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Verflüssigung von Luft / Linde Verfahren

Das unten aufgeführte Schema zeigt erheblich vereinfacht das Linde Verfahren zur Verflüssigung von Luft. Eine sichere Verflüssigung kann natürlich nur stattfinden, wenn vorher die Luft gereinigt und von Wasserdampf, Staub, Kohlenwasserstoffen, Lachgas und Kohlendioxid befreit wurde.

Grundsätzlich beruht das Verfahren auf dem Joule-Thomson Effekt. Ein reales Gas verändert seine Temperatur bei Entspannung in positive oder negative Richtung. Luft z.B. verringert seine Temperatur pro bar Entspannung um ca. 0,26 K, während Wasserstoff seine Anfangstemperatur um 0,022 K pro bar Entspannung erhöhen würde.
Um eine Verflüssigung zu erreichen, wird das entspannte Gas im Gegenstrom zur Vorkühlung des verdichteten Gases geführt.

Der Prozess beginnt bei Punkt 1 mit dem Druck P1 (20 bar). Der Kompressor saugt die Luft an und verdichtet diese (200 bar). Dieser Prozess findet nahezu isotherm statt. Das bedeutet, dass die Lufttemperatur unverändert bleibt. Da dies praktisch nicht in einem Schritt möglich ist, wird die Luft im Kompressor erst addiat verdichtet und in einem Folgeschritt abgekühlt (P2, T2=T1). Die Komprimierte Luft gelangt über den Gegenstrom Wärmtauscher zum Drosselventil (Zustand 3) und wird hier isenthalpisch entspannt (Zustand 4). Hinter der Drossel beträgt der Druck ca. 20 bar. Bei der Entspannung von 200 bar auf 20 bar kühlt sich die Luft um ca. 47 K ab. Im stationären Betrieb wird die Masse m6 verflüssigt und dem Kreislaufprozess entnommen. Der Rest des Gases wird der Niederdruckseite zugeführt und gelangt über den Gegenstrom-Wärmetauscher zurück zum Ansaugbereich des Verdichters. Bei der Rückführung über den Wärmetauscher erwärmt sich das Gas (Zustand 1) und kühlt gleichzeitig das Gas im Vorlauf (Zustand 3).

Der Verflüssigungsgrad berechnet sich aus der Enthalpie und der Massenbilanz.

Verflüssigungsgrad: ε = (m6/m2)=(h1-h2)/(h1-h6)
Masse: m6=m7=m2-m1
Enthalpie: m2*h2=m6*h6+m1*h1

Theoretische Hintergründe zum Thema Verflüssigung von Gasen werden zusätzlich unter "flüssige Gase, p V T Diagramm" behandelt.

Schema, Luftzerlegungsanlage

 

Verflüssigung durch Abkühlung (Animation)

 

 

 

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