ekspan-sionog stroja h. Od zraka, koji se rastavlja, uvedu se 3/4 do V5 sa nadtlakom od 3—4 at. kroz pre-kretni ventil k’ u kompresni nabirač hladnoće A’. Taj zrak ohladi se ovđe do —175° te se zatim rastavi u donjem rekti-fikatoru c’ u plinoviti dušik i u 400/0 — ni tekući kisik a polovica do 3/4 dušika prevede se zatim u tekuće stanje na konden-zatornoj strani uparivača kisika b, našto se izlije tekući dušik pomoću voda 1 na glavu, a tekući kisik pomoću voda 2 na sredinu gornjeg rektifikatora u svrhu, da bi služili kao tekućina za ispiranje kisikovih pa ra što izlaze iz isparivača b. Jedna četvrtina do polovica plinovitog dušika sa —175° dovađa se vodom 4 eks-pansionom stroju h, u ovom se ekspanduje na nadlak od 0.1 at- i pri tome ohladi na —196°, pri čemu pređe već donekle u tekuće stanje tako, da nastane prezasićena para sadržavajuća oko 50/0 tekućine u obliku magle, koja se zatim vodi kod c vodom 3 kroz naknadni hladilac d. Učinak hladnoće, koji se može postići iznaša teoretično 8 cal., a praktično samo 5 cal. za kg zraka. — Ispustni dušik vodi se zajedno sa izločenim dušikom kroz naknadni hladilac d za tekućinu za ispiranje, ostavi ovdje svoju osjetljivu hladnoću od — 196u do — 180°, te ohladi njom pod nadtlakom od 3 at. nastalu tekućinu za ispiranje od —178° na — 190ч u svrhu, da bi se umanjilo njezino djelimično uparenje za vrijeme ekspansije, iz čega nastane neki dobitak na tekućini, koji služi za naknadu gubitka hladnoće. Iz naknadnog hladilca ispusti se zatim dušik kroz nabirač hladnoće A” gore kod m” napolje, nakon što je ostavio u potonjem svoju hladnoću. U razmaku od nekoliko minuta prestavi se od vremena do vremena i ispusti stisnuti zrak kroz nabirač hladnoće A’ kod m’. Pri tome preuzme stisnuti zrak vazda od prethodno hladnim dušikom ohlađenog nabirača hladnoće hladnoću, koju je dušik predhodno odao metalnoj masi nabirača. Kisik napram tome ispušta se zamjenice kroz oba nabirača hladnoće B’ B” kod n’ i kod n”, kroz koje se uvađa zamjenice V6 do Vi količine zraka za rastavljanje kod t’ i t” u svrhu da bi preuzeo osjetljivu hladnoću kisika. Da bi se n. pr. dobilo 250. m3 kisika od 75 V0 čistoće treba da se zgusti 1000 m3 zraka na nadtlak od 3 at., da se provede kroz nabirače hladnoće i predhodno rastavi u donjem (nadtlaku) rektifikaforu c’ na 40° ni kisik i čisti dušik. Iz rektifikatora c' dovađaju se 360 m3 ekspansionom stroju, u potonjem se ekspandišu na nadtlak od 0.2 at. i šalju zajedno sa izlučenim dušikom iz gornjeg (naknadnog) rektifikatora c” u obliku ispuha kroz naknadni hladilac d. Radom ekspanzionog stroja praktično iz o-vih 300 m3 zraka = 360 kg postignut efe-kat hladnoće iznaša 360 X 5 = 1800 Cal. Ekspanzioni stroj dobavlja taj efekat hladnoće, ali ne u obliku tekućeg zraka, već kao osjetljivu hladnoću ispuha. Zadatak se sastoji sad u tome, da se prevede osjetljiva hladnoće ispuha u tekući zrak time, da se tekući zrak za ispiranje naknadno hladi sa hladnoćom izpuha zajedno sa izlučenim dušikom naknadnog rastavljenja, dočim se radni zrak eks-pansionog stroja rastavi u predhodnom rastavljanju pomoću nadtlaka u svoje glavne sastavne dijelove. To rastavljanje radnog zraka ekspansio-nog stroja može se vršiti također naknadno kao izpuh. U tom slučaju neizuzima se radni zrak ekspanzionog stroja gore u obliku dušika predhodnog rastavljanje pod nadtla- kom, već dolje kao zrak, a ispuh se vodi najprije kroz gornji naknadni rektifikator, tamo se rastavi i zatim tek vodi zajedno sa izlučenim sveukupnim dušikom kroz naknadni hladilac u svrhu naknadnog hlađenja zraka za ispiranje. Ta varijanta postupka sa naknadnim ra-stavljanjem ispuha prikazana je na listu 2. Izuzimanje radnog zraka za ekspansioni stroj vrši se ovdje ko X a ispuh se vodi kod z vodom 5 u gornji rektifikator za naknadno rastavljanje. Napram predhodnom rastavljanju pod visokim tlakom, postoji cvdje ta mana, da se poveća proda u gornjem (naknadnom) rek-tifikatoru za količinu ispuha i da se uslijed udaraca ispuhnog rada rektifikacija nešto sprečava. Nadalje nastane uslijed otpora u rektifikaforu veći protutlak ispuha. Konačno je dušik iz predhodnog rastava prikladniji kao pogonski plin ekspansionog stroja, jer se može ohladiti do—196", napram tome zrak samo do — 191°. To se ovdje osjeća osobito nezgodno, jer tekuć na za ispiranje, koja treba da se naknadno hladi, ima već temperaturu od — 180", tako, da preostane na raspoloženju samo razlika u temperaturi od 11° napram 16" kod rada sa dušikom. Ali pošto se mora vazda računati još nekom prenosnem diferencom od 5°, preostanu samo 11 — 5° =6° napram 16 — 5° = 11°, dakle malo preko polovice, kao upotrebljiv efekat za pogon zrakom. Pošto proti tim manama nestoje nikako-ve koristi, biti će uopće korisnije, da se služimo predhodnim rastavljanjem pogonskog zraka za ekspansioni stroj, tim više, što kod rada sa nerastavljenim zrakom nastupi u području zasićenja neki djelomični predhodni prelaz kisika u tekuće stanje u stroju, što efekat hlađenja ekspanzionog stroja vrlo prekraćuje. Sprejačavanje stvaranja mraza sublimacijom moguće je samo kod zamjeničnog postupka sa prestavljanjem u nabiračima hladnoće, ali nije moguće kod rada neprekidnom zamjenom hladnoće, jer potonji ima za preduvjet, da se vode rastavni produkti kroz isti prostor napolje, kroz koji ulaze. Ali kod neprekidne zamjene hladnoće taj slučaj ne postoji, jer su tu upustni prostori međusobno lučeni stijenom prenosne ploš-tine. Drugi preduvjet sastoji se u tome, da se upušteni zrak zgusti na nadtlak od nekoliko at., rastavni produkti odvađaju se napram tome bez tlaka u svrhu, da bi bio otpušteni volumen znatnije veći od upušće-noga, jer je preuzimanje vlage neka funkcija volumena, a ne težina plinova. Bez tlaka otpušteni rastavni produkti u stanju su dakle, da primaju opet tako kod zamjeničkog rada sa pretstavljanjem iz na-birača hladnoće vlagu, koja se je prikupila prilikom upuštanja zgušćenog zraka na plohama u obliku mraza, za vrijeme jedne kratke prestavne periode od nekoliko minuta. Patentni zahtjevi: 1. Postupak za rastavljanje plinovitih mješavina, naznačen time, što plinovita mješavina, koja se rastavlja, izlučuje pod totalnim zgušćenjem na kondenzatorni tlak u nabiračima hladnoće za vrijeme ohlađenja svoju sadržinu na pari i ugljičnoj kiselini, da nakon toga pređe samo djelomično u tekuće stanje a da se napram tome drugi dio ekspandiše u jednom ekspansionom stroju, nešto preuzmu rastavni produkti prilikom odpuštanja u ekspandisanom stanju opet vlagu i ugljičnu kiselinu, koja je bila izlučena od zgušćene plinovite mješavine u nabiračima hladnoće. 2. Postupak po zahtevu 1, naznačen time, što se tekućine za ispiranje u svrhu sprečenja ponovnog uparenja viška tekućine za vrijeme ekspansije naknadno hlade is-puhom ekspansionog stroja. 3. Postupak za rastavljanje plinovitih mješavina upotrebom regenerativnih nabirača hladnoće sa prestavnim zamjeničnim radom naznačen time, što se u svrhu izbegnuća gubitka na hladnoći, rastavni dio produkta lakog vrenja nešto ugrije zamjenom hladnoće sa toplijom tekućinom za ispiranje. prije nego se otpusti kroz nabirače hladnoće napolje. 4. Postupak po zahtjevima 1—3, naznačen time, što se umjesto plinovite mješavine nakon izvršenog prethodnog rastavljanja rastavni produkat lakog vrenja sa nadtlakom prethodnog rastavljanja ekspanduje u ekspansionom stroju a zatim zajedno sa produktom lakog vrenja, iz naknadnog rastavljanja, vodi kroz naknadni hladilac tekućina za ispiranje u svrhu dobijanja viška na tekućini za pokriće gubitka na hladnoći. 5. Postupak po zahtjevima 1—4, naznačen time, što se vrši naknadno hlađenje tekućina za ispiranje dijelomično ispuhom ekspansionog stroja, dijelomično pomoću dijela lakog vrenja rastavnih produkata. 6. Uređaj za izvedbu postupka po zahtjevima 1—5, naznačen time, što ima spoj od po više regeneratora sa prestavnim zamjeničnim radom sa jednim naknadnim hladi-ocem za tekućinu za ispiranje, kojem oda-vaju ispuh ekspansionog stroja i dio lakog vrenja rastavnih produkata, jedan dio njihove zalihe na hladnoći, prije nego se ispuštaju kroz regeneratore napolje. 7. Uređaj za izvedbu postupka po zahte-vima 1—5, naznačen time, što ima spoj jednog naknadnog hladioca tekućine za ispiranje sa jednim ekspansionim strojem, u kojem se ekspandiše nadtlakom u obliku plina izlučeni dio lakog vrenja plinovite mješavine. ' . ' . . . ■ Ad petent broj8546, /v