DE1217341B

DE1217341B - Mehrstufige Vorrichtung zur Trennung von Gasen durch Gasdiffusion

Info

Publication number: DE1217341B
Application number: DEC16777A
Authority: DE
Inventors: Paul Arribat; Olegh Bilous
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1957-05-04
Filing date: 1958-05-05
Publication date: 1966-05-26
Also published as: NL108004C; FR1178482A; NL227493A; BE567160A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 e - 3/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1217341
C16777IVc/12e
5. Mai 1958
26. Mai 1966

Vorrichtungen zur Trennung von Gasen wenig unterschiedlichen Molekulargewichts durch Gasdiffusion bestehen aus einzelnen Elementen, in die eine poröse Wand eingebaut ist. Der mittlere Porenhalbmesser einer solchen Wand ist dabei klein gegenüber der mit der Temperatur und dem Druck veränderlichen mittleren freien Weglänge der Moleküle der Gase. Durch die Stöße der Moleküle gegen die Wände der Poren gehen daher die leichteren Moleküle in größerer Zahl durch die poröse Wand als die schwereren.

Es ist bekannt, zur Erzielung einer weitgehenden Trennung von Gasbestandteilen derartige Elemente in Stufen hintereinanderzuschalten. Man hat auch schon jede Stufe einer solchen Kaskade in mehrere Teile unterteilt und dabei für die Weiterleitung des in dem betreffenden Teil an dem leichteren Gasbestandteil verarmten Gasstroms einerseits und des in dem gleichen Teil an dem leichteren Gasbestandteil angereicherten Gasstroms andererseits in andere Teile und Stufen der gleichen Kaskade bestimmte Anordnungen getroffen. So ist bereits ein Apparat zur Trennung Wasserstoff enthaltender Gasgemische bekannt, wobei die Stufen unterteilt und die Eingänge und Ausgänge der einzelnen Teile unter Einschaltung von Zwischenverdichtern so geschaltet sind, daß der an seinem leichteren Bestandteil in dem ersten Teil einer Stufe angereicherte Teil des Gases zur Speisung der nächsten Stufe dient, während der an diesem Bestandteil in irgendeinem Teil dieser Stufe verarmte Teil des Gases dem jeweils nachfolgenden Teil dieser Stufe zugeleitet wird. Man hat dabei auch schon den an dem leichteren Bestandteil im zweiten Teil der Stufe angereicherten Teil des Gases zur Speisung des ersten Teils der gleichen Stufe benutzt, während der an dem leichteren Bestandteil verarmte den letzten Teil der Stufe verlassenden Teil des Gases zur Speisung des ersten Teils einer vorhergehenden Stufe diente. Eine solche Kaskadenanordnung und Schaltung der Teile der Stufen gestattet, die Gesamtzahl der Stufen und die Größe der wieder in den Kreislauf einzuführenden Mengen an nicht diffundiertem Gas zu verringern.

Es wurde gefunden, daß der apparative Aufbau einer solchen Stufe zur Trennung von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Gasdiffusion klein gehalten und die für den Betrieb einer solchen Schaltung erforderliche Verdichtungsarbeit des Gases gegenüber bekannten Anordnungen noch weiter verringert werden kann, wenn dafür gesorgt wird, daß bei der Rückführung und Weiterleitung der einzelnen Gasströme immer nur solche Mehrstufige Vorrichtung zur Trennung von Gasen durch Gasdiffusion

Anmelder:

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dr. phil. W. P. Radt,Patentanwalt,

Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Als Erfinder benannt:

Paul Arribat, Paris;

Olegh Bilous, Boulogne-sur-Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 4. Mai 1957

zusammengeführt werden, deren Anreicherung bzw. Verarmung an den voneinander zu trennenden Bestandteilen nach Möglichkeit den gleichen Wert haben.

Dies gelingt bei einer mehrstufigen Vorrichtung zur Trennung von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Diffusion in i Stufen, wobei die Stufen in ρ voneinander getrennte Teile unterteilt sind, der Auslaß für den leichteren Bestandteil aus dem ersten Teil einer Stufe mit dem Einlaß zur nächsten Stufe verbunden ist, der Auslaß für an diesem Bestandteil in irgendeinem Teil dieser Stufe verarmte Teil des Gases mit dem Einlaß des jeweils nächstfolgenden Teils dieser Stufe verbunden ist und der Auslaß für den leichteren Bestandteil im zweiten Teil der Stufe angereicherte Teil des Gases mit dem Einlaß des ersten Teils der gleichen Stufe, der Auslaß für den an dem leichten Bestandteil verarmten, den letzten Abschnitt (mit der Ordnungszahl p) der Stufe verlassende Teil des Gases mit dem Einlaß des ersten Teiles einer vorhergehenden Stufe verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch, daß die Gesamtzahl ρ der Teile einer Stufe i größer als 2

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ist und der den Teil h einer Stufe i verlassende, am Für die Weiterleitung der an den leichteren Beleichteren Bestandteil angereicherte- Teil des Gases standteilen angereicherten Gasströme gilt die Bezum Einlaß des ersten Teiles der Stufe i — h + 2 ziehung
geführt und daß die vorhergehende Stufe, in deren i — h + 2,
ersten Teil der aus dem letzten Teil (mit der Ord- 5

nungszaru» der Stufe ζ austretende, am leichteren wie sich durch Rechnung leicht nachweisen läßt:

Bestandteil verarmte Teil des Gases zugeleitet wird, ■ „ ._, „ _ -< . ο _ ζλ

die Stai&i-p + list. ^53' JjZ₂" 53-2 + 2 = 53

Vorteilhaft werden die Teile verschiedener Stufen, / = 53' ä = 3 53 — 3 ' 2 = 52

deren diffundiertes Gas dem Eingang der gleichen 10 . __ „' _h _ _A ss _ i I ο _ <i

Stufe zugeführt wird, zu einem Block vereinigt. £ = 53 ä = 5 53 - 5 + 2 = 50

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbei- ' + — U

spiele der neuen Vorrichtung dargestellt, und zwar Bei der Anordnung nach F i g. 2 ist jede der vier

zeigt ο dargestellten Stufen 60, 61, 62 und 63 in drei Teile

Fig. 1 eine Kaskade von in fünf Teile unterteil- 15 unterteilt. Nur aus den ersten mit α bezeichneten

ten Diffusorstufen; Teilen gelangt das diffundierte Gas in die nächste

Fig. 2 zeigt eine Kaskade von in je drei Teile Stufe. Der mit b bezeichnete, mittlere Teil ist hier

unterteilten Diffusorstufen; bedeutend größer als der erste Teil α und der dritte

Fig. 3 zeigt die gleiche Kaskade wie Fig. 2, Teile. Die Größe ρ hat also hier den Wert 3. Man

wobei die drei Teile, deren diffundiertes Gas ein und 20 erkennt auch hier, daß bezüglich der Weiterleitung

dieselbe Stufe speist, zu einem einzigen Block zu- der am leichteren Bestandteil angereicherten Gases

sammengefaßt und durch die Anordnung von Trenn- die Beziehung i — h + 2, bezüglich der Weiterleitung

wänden zu einem Einheitsdiffusor zusammengefaßt des aus dem letzten Teil jeder Stufe kommenden, am

sind. leichteren Bestandteil verarmten Gas die Beziehung

In Fig. 1 sind mit i = 49 bis i = 54 sechs auf- 25 i — p + 1 gilt.

einanderfolgende Stufen einer Kaskade dargestellt. Eine Besonderheit der Anordnung nach F i g. 2

Jede Stufe hat fünf Teile mit den Ordnungszahlen liegt darin, daß die jeweils zweiten Teile jeder Stufe

h = 1 bis h — 5. Bei jedem als Rechteck dargestell- 60b, 61b, 62b, 63 & größer sind als die jeweils

ten Element oder Teil bedeutet die waagerechte, ersten und dritten Teile, d. h., daß die Fläche der

gestrichelte Linie die poröse Wand; die schraffierte 30 porösen Wand größer ist. Dies hat sich als vorteil-

Fläche stellt den Raum dar, dem das Gasgemisch hafte Maßnahme erwiesen, um dem wesentlichen

unter Druck zugeführt wird, die nicht schraffierte Ziel der Erfindung möglichst nahe zu kommen, für

Fläche den Raum, aus dem der an dem angereicher- die weitere Verarbeitung nur Gasströme miteinander

ten Bestandteil erweiterte Gasstrom abgezogen wird. zu vereinigen, bei denen die Verarmung bzw. die

Die den Werten h = 1 bis h = 5 entsprechenden 35 Anreicherung an den voneinander zu trennenden Teile der Stufe i = 53 sind mit 101, 102, 103, 104 Bestandteilen möglichst den gleichen Wert hat.
und 105 bezeichnet. Der Strömungskreis der aus den Durch die dargestellte Kaskadenschaltung, bei der Teilen 101 bis 105 der Stufe i = 53 kommenden jede der Stufen mehr als zwei Teile hat, und durch Gase ist zur Verdeutlichung des Strömungskreises die Anwendung der Regeln für die Weiterleitung der der Gase einer gegebenen Stufe voll ausgezogen dar- 40 aus den einzelnen Teilen kommenden, an dem leichgestellt; die anderen Strömungskreise der anderen teren Bestandteil angereicherten bzw. verarmten Stufen sind gestrichelt gezeichnet. Zur Vereinfachung Gasströme tritt, wie die Erfahrung gezeigt hat, eine der Zeichnung sind die weiteren Elemente der Schal- nicht ohne weiteres voraussehbare erhebliche Eintung, nämlich die Verdichter, Wärmeaustauscher, sparung an der Zahl der Stufen, die zum Aufbau Ventile und Vorrichtungen zur Wiederverdichtung 45 einer Kaskade, mit der ein bestimmter Trenneffekt nicht dargestellt. Auf diese Weise dürfte das Prinzip erreicht wird, auf. Auch ist die nicht diffundierte der Rückführung des Difiusionsgases in die Teile zurückgeführte Menge bedeutend kleiner. Ein besonder gleichen und vorhergehenden Stufen besonders deres Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Trendeutlich werden. nung der Isotope 235 und 238 des Urans durch Dif-

Das an leichteren Bestandteilen verarmte Gas, 50 fusion des gasförmigen Uranhexafluorids. Es wird

das den Teil 101 verläßt, gelangt in den Teil 102; dabei an apparativem Aufbau, vor allem aber an

das an leichteren Bestandteilen verarmte Gas aus Verdichtungsarbeit für das Gas gespart. Da der dem Teil 102 gelangt in den Teil 103; das hier ver- Widerstand der porösen Wände recht erheblich ist,

armte Gas in den Teil 104 und das in diesem ver- müssen beträchtliche Drücke aufgewendet werden,

armte Gas in den letzten Teil 105, 55 um zu praktisch brauchbaren Leistungen zu kom-

Das am leichteren Bestandteil angereicherte Gas, men; das- bedeutet, daß hohe Verdichterleisrungen in

das den Teil 101 verlaßt, gelangt in den ersten Teil Frage kommen, die für die Wirtschaftlichkeit einer

Qi = 1) der nächstfolgenden Stufe 54. Das am leich- Anlage von ausschlaggebender Bedeutung sein

teren Bestandteil angereicherte Gas aus dem Teil können.

102 gelangt in den ersten Teil der Stufe 53. Aus den 60 Es ist nun vorteilhaft, die Teile mit der Kennziffer Teilen 103, 104 und 105 gelangt das an dem leichte- h = 2, h — 3 usw. verschiedener Stufen, aus denen ren Bestandteil angereicherte Gas in den ersten Teil das diffundierte Gas dem gleichen ersten Teil (mit der Stufen 52 bzw. 51 bzw. 50. Das am leichteren der Kennziffer h — l) zugeführt wird, mit diesem

Bestandteil verarmte Gas aus dem Teil 105 gelangt Teil zu einem einzigen Block zu vereinigen. Eine

in den ersten Teil der Stufe 49, 55 solche Vereinigung zu Blöcken, und zwar bezogen

Bezüglich des letztgenannten Gasstromes gilt also auf die Anordnung nach Fig. 2, ist in Fig. 3

die Beziehung schematisch dargestellt Es werden dabei immer die-

i — ρ + 1 = 53 — 5 + 1 = 49. jenigen Teile aus verschiedenen Stufen der F i g. 2

zu einem Block vereinigt, die auf der gleichen, von rechts oben nach links unten verlaufenden Diagonale der F i g. 2 liegen, d. h. beispielsweise die Teile 63 c, b und 61a, ferner die Teile 62 c, 61b und 60 a. Eine solche Zusammenfassung zu Blöcken vereinfacht den Aufbau der gesamten Anlage.

Claims

Patentanspruch:

Mehrstufige Vorrichtung zur Trennung von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Diffusion in i Stufen, wobei die Stufen in ρ voneinander getrennte Teile unterteilt sind, der Auslaß für den leichteren Bestandteil aus dem ersten Teil einer Stufe mit dem Einlaß zur nächsten Stufe verbunden ist, der Auslaß für an diesem Bestandteil in irgendeinem Teil dieser Stufe verarmte Teil des Gases mit dem Einlaß des jeweils nächstfolgenden Teils dieser Stufe verbunden ist und der Auslaß für den leichteren Bestandteil im zweiten Teil der Stufe angereicherte Teil des Gases mit dem Einlaß des ersten Teils der gleichen Stufe, der Auslaß für den an dem leichten Bestandteil verarmten, den letzten Abschnitt (mit der Ordnungszahl p) der Stufe verlassende Teil des Gases mit dem Einlaß des erster Teils einer vorhergehenden Stufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl (p) der Teile einer Stufe (?) größer als 2 ist und der den Teil h einer Stufe i verlassende, am leichteren Bestandteil angereicherte Teil des Gases zum Einlaß des ersten Teiles der Stufe?—h+2 geführt, und daß die vorhergehende Stufe, in deren ersten Teil der aus dem letzten Teil (mit der Ordnungszahl p) der Stufe i austretende, am leichteren Bestandteil verarmte Teil des Gases zugeleitet wird, die Stufe i—p+1 ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 17 981, 192034,
295463, 434 981;

britische Patentschrift Nr. 291576;

USA.-Patentschriften Nr. 2540 151, 2540152;

Kirk—Othmer, Bd. 5, S. 85 bis 87 und 126/127;

Chem. Engineering Process (1951), Vol. 47, Nr.
2, S. 54, Fig. 2, und Vol. 47, Nr.
3, S. 111, Fig. 8.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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