DE1061296B - Vorrichtung zur Trennung von gas- und dampffoermigen Stoffen, insbesondere Isotopen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Nach einem vorgeschlagenen Verfahren zur Trennung von gas- und dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, läßt man das zu trennende Gemisch mit hoher Geschwindigkeit aus einer düsenartigen öffnung in einen Raum von niedrigerem Druck austreten und zerlegt den expandierenden Strahl durch eine in dem Strömungsweg angeordnete Blende in einen Mantelteil und einen durch die Blendenöffnung hindurchtretenden Kernte! 1. Dabei reichert sich die schwere Komponente im allgemeinen im Kernteil an.

Zur Vergrößerung des Trenneffektes muß, insbesondere bei Jsotopengemischen, die Trennung in hintereinandergeschalteten, aus Düse und Blende bestehenden Stufen mehrfach wiederholt werden. Dabei ist es erforderlich, die als Kern- bzw. Mantelteilstrahl anfallenden Gasmengen außerhalb der Trennelemente in besonderen Pumpen zu komprimieren, bevor sie der Düse des nächsten Trennelementes zugeleitet werden.

Zur technischen Durchführung eines solchen Verfahrens bedarf es also eines gewissen apparativen Aufwandes, vor allem an Pumpen, deren Anschaffungspreis und Energiebedarf auf die Rentabilität einer aus einzelnen, nach dem beschriebenen Verfahren arbeitenden Elementen aufgebauten Großanlagc, z. B. zur Isotopentrennung, gegebenenfalls nicht ohne Einfluß bleibt. '

Es wurde nun gefunden, daß sich Gas- bzw. Isotopengemische unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile wirtschaftlich trennen lassen, wenn man einen vorteilhaft etwa diskusförmigen rotierenden Hohlkörper, der auf einer gegebenenfalls hohlen Welle sitzt, an seiner Peripherie mit einer Schlitzdüse versieht, der eine entsprechende Abschälblende zugeordnet wird, und das zu trennende Gasgemisch in den Hohlkörper einbringt. Das durch eine hohle Welle zugeiührte (jasgemisch wird in bekannter Weise in dem Rotationskörper peripher beschleunigt und tritt durch die Schlitzdüse gewissermaßen als rasch strömende Gasscheibe aus, die durch die Abschälblende in einen Mantel- und einen Kernteil getrennt wird.

Kern- und Mantelteilstrahl sind entsprechend dem Trennfaktor getrennt und werden jeweils weiterverarbeitet. Der Anreicherungsfaktor ist durch

A =·

(1 - Ny)

Vorrichtung zur Trennung

von gas- und dampfförmigen Stoffen,

insbesondere Isotopen

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Seheideanstalt

vormals Roessler,
Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

.V_v · (1 - N„)
gegeben. Darin bedeuten N₁₁ und N_v die Molbrüche der Komponente mit dem größeren Molekulargewicht hinter und vor der Blende, in Strahlrichtung gesehen. Es ist an sich bekannt, Gasgemische dadurch zu trennen, daß diese dem Innenraum eines rotierenden, scheibenförmigen Hohlkörpers durch eine Hohlachse zugeführt und in diesem zentrifugal beschleunigt werden. Die schwereren Komponenten treten hierbei aus Dr. Erich Willi Albert Becker, Marburg/Lahn,
ist als Erfinder genannt worden

Düsen an die Peripherie des Rotationskörpers aus, während die leichteren Komponenten durch die Hohlachse abgezogen werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Zentrifugeneffekt zur Trennung ausgenutzt, während bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung der Rotationskörper nur zur Beschleunigung der Gase dient und die Trennung der Komponenten durch eine Abschälblende erfolgt, die die strömende Gasscheibe in einen Mantel- und einen Kernteil trennt. Besonders wirksam gestaltet sich die Trennung, wenn man das zu trennende Gemisch unter Bedingungen aus der Düse austreten läßt, unter denen das Gas hinter der Düse — in der Bewegungsrichtung des Strahles gesehen — hohe Geschwindigkeiten, gegebenenfalls Überschallgeschwindigkeit, erreicht. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Raum hinter der Düse Unterdrücke, zweckmäßig solche unter 30 Torr, aufrechtzuerhalten.

In dem Hohlkörper werden zweckmäßig Leitschaufeln angeordnet, die nach bekannten aerodynamischen Prinzipien so geformt sind, daß sich die gewünschte radiale Beschleunigung des Gemisches mit möglichst hohem energetischem Wirkungsgrad ergibt.

Einem solchen Hohlkörper muß das Gas- bzw. das Isotopengemisch möglichst zentral zugeführt werden. Dies kann in an sich bekannter Weise durch eine hohle Welle erreicht werden.

Mit besonderem Vorteil werdenjd^cfeisi Innern der ringförmigen AbschälblendcLeilBcheuielniingeordnet, die einen hohen Prozentsatz der β» clfeHfo bewegten Gas enthaltenen kinetischen Energie ^potentielle Energie des Druckes umwandeln.

909 577/384

Weiter ist es zweckmäßig, das Abschälverhältnis des verringerten Verdichtungsaufwandes wegen so einzustellen, daß die anfallende Mantelgasmenge gering gehalten wird. Zur Vergrößerung des Trenneffektes kann die Trennung in hintereinandergeschalteten Stufen beliebig oft wiederholt werden, indem die aus dem Kern- und Mantelteilstrahl anfallenden Gasmengen einer erneuten Trennung nach dem Grundprinzip der Erfindung unterworfen werden. Bei dieser Hintereinanderschaltung der Trennstufen wird man mit Vorteil die. Teilströme der Stufen derart vereinigen, daß sie an den Vereinigungsstellen nach Möglichkeit gleiche Zusammensetzung aufweisen.

Um eine Erhöhung des Gasdurchsatzes zu erzielen, werden mit Vorteil mehrere Düsen-Blenden-Systeme parallel geschaltet, was gegebenenfalls in einer gemeinsamen Vorrichtung geschehen kann. Eine solche Vorrichtung ist schematisch in Abb. 2 wiedergegeben. Besonders für die Isotopentrennung wird man derart verfahren, daß man mehrere aus gegebenenfalls par- ao alle) geschalteten Düsen und Blenden bestehende Trennstufen hintereinanderschaltet. Dabei kann der Durchsatz der einzelnen Stufen entsprechend der bereits erzielten Anreicherung progressiv verändert werden.

Es ist aber auch möglich, einzelne Stufen nach Art eines mehrstufigen Gebläses hintereinanderzuschalten. Hier erreicht man wegen der Addition der Trenneffekte einen relativ sehr hohen Gesamttrenneffekt, der allerdings auf Kosten des Durchsatzes geht.

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt am besten an Hand der Abb. 1 und 2.

In Abb. 1 ist in zwei Ansichten eine Vorrichtung dargestellt, die aus dem auf einer hohlen Welle 12 sitzenden ebenfalls hohlen, etwa diskusförmigen Rotationskörper 11, an dessen Peripherie eine schlitzförmige Düse 16 angeordnet ist, der ringförmigen Abschälblende 13 und den beiden Kammern zur Abführung des Mantel teilstrahl es 15 und des Kernteilstrahles 14 besteht. In der Abbildung sind zunächst noch Leitschaufeln 17 für die radiale Beschleunigung des Gasgemisches und Leitschaufeln 18 im Innern des ringförmigen Abschälers, die einen möglichst hohen Prozentsatz der in dem bewegten Gas enthaltenen kinetischen Energie in potentielle Energie umwandeln, eingezeichnet.

In der Vorrichtung nach Abb. 1 tritt das Gasgemisch durch 12 in den hohlen Körper 11, wird in diesem beschleunigt, verläßt mit hoher Geschwindigkeit die an 11 peripher angebrachte Düse 16, so daß ein scheibenförmiger Gasstrom ausgebildet wird, der durch den Abschäler 13 getrennt wird in einen Mantelteilstrom bei 15 und einen Kernteilstrom bei 14, in dem im allgemeinen die Komponente mit dem höheren Molekulargewicht angereichert ist.

Abb. 2 zeigt die Anordnung mehrerer etwa diskusförmiger Rotationskörper auf einer gemeinsamen Achse. Die in dieser Abbildung dargestellte Anordnung ist besonders für den Durchsatz größerer Gasmengen geeignet. Mehrere hohle Rotationskörper 21 in einer peripheren Düsenöffnung 22 sind hier auf einer gemeinsamen Achse 23 angeordnet. Die Zuführung der Gasgemische erfolgt für alle Rotationskörper durch die gleiche Hohlwelle. Jeder Rotationskörper 21 ist umgeben mit einer feststehenden Blende 24. Die einzelnen Mantel- bzw. Kernteilströme werden jeweils gemeinsam bei 25 und 26 abgeführt.

Claims (3)

P A TEN T A NSPR (ICHE;

1. Vorrichtung zur Trennung von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichem Molekulargewicht und/oder unterschiedlichem gaskinetischem Wirkungsquerschnitt, insbesondere von Isotopen, bei dem diese in einem rotierenden Hohlkörper zentrifugal beschleunigt werden, mit einem auf einer Hohlwelle sitzenden rotationssymmetrischen Hohlkörper und peripheren öffnungen, gekennzeichnet durch eine Schlitzdüse (16), einer der Schlitzdüse entsprechenden feststehenden Abschälblende (13) und je einer Kammer und einer zugehörigen Rohrleitung zur Abführung des Mantel- und Kernteilstromes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rotationssymmetrischen Hohlkörper Leitschaufeln (17) angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abschälblende Leitschaufeln (13) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 645 564.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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