DE1061296B

DE1061296B - Device for separating gaseous and vaporous substances, in particular isotopes

Info

Publication number: DE1061296B
Application number: DED22911A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Willi Albert Becker
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1956-05-08
Filing date: 1956-05-08
Publication date: 1959-07-16
Also published as: FR1205830A

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.According to a proposed method of separation of gaseous and vaporous substances, especially isotopes, the mixture to be separated is left with exit at high speed from a nozzle-like opening into a space of lower pressure and splits the expanding jet into a jacket part through a diaphragm arranged in the flow path and a core that passes through the aperture! 1. The heavy component accumulates in the process generally in the core part.

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.To increase the separation effect must, in particular In the case of isotope mixtures, the separation in series-connected, consisting of nozzle and orifice Steps are repeated several times. It is necessary to use the core or cladding partial beam to compress the amount of gas produced outside the separating elements in special pumps before the The nozzle of the next separating element can be supplied.

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. 'For the technical implementation of such a process, a certain amount of equipment is required, especially pumps, their purchase price and energy requirements on the profitability of a individual, built according to the method described elements Großanlagc, z. B. to Isotope separation, possibly not without influence. '

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.It has now been found that gas or isotope mixtures while avoiding the disadvantages outlined above, can be economically separated if one an advantageously approximately disc-shaped rotating hollow body, which is mounted on an optionally hollow shaft sits, is provided on its periphery with a slot nozzle, which is assigned a corresponding peelable diaphragm is, and introduces the gas mixture to be separated into the hollow body. That fed in through a hollow shaft (The mixture of gases is accelerated peripherally in the body of revolution in a known manner and passes through the slit nozzle, so to speak, as a rapidly flowing gas disk, which through the peelable diaphragm into a Shell and a core part is separated.

Kern- und Mantelteilstrahl sind entsprechend dem Trennfaktor getrennt und werden jeweils weiterverarbeitet. Der Anreicherungsfaktor ist durchCore and cladding partial beams are separated according to the separation factor and are each processed further. The enrichment factor is through

A =· A =

(1 - Ny) (1 - Ny)

Vorrichtung zur TrennungSeparation device

von gas- und dampfförmigen Stoffen,of gaseous and vaporous substances,

insbesondere Isotopenespecially isotopes

Anmelder:Applicant:

Deutsche Gold- und Silber-SeheideanstaltGerman Gold and Silver Seheideanstalt

vormals Roessler,
Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9formerly 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.V _v · (1 - N ")
given. N ₁₁ and N _v therein denote the molar fractions of the component with the larger molecular weight behind and in front of the diaphragm, viewed in the direction of the beam. It is known per se to separate gas mixtures by feeding them to the interior of a rotating, disk-shaped hollow body through a hollow axis and accelerating them centrifugally in this. The heavier components come from Dr. Erich Willi Albert Becker, Marburg / Lahn,
has been named as the inventor

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.Nozzles to the periphery of the rotating body, while the lighter components through the hollow axis subtracted from. In this known method, the centrifuge effect is used for separation, while in the method according to the present invention, the rotating body is only used for acceleration the gases are used and the components are separated by a peelable diaphragm, which prevents the flowing Gas disc separates into a shell and a core part. The separation is particularly effective, if the mixture to be separated is allowed to exit the nozzle under conditions under which the gas behind the nozzle - seen in the direction of movement of the jet - high speeds, if necessary Supersonic speed, reached. Also, it has been found beneficial in space negative pressures, expediently below 30 torr, to be maintained downstream of the nozzle.

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.In the hollow body guide vanes are expediently arranged according to known aerodynamic Principles are shaped so that the desired radial acceleration of the mixture with as possible high energetic efficiency.

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.The gas or isotope mixture must be fed as centrally as possible to such a hollow body. This can be achieved in a manner known per se by means of a hollow shaft.

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.It is particularly advantageous to use the interior of the ring-shaped peeling-off diaphragm, which has a high percentage of the β »clfeHfo moving gas kinetic energy contained ^ potential energy of pressure to convert.

909 577/384909 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.Furthermore, it is expedient to reduce the peeling ratio because of the reduced compaction effort adjust so that the amount of jacket gas produced is kept low. To increase the separation effect the separation can be repeated as often as required in stages connected in series by the Gas quantities from the core and cladding partial jet are separated again according to the basic principle subject to the invention. With this series connection of the separation stages one becomes with advantage the. Combine partial flows of the stages in such a way that they, if possible, at the combining points have the same composition.

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.In order to achieve an increase in the gas throughput, it is advantageous to use several nozzle and diaphragm systems connected in parallel, which can optionally be done in a common device. Such The device is shown schematically in Fig. 2. One becomes like this especially for isotope separation method that you can use several from par ao all) switched nozzles and orifices. The Throughput of the individual stages progressively changed according to the enrichment already achieved will.

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.However, it is also possible to connect individual stages one after the other in the manner of a multi-stage fan. Here, due to the addition of the separation effects, a relatively very high overall separation effect is achieved, the however at the expense of throughput.

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt am besten an Hand der Abb. 1 und 2.The invention is best explained using FIGS. 1 and 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 Fig. 1, a device is shown in two views, which consists of the on a hollow shaft 12 seated likewise hollow, approximately disc-shaped body of revolution 11, at the periphery of which a slot-shaped one Nozzle 16 is arranged, the annular peeling diaphragm 13 and the two chambers for discharge of the jacket partial beam there is 15 and the core partial beam 14. In the figure are initially still Guide vanes 17 for the radial acceleration of the gas mixture and guide vanes 18 inside the annular peeler, which contains as high a percentage as possible of the gas in motion Convert kinetic energy into potential energy, drawn.

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.In the device according to Fig. 1, the gas mixture passes through 12 into the hollow body 11, is in accelerated this, leaves the nozzle 16 attached peripherally at 11 at high speed, so that a disk-shaped gas flow is formed, which is separated by the peeler 13 into a jacket partial flow at 15 and a core substream at 14, in which generally the component with the higher Molecular weight is enriched.

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.Fig. 2 shows the arrangement of several approximately disk-shaped bodies of revolution on a common one Axis. The arrangement shown in this figure is particularly suitable for the throughput of larger amounts of gas suitable. A plurality of hollow rotating bodies 21 in a peripheral nozzle opening 22 are shown here a common axis 23 is arranged. The gas mixtures are supplied for all rotating bodies through the same hollow shaft. Each rotating body 21 is surrounded by a fixed aperture 24. Die individual sheath or core partial flows are each discharged together at 25 and 26.

Claims

P A TEN T A NSPR (ICHE;

1. Device for the separation of gaseous or vaporous substances with different Molecular weight and / or different gas kinetic cross section, in particular of isotopes, in which these are accelerated centrifugally in a rotating hollow body, with a rotationally symmetrical hollow body seated on a hollow shaft and peripheral openings, characterized by a slot nozzle (16), a fixed peel-off screen corresponding to the slot nozzle (13) and one chamber each and one associated pipeline for discharging the jacket and core substream.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the rotationally symmetrical Hollow body guide vanes (17) are attached.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that guide vanes in the peeling-off diaphragm (13) are arranged.

Considered publications:
French patent specification No. 645 564.

1 sheet of drawings