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Binäres Gemisch aus organischen Stoffen zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein binäres Gemisch aus organischen Stoffen
zum Betriebe von Absorpti@onskälteapparaten, bei denen in einem Absorber ein dampfförmiges
Arbeitsmittel von armer Absorptionslösung aufgenommen wird. Die Erfindung besteht
darin, daß das organische Lösungsmittel ein niedrigeres Molekulargewicht und zugleich
im flüssigen Zustande ein geringeres spezifisches Gewicht ,als das organische Arbeitsmittel
hat. Es ist an sich bekannt, zum Betrieb von Absorptionsmaschinen eine Absorptionslösung
zu verwenden, die .aus zwei organischen Stoffen zusammengesetzt ist, von denen der
.als Lösungsmittel dienende Stoff im flüssigen Zustande ein geringeres spezifisches
Gewicht als der ,als Arbeitsmittel dienende Stoff besitzt. Die Erfindung besteht
nicht in einer Absorptionslösung dieser ,an. sich bekannten Art, sondern bezieht
sich nur ,auf solche Absorptionslösungen, bei denen der weniger flüchtige Stoff
(das Lösungsmittel) ein niedrigeres Molekulargewicht und zugleich im flüssigen Zustande
ein ,geringeres spezifisches Gewicht als der flüchtigere Stoff (das Arbeits- oder
Kältemittel) hat.
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Ist bei einer Absorptionslösung zum Betrieb von Absorptionsmaschinen
das Molekulargewicht des Arbeits- oder Kältemittels groß im Verhältnis zu dem des
Lösungsmittels, so wirkt sich dies günstig ,aus in Hinsicht ,auf die Konzentration
der Absorptionslösung an Arbeitsmittel im Absorber. Man erreicht nämlich für bestimmte
Temperaturen höhere Konzentrationen., als es bei anderer Verteilung der Molekulargewichte
der Fall ist. Um dies näher zu erläutern, sei auf nachstehende Zusammenhänge hingewiesen.
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Nach dem Raoultschen Gesetz, dem viele aus einem Kältemittel und einem
Lösungsmittel bestehende binäre Gen-iische unterworfen sind, vornehmlich solche,
die bei der Mischung keine exothermen oder endothermen Vorgänge zeigen, ist für
konstante Temperatur der Partialdruck des Lösungsmittels Pl=Pl' (1-x), wenn P1'
der Dampfdruck des reinen Lösungsmittels und
die Molkonzentration, des Kältemittels ist. Entsprechend findet man den P.artialdruck
des Kältemittels
P,,. = Plt #
x, worin Pli den Dampfdruck des reinen
Kältemittels bedeutet. In einem Koordinatensystem, dessen Ordinate den DruckP Lund
dessen Abszisse die Molkonzentration x bedeutet, wird dieses Gesetz durch ,eine
schräg .aufsteigende Gerade
,al,
< ,u1 und eine gegen die Abszisse konvexe Kurve, wenn ,al;
> ,u, ist.
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Vornehmlich auf dieser Erkenntnis beruht die Erfindung; ,gemäß deren
erstem Merkmal ,uk > ß, sein soll, weil man auf diesem Wege am sichersten
zur Auswahl solcher Kälte-und Lösungsmittel gelangt, deren Gemisch ein besonders
günstiges Lösungsfeld ergibt. Gemäß dem zweiten Merkmal ak > a, werden zugleich
die bestmöglichen Verhältnisse für :eine ausgiebige Durch imischung und demzufolge
eine gründliche Absorption geschaffen. Natürlich kommt es für die selbsttätige Durchmischung
der Bestandteile des binären Gemisches nichtallein darauf an, däß ai<
< a, äst, sondern auch darauf, daß stets das Gemisch von Lösungsmittel
und Arbeitsmittel schwerer ist .als das reine Lösungsmittel; in der Regel ist aber
die Erfüllung dieser Bedingung gewährleistet, solange die Bedingung at,
> a, erfüllt ist.
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Ist das Molekulärgewicht des Arbeitsmittels groß im Vergleich zu dem
des Lösungsmittels, so erleichtert dies auch die Diffusion der beiden Flüssigkeiten
ineinander.
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Ein weiterer Vorteil des binären Gemisches gemäß der Erfindung besteht
darin, daß die Stoffe mit geringem Molekulargewicht meistens ,auch im flüssigen
Zustände eine sehr geringe innere Reibung haben. Dies ist aber besonders günstig;
wenn der betreffende Stoff in einer zum Betrieb von Absorptionsmaschinen bestimmten
Absorptionslösung das Lösungsmittel bildet.
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Daß die Erfindung gerade für Absorptionslösungen von. Bedeutung ist,
deren beide Bestandteile aus organischen Stoffen bestehen; hängt damit zusammen,
daß die meisten organischen Flüssigkeiten sich mit .anderen organischen Flüssigkeiten
in beliebigem Verhältnis mischen lassen, und daß die dabei als Lösungsmittel in
Frage kommenden organischen Flüssigkeiten meist .auch eine besonders starke Absorptionsfähigkeit
besitzen; Ferner finden sich gerade unter den organischen Stoffen in größerer Anzahl
solche, die einen genügend tiefen Siedepunkt ,aufweisen, um als Kältemittel für
binäre Gemische, die zum Betrieb von Absorpti:onskältemaschin.en dienen sollen,
in Frage zu kommen. Vielfach ist auch bei den üblichen Kühlmitteltemperaturen der
Kondensationsdruck dieser :organischen Stoffe so niedrig, daß :die mit einem solchen
biinären Gemisch betriebenen Absorptionskältemaschi-
mit verhältnismäßig niedrigen. Säulen auskommt, was eine entsprechend geringe Bauhöhe
bedingt; bei solchen Absorptionskältemaschinen aber, in denen der Druckunterschied
ganz oder teilweise durch - ein beige@rnischtes Hilfsgas ausgeglichen wird, kann
die Hilfsgasmenge gering gehalten werden, -was bekanntlich in thermischer Hinsicht
besonders vorteilhaft ist.
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Stoffpaare, welche die für die Erfindung wesentlichen Merkmale .aufweisen,
sind beispielsweise folgende: Äthylenbromid-Beuzyl,älkohol, Äthylidenbrömid-Benzylalkohol,
Äthylj:odid-Butylalkohol, Äthyljodid-Amylalkohol und Äthyljodid-Benzyl,alkohol.
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Von den genannten Stoffpaaren hat sich die Zusammenstellung Äthylenbromid-Benzylalkohol
,als besonders brauchbar erwiesen. Das Molekulärgewcht des Äthylenbromids beträgt
188, sein spezifisches Gewicht a;17, während das Molekulargewicht des als Lösungsmittel
verwendeten Benzylalkohols 1o8 und das zugehörige spezifische Gewicht 1,045 beträgt.
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Der durch die Erfindung erzielbare Vorteil besteht; wie bereits .erwähnt,
in der Hauptsache darin, daß man; gleiche zu überbrückende Temperaturdifferenzen
zwischen Absorber und Verdampfer vorausgesetzt; mit höheren Konzentrationen an Arbeitsmittel
im Absorber arbeiten kann. Niedrige Konzentrationen im Absorber und daher .auch
im Kocher sind aber im allgemeinen unerwünscht, weil: sie einen entsprechend lebhafteren
Flüssigkeitsumlauf rund :einen entsprechend größeren Temperaturwechsler, gegebenenfalls
auch besondere Einrichtungen zur Rektifikation des ausgetriebenen Kältemitteldampfes
bedingen.
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Ist nicht nur das Molekulargewicht des Lösungsmittels kleiner als
dasjenige des Arbeitsmittels, sondern zugleich auch, wie es dem Verfahren gemäß
der Erfindung -entspricht, das spezifische Gewicht des Lösungsmittels im flüssigen-
Zustande kleiner als das spezifische Gewicht des flüssigen Arbeitsmittels, so hat
dies zur Folge, daß im Absorher die im Arbeitsmittel ,angereicherte Lösung immer
sofort nach unten sinkt, so daß sich an der Oberfläche stets absorptionsfähige Flüssigkeit
befindet, die dort in besonders innige Berührung mit dem zu .absorbierenden Kältemitteldampf
tritt. Dieser Umstand befördert die Geschwindigkeit der Absorption in erheblichem
Grade.
Der Erstarrungspunkt des flüchtigeren Bestandteils liegt
je nach der Wahl des betreffenden Stoffes bei verschiedenen Temperaturen. Wo es
sich -um Kälteerzeugung bei verhältnismäßig hoher Temperatur handelt, z. B. Raumkühlung,
kommt man mit Stoffen aus, die, wie beispielsweise das Äthylenbromid, einen oberhalb
o° C liegendem Erstarrungspunkt besitzen. Will man tiefere Temperaturen erreichen,
so muß man .entweder andere Stoffe wählen oder dem beispielsweise aus Ä.thylenbromid
und Benzyl.alhohol bestehenden binären Gemisch ;als weiteren Mischungsbestandteil
Xylol zusetzen. Es hat sich gezeigt, d.aß sich besonders günstige Verhältnisse ergeben,
wenn bei einem Gemisch, das Äthylenbromid ,als Arbeitsmittel und Benzyl,alkohol
als Lösungsmittel enthält, sich die Gewichtsmengen voll Xylol wind Äthylenbromid
etwa wie i : q. verhalten. In diesem Falle liegt der Erstarrungspunkt unterhalb
- 8° C. Bei dieser Temperatur werden die ersten Kristalle des Arbeitsmittels .ausgeschieden.
Da ,außerdem bei bestimmten Temperaturen der Druck des Äthylenbromids höher ist
als der des Xylols, so geht bei der Verdampfung des flüssigen Arbeitsmittels zunächst
Äthylenbromid in den Absorber über. Das im Verdampfer befindliche Gemisch wird dadurch
immer reicher an Xylol, wodurch der Erstarrungspunkt des Gemisches noch weiter absinkt.
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Es sei noch bemerkt, daß durch die Stoffe, die das binäre Gemisch
gemäß der Erfindung bilden, Metalle nicht angegriffen werden und daß infolgedessen
auch mit einer Zersetzung der :erwähnten Stoffe nicht zu rechnen ist.
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Bei dem binären Gemisch Äthylenbromid und Benzylalkohol ist die Lösungswärme
negativ. Dieser Umstand ist in thermodynamischer Beziehung besonders vorteilhaft,
weil er von vornherein ein günstiges Wärmeverhältnis der Absorptionsmaschinegewährleistet.
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Bei einem Apparat zur Erzeugung von. Kälte, bei welchem die Auswaschung
des Kältemittels ,aus einem Gemisch von Kältemittel und indifferentem Gas dadurch
erfolgt, daß aus bereits entgaster Löslang ausgetriebener Dampf in das Gemisch eingeführt
und diese Mischung der Dämpfe und des Kältemittels durch Kühlung wieder getrennt
wird, ist bereits die Verwendung eines binären Gemisches *aus organischen Stoffen
vorgeschlagen, bei welchem das organische Lös mittel (Äthylalkohol) ein niedrigeres
Molekulargewicht und zugleich in flüssigem Zustande :ein geringeres spezifisches
Gewicht als das organische Arbeitsmittel (Methylchlorid) hat. Dieses bekannte binäre
Gemisch dient jedoch nicht zum Betriebe von Absorption.skälteapparaten, bei denen
in einem Absorber ein dampfförmiges Arbeitsmittel von armer Absorptionslösung aufgenommen
wird. Gerade für derartige Absorptionsapparate aber ist der Gegenstand der Erfindung
von besonderem Vorteil, wie oben näher dargelegt wurde.