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Luft verflüssigen
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CD-ROM-LAUFWERK



Hier seit: 08.09.2003
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Verfasst am: 26/1/2012, 12:35  Titel:  Luft verflüssigen Antworten mit ZitatNach untenNach oben
es gibt schon einen älteren thread zu dem thema - der ist aber wirklich extrem alt, besteht zu 50% aus off topic, 45% irrelevanz und 5% information
daher mal ein neuer thread

hier mal eine kleine einleitung:
ich habe mir ein druckluftsystem angeschafft... ein kaeser SK19 kompressor von ebay für 250€ (!!) und ein 270l stehenden tank für 500€
alles in allem habe ich bis jetzt ~1000€ ausgegeben für alles (versandkosten des kompressors alleine sind nochmal 110€ gewesen, rest ist für die verbindungen und luftrocknung)
im moment warte ich den kaeser, daher auch der andere  thread zum thema tribologie, welcher aber bitte unabhängig davon erblühen sollte Smile
um einen vorher/nacher vergleich zu haben, habe ich die zeit gestoppt um den tank von 0 auf maximum zu füllen
dabei musste ich logischer weise erstmal den tank leeren, der hatte noch 5 bar von vor 2 wochen (wo es 7,5bar waren)
dh. ich musste ~1300l luft duch ein 1/2" ventil ablassen, inkl der lautstärke
aber nun zum eigendlich interessanten teil:
das ventil und der boden unter dem ventil waren danach sehr kalt...
das ventil selbst war SO kalt, dass es schon wieder zu kalt war, als das haut daran kleben würde (durch eisschicht bildung, welche durch die handwärme dann aber nicht geschmolzen wird --> kein festkleben)
angesichts des extrem geringen "wärmetausch" vermögens des ventils ist das eine extrem beachtliche leistung
die entspannte luft durchströmt mit ihrem enormen tempo maximal 2cm gewinde, bevor die kälte weg ist
auf dem kurzen stück hat also eine rückkopplung stattgefunden, zurück vor das ventil, wo die durckluft abgekühlt wurde
das ganze verstärkt sich dann logischer weise immer weiter:
durckluft --> kalte entspannte luft --> kältere druckluft --> noch kältere entspannte luft --> noch kältere druckluft --> noch viel kältere entspannte luft....
zum entleeren habe ich evtl. 3min gebraucht (habe aber auch nicht voll aufgedreht, wäre viel zu laut gewesen und hätte jedes staubkorn in 5m umkreis aufgewirbelt)
der kompressor hat den tank übrigens in unter einer minute auf 7,5bar gefüllt, obwohl die anbindung noch total beschissen ist (hoher druckverlust in viel zu dünnem rohr, >1bar verlust beim füllen)
mit den 11kW kompressorleistung bin ich jedenfalls bestens bedient
ich hoffe ich habe nun nicht zu weit ausgeholt...



was ich nun also machen will:
die druckluft durch einen wärmetauscher leiten, nach dem wärmetauscher entspannen und die entspannte luft dann
wieder zurück durch den wärmetauscher jagen - das ganze natürlich gut isoliert
da fangen die fragen wieder an... wärmetauscher... selbst bauen? das wird wohl nichts tolles...
bei ebay gibts zb.  einen 50 Platten-wärmetauscher für 125€ oder  so einen rohrwärmetauscher für 300€
preislich alles noch machbar...
die frage ist nur, ob es damit auch klappen würde
der wirkungsgrad des wärmetauschers sollte mit größerer verweildauer steigen, somit ist ein größerer besser als ein kleiner - und die größte variante des rohrwärmetauschers bei ebay für 300€ sollte wirklich groß genug sein
zum "einfach mal sehn wie gut es klappt" ist mir das aber zu viel geld...
diese wäremtauscher sind auch alle eher für wasser gebaut, für gase wäre es aber viel sinnvoller wenn überall noch "kühlrippen" in den rohren wären

hat jemand eine (bessere) idee?
eine kompaktere bauform hat den vorteil, dass man sich viel isolierung spart - das 2. problem beim verflüssigen von luft
wobei ich ohnehin einfach mit viel bauschaum o.ä. eindecken würde, sofern sich das ganze im "trockentest" bewährt..

das 3. problem ist dann, wenn man flüssige luft hat, wie man diese nun aus der anlage rausholt Wink
und das 4. problem ist eis durch restfeuchte
meine druckluft wird planmässig durch silicagel getrocknet:
ich leite die durckluft aus dem kompressor durch einen einfachen wasserabscheider und im anschluss durch einen 10l tank der mit 6kg orangegel gefüllt ist (sollte für >>50m³ reichen bis zum regenerieren)
der taupunkt sollte (weit) unter 0°C liegen, der großteil des wasser wird also raus sein
sollte der taupunkt bei -50°C liegen wären noch 0,1g wasser pro m³ enthalten und damit könnte man sicherlich eine weile arbeiten
bei -30°C sind es schon 0,5g und da ist die wärmeübertragung des wärmetauschers schnell stark verringert
ggf. werde ich die 6kg perlenformiges kieselgel auch in ihrer korngröße verkleinern und damit die wasseradsorbtionsrate erhöhen
ein extremer umweg wäre jetzt natürlich die entspannte und wärmegetausche luft in einem großen folientank von meinetwegen 10m³ aufzufangen
das ganze würde man dann wieder den kompressor ansaugen lassen und hat so direkt mal furz trockene luft
läuft der wärmetauscher auch nur mit 50% wirkungsgrad hätte man da sicher schnell einen taupunkt unter -100°C und auch CO2 wäre dann wohl weg - wäre aber natürlich ziemlich absurd Very Happy


dann gibt es noch eher kleine probleme wie zb. die richtige düsengröße
die bereitstellung der druckluft ist jedenfalls kein problem - die über 1m³/min 7bar luft des kompressors kann ich keinesfalls ganz ausnutzen nutzen... jedenfalls nicht mit kleinem bugdet
eine größere düse bringt mehr durchsatz - damit würde aber der wirkungsgrad des wärmetauschers sinken
auch würde dann der "gegendruck" im wärmetauscher steigen, da die entspannte luft hier noch einen druckverlust erleidet, welcher vorallem bei so einem plattenwärmetauscher vermutlich nicht zu vernachlässigen ist?
bei 7bar durckdifferenz sind 0,5bar verlust schon ein "kälteverlust" von 7%


also immer her mit ideen und anregungen!
schweißen, metallbandsäge, standbohrmaschine... alles kein problem/vorhanden Wink
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eule



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Verfasst am: 26/1/2012, 14:22  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
vllt wären ja ein paar vorversuche "im kleinformat" sinnvoll wo du erstmal dein druckgasdurch eine kupfertülle leitest und es gleich danach von außen daraufspruhst. dabei natürlich die erreichte temperatur messen und das mit mehreren düsenquerschnitten testen.
ansonsten bleibt wohl kaum anderes, als sich alte unterlagen von linde zu beschaffen.
hast du eigentlich schon einen dewar, in dem du solche versuche ausführen kannst?

schematische zeichnungen findest du auch im hollemann.

hier eine kleine animation von linde:
 http://www.linde-gas.de/international/web/lg/de/like35lgde.nsf/repositorybyalias/luftverfluessigung/$file/luftverfluessigung.swf
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Schämen sollten sich die Menschen, die sich gedankenlos der Wunder der Wissenschaft und Technik bedienen und nicht mehr davon geistig erfasst haben als die Kuh von der Botanik der Pflanzen, die sie mit Wohlbehagen frisst. (A. Einstein)

Zuletzt bearbeitet von eule am 26/1/2012, 15:06, insgesamt 2-mal bearbeitet
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ChemDoc


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Verfasst am: 26/1/2012, 15:04  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Zitat:
Linde Verfahren
Luftverflüssigung [Bearbeiten]Die Luft wird zunächst von Wasserdampf, Staub und Kohlendioxid befreit. Ein Kompressor verdichtet die Luft dann auf einen Druck von 200 bar. Anschließend wird die Luft über ein Drosselventil oder einer Turbine entspannt, wobei ihre Temperatur im ersten Schritt um ca. 45 K auf ca. −25 °C sinkt. Diese abgekühlte Luft wird über einen Gegenstrom-Wärmeübertrager in den Kompressor zurückgeleitet und dient somit zur Kühlung weiterer komprimierter Luft vor deren Entspannung. Durch diesen Prozess wird die Luft allmählich so tief gekühlt, dass bei 20 bar Verflüssigung eintritt. Das Lindeverfahren gelang erst, nachdem die Gegenstromrekuperatoren durch Regeneratoren ersetzt wurden. Diese lassen sich weitaus kleiner, preiswerter und leistungsfähiger bauen, als Gegenstromrohrbündeltauscher. Inzwischen beherrscht man aber auch die letztere Technik durch Miniaturisierung. Regeneratoren neigen nicht zur Verstopfung durch Fremdgase.

Du solltest dir die Anwendung von den von dir vorgestellten Wärmeaustauschern genau überdenken.
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MfG
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eule



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Verfasst am: 26/1/2012, 15:12  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
son bischen was dazu findet sich auch in  Labuhn/Romberg - keine Panik vor Thermodynamik
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Wirehead


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Verfasst am: 26/1/2012, 19:57  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Der von dir beobachtete Effekt ist nicht allein durch den Joule-Thomson-Effekt erklärbar, auch an nennenswerten Wärmeaustausch glaube ich fast nicht. Das sieht eher nach einem Wirbelrohr-Effekt aus. Von diesen Teilen hab ich noch ein paar komerzielle in der Schublade. Wenn die genug Luft bekommen, ereicht man am Austritt auch -10C°.

Wenn du dich aber an das Lindeverfahren heran traust:
Mit einem normalen Wärmetauscher wird das bei Niederdruck nix werden. Da müssen Regeneratoren rein die Zyklich umgeschaltet werden. In den Regeneratoren fällt Wassereis, Trockeneis und Öl aus das du in einem 3. Zyklus entfernen musst. Das schwirigste ist dabei die Umschaltung zwischen den Regeneratoren, da wird es schwirig etwas von der Stange zu bekommen.
Der Plattenwärmetauscher wird nach sehr kuzer Zeit im unteren Bereich auffrieren zudem hat er zu wenig Oberfläsche.

Die Lufttrocknung muss schon mit Molsieb gemacht werden nur damit ist der nötige Taupunkt zu ereichen. Weiterhin solltest du dir noch Gedanken über Kohlenwasserstoffabsorbtion machen. Das könnte man z.B. mit einer Säule Aktivkohle machen.
Die Isolation ist nicht zu unterschätzen, bei den Temperaturen verlierst du schon über kurze Rohrwege und kleine Oberflächen kW an Kälteleistung. PU Schaum ist hier aber ausreichend und 2K Schaum das Mittel der Wahl. Die Coldbox muss ausen mit Alufolie abgedichtet sein gegen eindiffundierende Feuchtigkeit.
Als LAir Behälter würde ich einen alten Feuerlöscher verwenden, aus dem kannst du dann per Steigrohr die (möglicherweise) flüssige Luft entnehmen und in einen Dewar umfüllen.

Alternativ könnte man noch über eine kleine Stirling Maschine nachdenken. Die Laborgeneratoren mit 2-6L/d verwenden solche. Sollte sich auch selbst bauen lassen.
Ein Pulsrohrkühler mit passenden Ausmaßen wäre vieleicht auch was, aber afaik laufen die nur gut mit He.

Ich habe bisher nur an der Oberkante dieses Temperaturbereichs gekratzt (-150) das allerdings mit konventioneller Kältetechnik, das ist schrecklich ineffizient Wink

Gruß
Torsten
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...enthält 72% des empfohlenen Tagesbedarfs an natürlichem Asbest.

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Glaskocher



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Verfasst am: 26/1/2012, 22:47  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Ich habe mir mal bei Wikiperia den Artikel zur Luftverflüssigung angesehn. Die arbeiten da mit einem ziemlich hohen Kompressionsdruck (200bar), um eine möglichst effektive Abkühlung an der Düse zu erreichen.

Man wird praktisch mit einer Kaskade an Wärmetauschern arbeiten und dazwischen noch die Filter einbauen müssen. Zwischen dem Kompressor und dem Gegenstrom-Wärmetauscher muß unbedingt noch die Kompressionswärme abgeführt werden, da DAS der eigentliche Kühlvorgang ist. Das kann in einen wassergekühlten Schlangenwärmetauscher im Stil eines Dimroth-Kühlers geschehen. Daran schließt sich die Trocknung mit Molsieb an, die unter Druck effektiver ist als ohne. Der Taupunkt der entspannten Luft liegt dann wesentlich tiefer, da der Partialdruck des Wassers auch mit komprimiert wurde. Man kann hier auch mehrstufig trocknen, indem man zuerst über ein leicht regenerierbares Trockenmittel mit großer Kapazität (Kieselgel mit Indikator) geht und dann über Molsieb (bei 300°C und 0,1mbar getrocknet). Je niedriger die Eingangstemperatur der komprimierten Luft in den Gegenstrom desto wirksamer ist das Gerät. Für den experimentellen Aufbau ist in jedem Fall eine gute Isolierung nach Außen wichtig, um die erzeugte "Kälte" möglichst effektiv in Richtung Düse zu bringen. Die aus dem Gegenstrom entweichende, wieder aufgewärmte Luft sollte man immer der Saugseite des Kompressors zuführen, da man sie nicht erneut trocknen muß. Das schont das erste Trocknungsbett enorm.

Am Sammelbehälter muß unbedingt ein "Notausgang" in Form eines Überdruckventils eingebaut werden, um dann, wenn der Gegenstrom im aufsteigenden Ast zufriert, keine Bombe beim Verdampfen der verflüssigten Luft zu bauen.
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Wirehead


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Verfasst am: 26/1/2012, 23:18  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Die Luft trocken und frei von Kohlendioxid zu bekommen ist schon etwas Herausforderung, wenn Feuchtigkeit zur Düse/Nadelventil/Kapilarrohr geschleppt wird friert sie dort aus und verstopft über kurz oder lang alles. Wenn die Anlage erstmal kalt ist und läuft friert das Wasser in den Regeneratoren aus, das ist zwar nicht besonders schön weil es latente Wärmelast darstellt, aber besser als in der Düse.
Mit dem Kohlendioxid könnte das vieleicht noch gut gehen, hab da leider keine Löslichkeitsdaten.

Man könnte z.B. auch konventionell bis -40C° vorkühlen. Das könnte den Prozess in der Anlaufphase wesentlich unterstüzen.
Drosselventil würde ich regulierbar Ausführen, da sollte ein Nadelventil aus der Hydraulik oder etwas von Swagelok gehen. Bei dir ist es ja nur Luft ist und kein sauteures Fluoralkan.
Anlagenteile die innerhalb eines Tages wieder auftauen sollten (gerade in der Testphase) sollten mit Heizband versehen werden oder Spülleitungen zum heisgasabtauen besitzen.
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CD-ROM-LAUFWERK



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Verfasst am: 27/1/2012, 00:03  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
ich verstehe grad nicht, warum das ganze nicht auch "einfach" mit einem gegenstromwärmetauscher gehen soll?
die kalte entspannte luft kühlt die noch komprimierte luft vor... etc...?
bei guter isolierung und perfektem wärmetausch geht das bis maximum runter
bei realem, nicht perfektem wärmetauscher (die isolierung sollte eher zu vernachlässigen sein) wird halt irgendwann das problem sein, dass man nicht 200K differenz schafft, weil er dafür nicht ausreicht

die düse wird sicher als letztes verstopfen, gefriert doch wenn, dann das wasser im wärmetauscher durch die abkühlung der druckluft
beim und nach dem entspannen ist die luft "viel trockener"
aber das ganze würde nunmal den wirkungsgrad herabsetzen, und nur mit einem guten kommt man nunmal auch bis -200°C
wenn da am ende -100°C an der düse sind und dann -50°C kalte luft rausströmt und die druckluft an der düse nur -70°C hat, dann ist schluss weil er einfach nicht gut genug ist...
im prinzip wäre ja am besten wenn es 2 rohre ineinander wären mit entsprechenden lamallen überall zum wärmeaustausch... aber sowas gibts irgendwie nicht?
am ende der mittleren schraubt man dann einfach die düse und das große wird verschlossen inkl. einem auslauf, der durch die isolation nach unten geht (aus PVC schlauch, leitet nicht groß wärme)
Zitat:
wischen dem Kompressor und dem Gegenstrom-Wärmetauscher muß unbedingt noch die Kompressionswärme abgeführt werden, da DAS der eigentliche Kühlvorgang ist. Das kann in einen wassergekühlten Schlangenwärmetauscher im Stil eines Dimroth-Kühlers geschehen.

das macht der komressor schon, ist nunmal ein industriegerät Wink
sowas bekommt man normal nicht (voll funktionsfähig, inkl. neuem öl und keilriemen!) für 250€, gleichwertige geräte, ohne dieses zubehör, findet man im netz für >2000€
da kommt jedenfalls druckluft mit max. 10K über umgebungstemp. raus (im moment sind das 5°C also max. 15°C)
spätestens im durcklufttank sind bei meinen liefermengen <1K differenz zur umgebung
platzen wird beim verstopfen o.ä. auch nichts, denn bei den <10bar passiert den sachen nichts die für >15bar betriebsdruck ausgelegt sind Wink
Zitat:
Das sieht eher nach einem Wirbelrohr-Effekt aus.

durch ein einfaches öffnen eines ventils? derartig kalt?
das waren bestimmt -40°C oder weniger... ich hab nach 10s anfassen kein bischen eis schmelzen können und auch sämtliches wasser, welches anfangs aus dem tank auf den boden spritzte inkl. reif rundherum war gefroren und nur "abkratzbar" und durch anfassen (auf PVC boden!) nicht zu schmelzen
sicherlich hatten meine finger in diesen momenten keine 37°C... aber über 20°C waren es, also keine "eisgriffel"
nach dem zusammenbau des kompressors werde ich das ganze nochmal testen... und mit einfachen infrarottermometer messen
jemand eine idee, wie ich die lautstärke mindern kann... die ist das größte problem dabei...

PS: irgendwelche kaskaden oder diskontinuierliche betriebe mit wärmespeichern sind dann doch eher uninteressant weil viel zu komplex
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Wirehead


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Verfasst am: 27/1/2012, 02:48  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Der koaxiale Gegenstromwärmettauscher hat einfach nicht genug Austauschfläsche zudem hat man einen großen Druckverlust bei turbulenter Strömung, die braucht man aber für einen anständigen Wärmeaustausch. Da müsstest du schon einen mit Kapillarrohren bauen (hab ich mal für eine Autokaskade so gemacht).
Wenn du einfach Rundrohr nimmst hast du warme Luft im Kern und kalte Luft als Grenzschicht zur Wand.
Da müsste man mit höherem Druck ran, da ist der Wärmeübergang wesentlich besser und da macht das bischen Druckverlust auch nixmehr.

Platzen wird nur was wenn du verflüssigte Luft einschließt (durch abfrieren z.B.)

Eine Messung wär mal interessant da derart starke Abkühlung nicht über Joule-Thomson erklärbar wäre.
Beim Wirbelrohreffekt entsteht zwar sehr kalte Luft, aber im gegenzug auch heiße, das müsste man messen.
Wobei da ein IR-Thermometer nicht wirklich sinnvoll ist.
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Entropie
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Verfasst am: 28/1/2012, 04:15  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Wirehead hat geschrieben:
Der von dir beobachtete Effekt ist nicht allein durch den Joule-Thomson-Effekt erklärbar, auch an nennenswerten Wärmeaustausch glaube ich fast nicht. Das sieht eher nach einem Wirbelrohr-Effekt aus. Von diesen Teilen hab ich noch ein paar komerzielle in der Schublade. Wenn die genug Luft bekommen, ereicht man am Austritt auch -10C°.


Dieses Wirbelrohr ist ein ganz interessanter Effekt. Ich hatte zwar auch mal eines gesehen, wusste aber gar nicht,
dass dort die Luft in eine derart komplizierte Strömung versetzt wird und kalte und warme Luft quasi in einem Rohr entsteht und
dieser Effekt so schlecht untersucht war.
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Neptunium



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Verfasst am: 28/1/2012, 16:40  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Das ist mir beim Durchlesen noch aufgefallen:
Zitat:
und nach dem entspannen ist die luft "viel trockener"

Das gilt aber nur für den Fall, daß die Luft unter Druck entfeuchtet wird - auf Deutsch: Die Druckluft wird gekühlt und das Kondensat, das sich am Kühler gebildet hat, wird abgeleitet.
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facer91



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Verfasst am: 7/2/2012, 19:03  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Hey ich bin heute auf etwas interessantes gestoßen:

 http://benkrasnow.blogspot.com/2008/08/diy-liquid-nitrogen-generator.html

anscheint brauch man keine mega Anlage!
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Albert Einstein
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Neptunium



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Verfasst am: 7/2/2012, 19:55  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Ja natürlich. Wenn man eine Kältemaschine auftreibt die knapp -200°C schafft, dann ist der Rest nicht schwer.
In der Firma habe ich so ein Ding. Ist etwa so groß wie ein Mikrowellenofen, braucht nur ein paar hundert Watt und kostet etwas weniger wie ein normales Auto.
Das Ding kann natürlich nur sehr wenig flüssigen Stickstoff machen; es hängt an einem stickstoffgekühlten Gerät und bewirkt, daß man keinen Fl.Stickstoff nachzufüllen braucht.
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facer91



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Verfasst am: 7/2/2012, 20:22  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
mh Stimmt, aber zu eigentlich Thema habe ich bei YouTube folgendes Video gefunden:

 http://www.youtube.com/watch?v=JLQ03qCPGzI&feature=related

bei 14 bar und ein einfachen Luftkühler erreicht er schon 6,9C°, also wenn man jetzt noch die Luft wieder verwendet ist einiges machbar.
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Albert Einstein
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eule



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Verfasst am: 8/2/2012, 03:39  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
auf die weise luft kondensieren ist mit hobbymitteln kaum zu machen, wenn man nicht mehrere stirlings oder besser pulsrohre in reihe schaltet und natürlich entsprechend gut isoliert. eins der hauptprobleme ist natürlich wassereis im kältesten teil des ganzen.
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