DE1119830B

DE1119830B - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von gas- oder dampffoermigen Stoffen, insbesondere Isotopen

Info

Publication number: DE1119830B
Application number: DED21440A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Boettcher; Rolf Manteufel
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1955-10-05
Filing date: 1955-10-05
Publication date: 1961-12-21
Also published as: BE559713A; DE1096875B; FR1172542A; DE1052955B; BE539578A; GB794834A; US2951554A; FR1230416A; BE551429A; US2950778A; GB825798A; GB803689A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

D 21440 IVc/12 e

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

5. OKTOBER 1955

21. DEZEMBER 1961

Das Verfahren des Hauptpatentes bedient sich zur Trennung von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlicher Masse und/oder unterschiedlichem gaskinetischem Wirkungsschnitt der unterschiedlichen gaskinetischen Beweglichkeit der zu trennenden Moleküle oder Atome in der Weise, daß ein Gasoder Dampfstrahl durch ein aus einer Düse und einer dieser gegenüberstehenden Blende bestehendes Trennsystem hindurchgeführt wird. Die Blende ist so ausgestaltet, daß sie aus dem mit hoher Geschwindigkeit die Düse verlassenden Strahl einen Kernteilstrahl und einen Mantelteilstrahl herausschält, wobei sich in diesen Teilstrahlen die jeweils schwereren bzw. leichteren Komponenten des zu trennenden Gemisches anreichern. Besondere Bedeutung kommt dabei der Einhaltung bestimmter Druckverhältnisse vor und hinter der Düse und ebenso auf der Mantelseite und der Kernseite der Blende zu. Im allgemeinen wird so gearbeitet, daß das Verhältnis der Gasdrucke vor und hinter der Düsenöffnung zwischen 100 und 1000 liegt, während bezüglich des Raumes hinter der Abschälblende höchstens ein ähnliches Druckverhältnis eingehalten werden muß. Es ergeben sich dabei für die praktische Durchführung des Verfahrens beispielsweise Drucke von 10 bis 20 mm Hg vor der Düse und 10~² bis 1O^-1 mm Hg in den Blendenräumen für den Kern- und Mantelteilstrahl.

Der Aufrechterhaltung dieser vorteilhaften Druckverhältnisse unter Förderung der Dampf- bzw. Gasstrahlen dienen bei der gängigen Ausführungsform des Verfahrens des Hauptpatentes entsprechend ausgelegte Pumpen. Für eine intensive Trennung, vor allem bei der Anreicherung von Isotopen, ist es erforderlich, eine Mehrzahl und in den meisten Fällen sogar eine Vielzahl von Trennstufen vorzusehen, d.h. zahlreiche aus Düse und Blende bestehende Trennelemente hintereinanderzuschalten. Dabei werden im Interesse der Verwirklichung der bekannten Optimalprinzipien die Teilströme der hintereinandergeschalteten Trennstufen derart vereinigt, daß sie an den Vereinigungsstellen nach Möglichkeit gleiche Zusammensetzung aufweisen. Eine solche Arbeitsweise macht bei der vielstufigen Trennung die Verwendung einer Vielzahl von Pumpen hoher Leistung notwendig, d. h. solcher Pumpen, die für starke Kompressionsverhältnisse und große Ansaugvolumina ausgelegt sind. Bei reiner Förderung durch Pumpen ist deren Zahl doppelt so groß wie die der vorgesehenen Trennstufen. Obwohl man durch Veränderung des Druckverhältnisses zwischen den Räumen für den Mantelteilstrahl und den Kernteilstrahl zu günstigeren Bedingungen hinsichtlich des Pumpenaufwandes Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von gas- oder dampfförmigen Stoffen,

insbesondere Isotopen

Zusatz zum Patent 1 052 955

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler, Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Dr. Alfred Boettcher und Rolf Manteufel,

Frankfurt/M., sind als Erfinder genannt worden

kommen kann, würde sich doch in vielen Fällen bei der Anwendung des Verfahrens ein wesentlicher Vorteil hinsichtlich der Anlagekosten und auch der Betriebskosten ergeben, wenn man nicht oder nicht ausschließlich auf die Förderung des zu trennenden Gemisches und der Teilströme durch kostspielig zu erstellende und mit verhältnismäßig hohem Energieaufwand zu betreibende Pumpen angewiesen wäre.

Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren nach dem Hauptpatent im Hinblick auf die vorstehenden Darlegungen verbessert werden kann, wenn für den Transport der Gase oder Dämpfe durch das Trennsystem an Stelle von Pumpen Verdampfungs- bzw. Kondensationsvorgänge in der Weise angewendet werden, daß das Trennsystem jeweils gleichzeitig mit drei Räumen verbunden wird, in deren einem die zu trennende Substanz verdampft wird, während in den beiden anderen die Kondensation der Dämpfe des Kern- und des Mantelteilstrahles getrennt vorgenommen und in diesen Räumen sodann der Dampf für die Trennung in der nächsten Stufe erzeugt wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem derartigen Verfahren zur Trennung der Gas- oder Isotopengemische einen Teil der Gefäßwände durch Kühlung auf einer Temperatur zu halten, die so niedrig liegt, daß die aus dem eingeströmten Gas auf die Wände treffenden Moleküle zum größten Teil

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niedergeschlagen werden. Mit diesem Verfahren ist eine kontinuierliche Durchführung des Trennvorganges nicht möglich, da ein kontinuierlicher Abtransport der getrennten Gase von den Wandteilen nicht möglich ist. Verwendet man dagegen besondere Räume zur Verdampfung bzw. Kondensation der Gas- bzw. Dampfanteile, so läßt sich das Verfahren über einen langen Zeitraum kontinuierlich durchführen.

Die Auswahl der Stoffe, für deren Behandlung das Verfahren der Erfindung herangezogen werden kann, richtet sich im wesentlichen danach, welche Dampfdrücke der betreffende Stoff innerhalb beherrschbarer Temperaturbereiche in festem oder flüssigem Zustand aufweist. Im allgemeinen kommen solche festen und flüssigen Stoffe in Betracht, bei denen die Gleichgewichtsdrücke für Temperaturen zwischen —50 und +200⁰C zwischen 10~² und 30 mm Hg sich einstellen lassen, wobei diese Grenzen nur im Hinblick auf eine möglichst einfache technische Durchführbarkeit angegeben sind, während grundsätzlich das Verfahren auch mit solchen Substanzen durchführbar ist, bei denen diese Temperaturgrenzen nach oben oder unten überschritten werden.

Als Beispiele für Substanzen, die in der beschriebenen Weise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden können, seien genannt für die Anreicherung von C¹³ insbesondere Äthylenglykol, für die Anreicherung von N¹⁵ Hydrazin oder Hydrazinhydrat, Triazol, Biguanid,. Anilin und seine Methylderivate oder auch Orthotoluidin oder Malonsäuredinitril.

Das Verfahren der Erfindung kann auch für sublimierende Stoffe benutzt werden, beispielsweise für die Anreicherung von Uranisotopen aus Uranhexafluorid. Insbesondere für derartige Substanzen, für die die Trennung in mehreren Stufen vorgenommen werden muß, hat sich eine Ausführungsform bewährt, bei der ein Trennsystem jeweils gleichzeitig mit drei Behältern verbunden ist, von denen einer als Verdampfer für die feste Substanz dient, während in den beiden anderen die Kondensation der Dämpfe des Kern- und des Mantelteilstrahles getrennt vorgenommen wird. Für die nächste Stufe werden dann die letztgenannten Gefäße als Verdampfer betrieben, so daß in ihnen der Dampf für die nächste Stufe erzeugt wird.

Auf Grund dieser Ausführungsform ergibt sich die Möglichkeit einer vielfältigen Ausgestaltung für Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung. Eine Vorrichtung, die für die kontinuierliche vielstufige Trennung besonders geeignet ist, wird an Hand der Abb. 1 a und 1 b erläutert, wobei Abb. 1 a in schematischer Form die Aufsicht und Abb. Ib eine Seitenansicht darstellt.

In der Abbildung bedeutet 11 ein vakuumdichtes Gefäß, in dessen Achse ein Träger 12 angeordnet ist, der über die Stoffbüchsendichtung 13 mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht. Der Träger 12 enthält eine Vielzahl von jeweils aus Düse und Blende bestehenden Trennelementen, von denen in Abb. 1 a vier dargestellt und mit 14, 15, 16 und 17 bezeichnet sind. Die Trennelemente sind im vorliegenden Beispiel auf einer Schraubenlinie angeordnet. Jedes Trennelement weist eine geteilte Zuführung, z. B. 18, für den Dampf und zwei Ableitungsstutzen 19 und 111 auf, die der getrennten Abführung der Kern- und Mantelteilstrahlen dienen. Zu jedem Trennelement gehören, zwei einseitig geschlossene, zweckmäßig zylindrische Gefäße 112 bis 119, die mit nicht gezeichneten Heizungs- und Kühleinrichtungen für die Verdampfung und Kondensation der zu trennenden Stoffe

. 5 versehen sind. Die Gefäße sind derart durch die Wandungen des Vakuumkessels 11 geführt, daß sie sich in das Innere dieses Kessels öffnen, und je nach der Anordnung der Trennelemente auf dem Träger 12 auf dem Umfang des Vakuumkessels so angebracht, daß ihre Öffnungen abwechselnd mit den Rohrstutzen an der Düsen- und Blendenseite der Trennsysteme kommunizieren.

Um eine kontinuierliche Trennung in der gezeichneten Vorrichtung zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß die Trennsysteme abwechselnd mit jeweils als Verdampfungsgefäße und als Kondensationsgefäße dienenden Behältern 112 bis 119 in Verbindung gebracht werden können. In einfacher Weise läßt sich diese Forderung dadurch erfüllen, daß das Tragelement 12 mit den an ihm fest angebrachten Trennelementen um seine Längsachse, etwa in Richtung des gekrümmten Pfeiles in Abb. 1 b, drehbar ausgebildet ist, so daß jedes Trennelement mit jedem auf gleicher Ebene liegenden Verdampfungs- oder Kondensationsbehälter gekoppelt werden kann. Die Herstellung einer leicht lösbaren Verbindung zwischen Trennelement und Verdampfer bzw. Kondensator läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. In der Abbildung ist eine besonders einfache Ausführung dargestellt, nach der die Zu- und Ableitungen der Trennelemente einerseits und die Öffnungen der Verdampfer bzw. Kondensatoren andererseits durch waagerecht liegende Dichtungselemente 120 in gasdichte Verbindung gebracht und gegen den Vakuumraum abgeschlossen werden können, wenn der Träger 12 nicht nur um seine Längsachse drehbar ist, sondern auch in Richtung dieser Achse gehoben oder gesenkt werden kann. Zum Umschalten eines Trennelementes auf den benachbarten Verdampfungs- oder Kondensationsbehälter wird dann der Träger 12 nach oben bewegt, wobei sich die entsprechenden Dichtungselemente von den zu den Behältern 112 bis 119 gehörenden abheben und nach entsprechender Drehung des Trägers 12 unter dessen eigenem Gewicht sich auf die Dichtungen des benachbarten Behälters aufsetzen.

Vorteilhaft sind, wie in den Abbildungen gezeigt, die Verdampfer bzw. Kondensatoren 112 bis 119 mit je zwei Rohrstutzen versehen. Bei den jeweils als Verdampfer wirkenden Gefäßen 112, 114, 116 und 118 sind diese Zuführungsstutzen mit der Düsenseite des entsprechenden Trennelementes, die eine geteilte Zuleitung aufweist, verbunden, während bei den gerade als Kondensatoren benutzten Gefäßen 113, 115, 117 und 119 je ein Zuleitungsrohr mit je einem Ableitungsstutzen von der Blendenseite zweier benachbarter Trennsysteme in Verbindung steht, wobei, wie oben beschrieben, sämtliche Verbindungen zwischen Verdampfern bzw. Kondensatoren einerseits und den elementen andererseits leicht lösbar sein müssen.

Die mehrstufige Trennung in der beispielsweise dargestellten Vorrichtung verläuft folgendermaßen: Im Gefäß 112 befindet sich die zu trennende Substanz etwa in festem Zustand. Das Gefäß 112 ist über die Rohrstutzen 121 und 122 mit den Zuführungen 123 und 124 des Trennelementes 14 verbunden, durch die der in 112 unter entsprechender Wärmezufuhr erzeugte Dampf in die Trenndüse gelangt. Der bei

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der Trennung vor der Blende entstehende Mantel- dargestellt, von denen die erste im Gegensatz zur teilstrahl wird über die Rohrabschnitte 125 und 126 Abb. 1 auch die Kombination der eigentlichen Trennin das gekühlte Gefäß 119 geleitet, wo der Dampf apparatur mit der Führung des Wärmeüberträgers kondensiert. In entsprechender Weise gelangt der wiedergibt. Es sind also in dieser Abbildung zwei ge-Kernteilstrahl über 127 und 128 in das ebenfalls ge- 5 trennte Kreisläufe zu betrachten, nämlich der für den kühlte Gefäß 113. Wärmeüberträger und der für die zu trennende Sub-

Nach beendeter Verdampfung und Kondensation stanz, wobei letztere sich zwischen Verdampfungswird der gewissermaßen als Rotor ausgebildete Trä- und Kondensationsgefäßen und den Trennsystemen gerl2 mit den Trennelementen angehoben, wobei bewegt.

die bisherigen Verbindungen zwischen Verdampfungs- io Der Kreislauf für den Wärmeüberträger enthält und Kondensationsgefäßen einerseits und den Trenn- als wesentliche Elemente zwei Aggregate 21 und 22, elementen andererseits gelöst werden. Durch die bei vorliegendem Beispiel sowohl der Phasen-Drehung um 45° im Sinn des gekrümmten Pfeiles umkehr als auch dem Wärmeaustausch dienen, die gemäß Abb. Ib wird dann beim Absenken des Trä- also wechselweise als Verdampfer oder Verflüssiger gers 12 die Verbindung zwischen den Trennelemen- 15 und umgekehrt arbeiten. In dem Kreislauf, der durch ten 14, 15, 16, 17 mit den bisherigen Kondensations- ausgezogene Linien wiedergegeben ist, arbeitet 21 als gefäßen 113, 115, 117 und 119 hergestellt. Diese Ge- Verflüssiger für die Dämpfe des Wärmeüberträgers, fäße dienen in der nächsten Phase des Vorganges als die durch den Kompressor 23 über Leitung 24 und Verdampfer und werden dementsprechend auf er- Ventil 25 gefördert werden. In 21 gibt der Wärmehöhte Temperatur gebracht, während in den Gefäßen 20 Überträger bei der Verflüssigung seine Wärme durch 112, 114, 116 und 118 nach der neuen Einstellung die Rohre 26 an die diese umgebenden Behälter 226, gegenüber den Trenndüsen die Kondensation bzw. 228, 230, 232, 234, 236 und 238 ab. Der verflüssigte Sublimation durch entsprechende Kühlung bewirkt Wärmeüberträger gelangt dann über das Ventil 27 wird. durch die Leitung 28 in einen zusätzlichen Kühler 29,

In Abweichung von der vorstehend beschriebenen 25 von dort über 211 zum Entspannungsventil 212 und Arbeitsweise kann auch so verfahren werden, daß tritt schließlich über 213 und Ventil 214 in das EIeinsbesondere im Interesse des optimalen Mischungs- ment 22 ein. Dort erfolgt die Verdampfung, wobei Verhältnisses der zu trennenden Komponenten in den die Rohre 215 umgebenden Gefäßen 225, 227, zwei aufeinanderfolgenden Stufen der Wechsel zwi- 229, 231, 233, 235, 237 und 239 Wärme entzogen sehen Verdampfung und Kondensation nicht in zwei 30 wird. Der nunmehr verdampfte Wärmeüberträger benachbarten Gefäßen vorgenommen wird, sondern wird über das Ventil 216 und die Leitung 217 vom daß bei der Drehung des Trägers für die Trenn- Kompressor 23 wieder in den Austauscher 21 geförsysteme jeweils ein oder mehrere Gefäße übersprun- dert. Der beschriebene Kreislauf kann insofern rangen werden. gekehrt werden, als 21 als Verdampfer für den

Auch die Anordnung der Trenndüsen und Ver- 35 Wärmeüberträger und 22 als Verflüssiger betrieben dämpfer bzw. Kondensatorgefäße in Gestalt einer werden kann, so daß in 21 über die Rohre 26 den sie Spirale ist keineswegs die einzig mögliche Ausfüh- umschließenden Kammern Wärme entzogen, während rungsart. Es ist auch denkbar, daß Trennelemente in 22 über die Rohre 215 Wärme abgegeben wird, und Gefäße kreisförmig umeinander, jedoch nicht Der Kreislauf erfolgt dann, wie durch die gestrichelentsprechend einer Schraubenlinie, sondern jeweils 40 ten Linien angedeutet, wobei die Absperrorgane 25, in einer Ebene angebracht sind, wobei dann ein 27, 214 und 216 geschlossen sind. Der Kompressor Aggregat der einen Ebene mit einem der anderen in 23 fördert dabei den dampfförmigen Wärmeüber-Verbindung stehen muß. träger über 24 und das nunmehr geöffnete Ventil 218

Schließlich kann man auch von der kreisförmigen von dort durch die Leitung 219 in den Wärme-Ausbildung, gewissermaßen in Form eines Rotors 45 austauscher 22, den er im verflüssigten Zustand ver- und eines Stators, abweichen und Verdampfungs- läßt. Der flüssige Wärmeüberträger wird dann über bzw. Kondensationsgefäße in einer Reihe nebenein- die Leitung 220 und das Ventil 221, über den Zuanderliegend vorsehen und davor einen beweglichen satzkühler 29 und die Leitung 211 durch das Ent-Träger mit der halben Anzahl von Trennelementen Spannungsventil 212 und schließlich durch die Leianbringen, der eine Verschiebung der Trennelemente 50 tung 222 in den Wärmeaustauscher 21 geführt, den derart gestattet, daß diese jeweils mit dem nächsten er als Dampf über das Absperrorgan 223 und die oder übernächsten oder einem weiteren Gefäß in Leitung 224 verläßt und so zum Kompressor 23 zuVerbindung gebracht werden können, das abwech- rückgelangt, selnd der Verdampfung und Kondensation dient. Der Verdampfer bzw. Verflüssiger 22 und 21

Während die in Abb. 1 a und 1 b beschriebene 55 stehen in direktem Wärmekontakt mit den Konden-Vorrichtung unter Vermeidung jeglicher Absperr- sations- bzw. Verdampfungsgefäßen 225 bis 239 und organe in den Leitungen für den zu trennenden Stoff 226 bis 238 für die zu trennende Substanz. Im Geaufgebaut ist und eine Vielzahl gasdichter, aber leicht gensatz zu der im Zusammenhang mit der Abb. 1 a lösbarer Verbindungen sowie ein bewegliches Träger- und Ib beschriebenen Vorrichtung, bei der die Zahl element für die Trennsysteme enthält, kann man 60 der Verdampfungs- und Kondensationsgefäße dopnach einer andersartigen Vorrichtung auch so arbei- pelt so groß ist wie diejenige der Trennelemente, ist ten, daß Verdampfer, Kondensatoren und Trenn- bei der vorliegenden Vorrichtung jedem Verdampelemente fest eingebaut sind und der Kreislauf bzw. fungs- bzw. Kondensationsgefäß ein Trennelement Umlauf der Dämpfe und der Wechsel zwischen Ver- zugeordnet, so daß die Zahl der Gefäße gleich der dampfung und Kondensation durch entsprechende 65 Zahl der Trennelemente ist. Der Übersichtlichkeit Absperrorgane z. B. Ventile, Hähne oder auch halber sind in der Abb. 2 a nur zwei Trennelemente Flüssigkeitsverschlüsse, gesteuert wird. Eine solche 240 und 241 dargestellt, die auf der Blendenseite AbVorrichtung ist beispielsweise in den Abb. 2 a und 2 b leitungen 242, 243, 244 und 245 in jeweils zwei be·

nachbarte Gefäße 225 und 227 bzw. 226 und 228 aufweisen. In diesen Leitungen befinden sich außerdem noch die Absperrorgane 246, 247, 248 und 249. Die Zuleitung zur Düsenseite des Trennelementes 240 ist mit 250, diejenige des Elementes 241 mit 251 bezeichnet.

Für den durch ausgezogene Linien dargestellten Kreislauf des Wärmeüberträgers, bei dem 21 als Verflüssiger und 22 als Verdampfer dient, arbeiten die Gefäße 226 bis 238 als Verdampfer. Die in 226 verdampfte Substanz gelangt über 250 durch das Trennelement 240 bei geöffneten Absperrorganen 246 und 247 über 242 und 243 in die Kondensationsgefäße 225 und 227, in denen über die entsprechenden Rohre 215 die Kondensationswärme in den verdamp

Verdampfung in: Kondensation in: Verdampfung in: Kondensation in:

226

225 227 234

233 235

fenden Wärmeüberträger abgeführt wird. In analoger Weise gelangt auch aus den Gefäßen 228 bis 238 die Substanz in Dampfform über die zugeordneten Trennelemente in je zwei benachbarte Gefäße 227 bis 239, wie dies in Abb. 2b schematisch dargestellt ist. In dieser Abbildung haben die Bezeichnungen, soweit sie in Abb. 2 a vorkommen, gleiche Bedeutung wie dort. Gemäß dem hier angegebenen Schema gelangt die in dem Gefäß 226 verdampfte Substanz durch die

ίο Leitung 250 in das Trennelement 240 und von dort über die mit den Absperrorganen 246 und 247 versehenen Zuführungen 242 und 243 in die Gefäße 225 und 227. Entsprechend verläuft die Führung der Substanz in den übrigen Gefäßen gemäß nachstehendem Schema:

228

229 236

237

230

229 231 238

237 239

232

231 233

Für die nächste Stufe der Trennung ist auch eine Umkehrung des Kreislaufes des Wärmeüberträgers notwendig, wie schon weiter oben beschrieben, d. h. also in der Weise, daß der Umlauf des Wärmeüberträgers längs des gestrichelten Leitungssystems erfolgt, wobei 22 als Verflüssiger und 21 als Verdampfer arbeitet. Umgekehrt ist dann die Funktion der Behälter für die zu trennende Substanz. In den Gefäßen 225 bis 239 wird die Verdampfung vorgenom-.men, wobei der Dampf aus dem Behälter 227 über die Leitung 251 in die Düse des Trennelementes 241 gelangt, aus dem der Kernteilstrahl über das geöffnete Absperrorgan 248 durch die Leitung 244 in das Gefäß 226 geführt wird, während der Mantelteilstrahl über das Absperrorgan 249 und die Leitung in das Gefäß 228 gelangt. Alle Gefäße 226 bis dienen in dieser Stufe der Kondensation. Gemäß der Abb. 2 b ergibt sich dann das nachstehende Arbeitsschema:

Verdampfung in: Kondensation in: Verdampfung in: Kondensation in:

231

229

A A

228 228 230

237

236 236 238 238 240

233

230 232 232 234 239

In Abweichung von der beschriebenen Vorrichtung kann selbstverständlich auch so verfahren werden, daß zwischen die Verdampfungs- bzw. Kondensationsgefäße für die zu trennende Substanz und den Wärmeüberträger sowohl auf der Verdampfer- wie auch auf der Verflüssigerseite ein weiterer Wärmeträger eingeschaltet wird, so daß der Wärmeübergang nicht, wie in der Abb. 2 a dargestellt, unmittelbar, sondern mit Hilfe je eines gesonderten Kreislaufes dieses zweiten Wärmeübertragungsmittels erfolgt.

Auch die Vorrichtung, wie sie in den Abb. 1 a und Ib dargestellt und im Zusammenhang damit erläutert ist, kann mit einem Wärmeüberträgerkreislauf gemäß Abb. 2 a kombiniert werden.

Es ist auch möglich, das Verfahren des Hauptpatentes und das der vorliegenden Erfindung insofern zu verbinden, als bei einer Trennung ein Teil der Trennstufen durch Pumpenförderung und ein anderer Teil durch wechselnde Verdampfungen und j£ondensationen betrieben wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 5s

1. Verfahren zur Trennung von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichem Molekulargewicht und/oder unterschiedlichem gaskinetischem Wirkungsquerschnitt, insbesondere von Isotopen, bei dem man das zu trennende Gemisch aus einer düsenartigen Öffnung austreten läßt und den expandierenden Strahl durch eine in seinem Strömungsweg angeordnete Blende in einen Mantelteil und einen durch die Blendenöffnung hindurchtretenden Kernteil trennt, nach Patent 1052 955, dadurch gekennzeichnet, daß für den Transport der Gase oder Dämpfe durch das Trennsystem an Stelle von Pumpen Verdampfungs- bzw. Kondensationsvorgänge in der Weise angewendet werden, daß das Trennsystem jeweils gleichzeitig mit drei Räumen verbunden wird, in deren einem die zu trennende Substanz verdampft wird, während in den beiden anderen die Kondensation der Dämpfe des Kern- und des Mantelteilstrahles getrennt vorgenommen und in diesen Räumen sodann der Dampf für die Trennung in der nächsten Stufe erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungs- und Kondensationsgefäße als Teile von Wärmeaustauschern derart eingeschaltet werden, daß die Verdampfungsgefäße für die zu trennende Substanz

jeweils mit dem Verflüssiger und die Kondensationsgefäße mit dem Verdampfer für den Wärmeüberträger im Wärmeaustausch stehen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein in einem Vakuumraum befindliches, um eine senkrechte Achse bewegliches Trägerelement für die auf diesem, vorzugsweise in einer Schraubenlinie, angeordneten, aus einer Düse und einer Blende bestehenden Trennelemente und durch eine doppelte Anzahl von nach dem Innern des Vakuumraumes mit je zwei Öffnungen versehenen Verdampfungs- und Kondensationsgefäßen, die abwechseln mit der Düsen- oder mit der Blendenseite eines Trennsystems kommunizieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Zu- und Ableitungen der Trennelemente einerseits und den Öffnungen der Verdampfer bzw. Kondensatoren andererseits durch waagerecht liegende Dichtungselemente, z. B. Flansche, gebildet wird, die sich unter dem Gewicht des in Richtung seiner Längsachse beweglichen Trägers für die Trennelemente gegen den umgebenden Vakuumraum gasdicht schließen.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampfer oder Kondensator mit zwei Rohrstutzen versehen ist und die Rohrstutzen der jeweils als Verdampfer wirkenden Gefäße beide mit der Düsenseite eines Trennelementes in durch Abheben des Trägers leicht lösbarer Verbindung stehen, während je ein Rohrstutzen der beiderseits benachbarten Kondensationsgefäße mit den Blendenräumen des dem Verdampfer zugeordneten Trennelementes und die anderen mit den Blendenräumen der beiderseits benachbarten Trennsysteme, ebenfalls leicht lösbar, verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens zwei wechselweise als Verflüssiger und Verdampfer für einen Wärmeüberträger arbeitende Wärmeaustauscher, eine diese verbindende Ringleitung mit Ventilen zur Umkehrung der Strömungsrichtung des Wärmeüberträgers und einem oder mehreren, jedem Wärmeaustauscher zugeordneten, über Trennsysteme miteinander verbundenen Gefäßen, die mit den Austauschflächen der Wärmeaustauscher, in vorteilhaft unmittelbarem Wärmekontakt stehen, so daß Verflüssigung des umlaufenden Wärmeübertragers und Verdampfung der zu trennenden Substanz einerseits sowie Verdampfung des Wärmeüberträgers und Kondensation der die Trennelemente verlassenden Kern- und Mantelteilströme andererseits jeweils im gleichen Wärmeaustauscher stattfinden.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1055 508.

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