DE2017311C3 - Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen Und dazugehöriges Verfahren - Google Patents
Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen Und dazugehöriges VerfahrenInfo
- Publication number
- DE2017311C3 DE2017311C3 DE2017311A DE2017311A DE2017311C3 DE 2017311 C3 DE2017311 C3 DE 2017311C3 DE 2017311 A DE2017311 A DE 2017311A DE 2017311 A DE2017311 A DE 2017311A DE 2017311 C3 DE2017311 C3 DE 2017311C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- centrifugal drum
- centrifuge
- gas
- mixture
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B5/00—Other centrifuges
- B04B5/08—Centrifuges for separating predominantly gaseous mixtures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/24—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by centrifugal force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Centrifugal Separators (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen in eine leichte und eine
schwere Fraktion mit einem ortsfesten Gehäuse, einer darin umlaufenden ersten zylindrischen Schleudertrommel,
einer Zuführleitung für das zu trennende Gemisch und Abführleitungen für die getrennten leichten und
schweren Fraktionen sowie einem innerhalb der ersten zylindrischen Schleudertrommel angeordneten zylindrischen
Drehkörper etwa gleicher axialer Länge, der mit größerer Drehzahl als die erste zylindrische Schleudertrommel
gleichsinnig umläuft.
Eine derartige Zentrifuge ist bereits durch das ältere Patent 14 32 832 geschützt. Die Trennleistung dieser
Zentrifuge ist dadurch begrenzt, daß die Trennung in einem einzigen Trennraum vorgenommen wird, so daß
dann, wenn eine höhere Trennleistung erwünscht ist, mehrere solcher Zentrifugen hintereinandergeschaltet
werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Trennleistung einer solchen Gaszentrifuge
zu erhöhen, ohne daß es dazu einer Hintereinanderschaltung von Einzelzentrifugen bedarf. Die bisher
ίο übliche Kaskadenanordnung von Gaszentrifugen wird
damit weitgehend überflüssig.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zentrifuge so ausgebildet ist, daß
mindestens eine weitere, gleichsinnig umlaufend angetriebene zylindrische Schleudertrommel in koaxialer
Anordnung zur ersten Schleudertrommel diese umgibt, wobei die Zwischenräume zwischen Drehkörper und
erster Schleudert! ommel einerseits und erster
Schleudertrommel und weiterer Schleudertrommel andererseits usw. durch Kanäle verbunden sind, die die
jeweils dazwischenliegende Schleudertrommel durchdringen.
Durch die FR-PS 15 07 066 ist ein als »Ultra-Zentrifuge«
bezeichnetes Gerät bekanntgeworden, bei dem sich mehrere ineinander liegende zylindrische Rotoren
gegenläufig drehen und bei dem die inneren Rotoren mit jeweils größerer Drehzahl angetrieben werden als
die außeniiegenden. Dieses Gerät dient zur Untersuchung von Strahlungspartikeln in einem sich drehenden
jo Gravitationsfeld, wobei Abweichungen von der Strahlenbahn untersucht werden sollen, die nach der
Einsteinschen Relativitätstheorie zu erwarten sind. Das bekannte Gerät arbeitet im Vakuum und der Strahleneintritt
erfolgt durch ein luftdichtes, jedoch strahlen-
j5 durchlässiges Fenster.
Durchdringendere Strahlen könnten auch durch die Wände des Geräts eindringen und zur Verhinderung
unerwünschter Strahlung im Gerät wird dieses bekannte Gerät mit einem Bleimantel versehen. Die Aufzeichnung
der Strahlenverläufe der durch das Fenster oder durch die Wände eindringenden Strahlen erfolgt auf
einem Fotopapier, das im Inneren des Gerätes angebracht ist. Dieses bekannte Gerät ist schon von der
Aufgabe her grundsätzlich von der Ultrazentrifuge
4r> gemäß der vorliegenden Erfindung verschieden, und
allein der Betrieb des bekannten Gerätes im Vakuum zeigt, daß es für eine Trennung von Substanzgemischen
weder gedacht noch brauchbar ist.
Um klarzustellen, auf welchen Prinzipien die Erfindung basiert und wie stark die Trennleistung dadurch
erhöht wird, wird unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 der Zeichnungen die nachstehende theoretische
Analyse gegeben. In dieser Analyse wird die Separierung
eines Gasgemisches als Beispiel verwendet.
F i g. 1 und 2 sind Diagramme, welche den Zunahmefaktor L des Trennfaktors bzw. den Multiplikationsfaktor
E der Trennleistung für verschiedene Werte des Verhältnisses γ der Geschwindigkeit des Innenrotors zu
der des Außenrotors und des Verhältnisses η des Radius
M) des Innenrotors zu dem des Außenrotors zeigen. Die
Diagramme beziehen sich auf ein Gemisch, das in einem Zwischenraum separiert wird, der zwischen einem
konzentrischen Innen- und Außenrotor gebildet ist, die sich mit hoher Drehzahl drehen.
hs Für eine stationäre laminare Strömung symmetrisch
um die Achse des Innen- und Außenrotors gilt: Die Geschwindigkeitskomponente in Radialrichtung V, ist
gleich der Geschwindigkeitskomponente in Axialrich-
20 17 311 3 4 |
(3) | (6) |
tung Vz und ist nulL Der Druck P ändert sich nur in Tangentialrichtung Radialrichtung. Vr = V. = 0, Ve = V(r) = V2 = D2R2. op Ip (1) 5 — —-— — 0 . γ und // sind definiert durch lift η Ζ |
(4) (5) |
|
Für den Innenrotor mit der Länge Z und dem Radius γ = VJV2 r = R] lautet die Geschwindigkeitskomponenti in j,zw Tangentialrichtung ι ο ι — R /R |
Ve = V(r) = V1 = D1R1. (2) Die Bewegungsgleichung für ein kompressibles Für den Außenrotor mit der Länge Zund dem Radius viskoses Fluid zwischen zwei konzentrischen Rotoren r = R2 lautet die Geschwindigkeitskomponente in 15 lautet in Zylinderkoordinaten: |
|
r-Komponente | (7) | |
W ev ve °/>-ri + y. °/'l |_ dt dr r dft r ' dz J |
||
dP Γ1 a 1 δτΓθ τββ drr:l | &]· 181 | |
dr Ir dr { "' r dft r dz J' | ||
(9-Komponente | (9) | |
\ dt 'r dr r dft r ' z dz ) | (10) | |
- r dft Lr2 Sr ° 7rw) ' r 3« ' "flz J" | (H) | |
Z-Komponente | (12) | |
L> \ dl ' r ar ' r aft» ' ; dz J ~ dz \_ r dr (' Tr:' ' r dft + | (13) | |
wobei gilt: | (14) | |
"■-'[4-fH· | (15) | |
---'[2(74& + iH"4 | ||
'.= - ':. = -Ίτ-'+ v W\· | ||
r a κ a er η | ||
r f)r v ''' r dft dz | ||
Dabei stehen ρ für die Dichte und μ für die Zähigkeit. Wenn sich einer der Rotoren bezüglich des anderen
Einzelheiten sind dem Buch von R. B. Bird, W. E. Rotors in entgegengesetzter Richtung dreht, muß das
Stewart, E. N. Kightfoot, »Transport Phenome- Vorzeichen von γ umgekehrt werden. Bei umgekehrtem
na« (1960), S. 71 bis 91, John Wiley & Sons, zu Vorzeichen von γ gibt es eine Geschwindigkeitsumkehr-
entnenmen. 5 stelle, wo V(r) = 0 und die durch
Aus den Gleichungen (1) und (7) erhält man
= 0.
1 + γ,ι
Setzt man für die Integrationskonstante C, so bestimmt ist.
erhält man
Die Rotationsgeschwindigkeit V^r) eines Gases in
einer herkömmlichen Zentrifuge, bei der sich ein einziger Hohlrotor mit dem Radius R2 mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von V2 — Q2R2 dreht, lautet:
Aus den | Gleichungen | = ± + Br, | (1) und (12) ergibt sich |
d ( | ' V(r)\ _ | C | |
dr \ | . r J | ||
aufgelöst nach | |||
V[r) |
R2
(17)
20 Für das Verhältnis von V(r) zu Ks(r) ergibt sich
V(r) 1 - γη , (γ - ,,)
V(r) 1 - γη , (γ - ,,)
1 -
r2 ·
η
(1 - '/2)i?2 ■
Daraus folgt, daß bei der vorliegenden Gaszentrifuge mit zwei konzentrischen Rotoren eine Rotationsströmung
zu erwarten ist, die größer ist als die, die in einer
jo herkömmlichen Zentrifuge mit nur einem einzigen
Hohlrotor erzielt wird, wobei das Verhältnis der beiden Anordnungen zueinander durch den in der obigen
Gleichung rechts vom Gleichheitszeichen stehenden Ausdruck gegeben ist.
Aus den Gleichungen (1) und (6) erhält man
Die Gleichung für die Geschwindigkeitsverteilung eines Gases zwischen dem Innen- und Außenrotor
lautet deshalb:
V (rf
dP
Setzt man den Wert von V(r), den man aus Gleichung
_ Γ (■/ - η) >i R2 (1 - -/>/) r ] (15) erhält, und die Zustandsgieichung für das ideale Gas
V (r) - |_ 1 _ ,1 T + 1 - (/ 2 ^rJJ 2 ' Q = MPIR'T'm die obige Gleichung ein, wobei M das
Molekulargewicht, R' die Gaskonstante und T die (16) 45 absolute Temperatur sind, so erhält man
dP
MV\_ Γ (7 - RT L
->J2f
(1 - y>ifr-[
(1 -f?R\\dr
(1 -f?R\\dr
dP
MVl
Γ Γ (ν- UYU2R2I
J L (1 - ff*3
Π - n2f ' r + (1 - Iy2J2Rl
(18)
Λ, = .,R2
ln P1 2R'T L (1 - '/Y 2 (^2Al Λ2; ' (1 - >f?
- rv) ln ^R
η R2
(18')
Aus den Gleichungen (18) und (18') ergibt sich das Verhältnis des Drucks P1 an der äußeren Oberfläche des
Innenrotors zum Druck P2 an der Innenoberfläche des Außenrotors zu
P2 _ MV\ Y(7-n? , 4η(γ-η)(1 -γη) 1 (1 - γη?
(19)
Bei einer herkömmlichen Zentrifuge mit einem Hohlrotor, der sich mit der Geschwindigkeit V2 dreht, kann
für das Verhältnis des Druckes P„, an der Wand des Rotors zum Druck Pc in der Mitte des Rotors geschrieben
werden:
MVl
IR'T
Damit erhält man
(Y- Ί?
In(PJPJ
1 2 -
Aus Gleichung (20) ist zu ersehen, daß das Druckverhältnis in dem Zwischenraum zwischen zwei
Rotoren im Vergleich zu dem Druckverhältnis in einer herkömmlichen Zentrifuge groß ist.
Wenn eine Gasmischung aus zwei Komponenten i und j in einer Zentrifuge mit einem einzigen Hohlrotor
separiert bzw. entmischt wird, so ist der Gleichgewichtstrennfaktor oiso definiert als das Verhältnis zwischen
dem Anhäufungs- bzw. Mengenverhältnis Wc der gewünschten Gaskomponente /in der Mitte des Rotors
bezogen auf die andere Gaskomponente j und dem Häufigkeits- bzw. Mengenverhältnis W„ der gewünschten
Gaskomponente ;' an dem Wandteil des Rotors bezogen auf die andere Gaskomponente / Für ein Gas
mit zwei Komponenten von verschiedenem Molekulargewicht Mj und Mi. wobei M,
> Λ/, ist, gilt die folgende Gleichung, wobei die Umfangsgeschwindigkeit des
einzigen Rotors V2 ist:
= exp
- M1-)
IR'T
Ll·
(21) Der Gleichgewichtstrennfaktor oioo einer Gaszentrifuge,
in der ein Gasgemisch aus zwei Komponenten i und j durch zwei konzentrische Rotoren separiert bzw.
entmischt wird, wird als Verhältnis zwischen dem Anhäufungsverhältnis W\ der gewünschten Gaskomponente
/ nahe der äußeren Oberfläche des Innenrotors bezogen auf die andere Gaskomponente j und dem
Anhäufungsverhältnis W2 der gewünschten Gaskomponente,
die nahe der Innenoberfläche des Außenrotors vorliegt, bezogen auf die andere Gaskomponente
angesetzt.
30
35
»DO =
W2
In &D0 = In-
In
i±L·
Ff ι
Ff ι
Aus Gleichung (19) erhält man
In Ληη = —
- M1) Vl Γ (γ -
IR'T
(1 In— +
m-
(M1 - M1)!
2i?'T
2i?'T
Somit gilt
L =
L =
1 -
(i - ν2?
ι -
(23')
L bedeutet darin den z.unahmefaktor des Trennfaktors.
Die Beziehung zwischen den beiden Gleichgewichtstrennfaktoren aim und Oiso kann deshalb geschrieben
werden:
«DO — «jO ·
(24)
Die Abhängigkeit von L von der Änderung von γ und
η ist in Fig. 1 gezeigt Aus dem Diagramm sieht man, daß der erzielbare Gleichgewichtstrennfaktor um so
größer wird, je größer der Wert von γ und/oder je
kleiner der Wert von η wird.
Das Trennvermögen bzw. die Trennleistung OU wird
als Parameter zur Abschätzung der Leistung einschließlich des Entmischungsgrades und der Behandlungskapazität
der verschiedenen Zentrifugen verwendet Einzelheiten sind der Literaturstelle »The Theory of Isotope
Separation as Applied to the Large-Scale Production of ü235« von Kari Cohen (i95i), McGräw-Hiil-Veilag,
zu entnehmen. In dem Buch ist als ein Standardmodell für die Separierung bzw. Entmischen angeführt, daß,
wenn G Mole eines Gemisches, das τ Mole des gewünschten Materials enthält, durch Separieren von
einem unteren Reservoir, in dem sich M Mole eines Gemisches befinden, in dem der Molbruchteil des
gewünschten Materials N-, beträgt, in ein oberes
Reservoir übergeführt werden, in dem sich M' Mole eines Gemisches befinden, in dem das gewünschte
Material N'i(>Nj) beträgt, die Trennleistung δU wie
folgt ausgedrückt werden kann:
OU =
(r - N1G) VN1
9 10
Dabei ist der Ausdruck Λ/, eine geringe Änderung des gleichförmig als laminarer Strom mit einer konstanten
gewünschten Materials. In der obigen Gleichung Temperatur rotiert und wenn die Beziehung Vr = V2 =
bedeutet (r-Nj, G) die Nettomenge an gewünschtem, 0 besteht, so ergibt sich eine Nettomolstromdichte des
gefördertem Material. gewünschten Materials, das durch ein bestimmtes
Wenn nun ein Gasgemisch aus zwei Komponenten / 5 Flächenelement ds durch die Zentrifugalwirkung geför-
und j, das zwischen den zwei Rotoren vorhanden ist, dertwird:
In dieser Gleichung bedeutet
iTden normalen Einheitsvektor der Fläche ds,
«, die Teilchendichte des gewünschten Materials,
NA die Avogadro-Zahl,
«, die Teilchendichte des gewünschten Materials,
NA die Avogadro-Zahl,
V1 die Diffusionsgeschwindigkeit des gewünschten Materials,
D den Diffusionskoeffizienten,
r£ den radialen Einheitsvektor.
D den Diffusionskoeffizienten,
r£ den radialen Einheitsvektor.
Die Nettomenge an gewünschtem Material, die in einem Volumenelement dsdh befördert wird, beträgt
deshalb:
Diese Gleichung entspricht (τ - NG) in der Gleichung (25), so daß die Trennleistung (Λ U)D der in Frage
stehenden zwei konzentrischen Rotoren sich aus Gleichung (25) ergibt:
-PA Γ- V Ai - Wj - ^JW - "'>
V in P7Z\ ds dh VN1
-ALl nW^W · (26)
Aus der Gleichung (18) setzt man den Ausdruck
V1nP = ^' ^
V1nP = ^' ^
in die Gleichung (26) ein.
Man erhält
Man erhält
to- 'i?'i2r2> -l. ? (r- '/)('- 7>i)'i 1 , (i -
(1 2)V (1 2f + (1
(i - >,2f
(1 - r/2f · Rl ·
Wenn V In P gemäß Gleichung (27) in Gleichung (26) eingesetzt wird, ergibt sich
11 12
In Gleichung(28), wo V ty variabel ist, lauten die Bedingungen, bei denen (<)U)D ein Maximalwert wird:
I + K
Dann wird
]1
Setzt man nun für die Länge der beiden Rotoren, d. h. Tür den Innen- und Außenrotor des konzentrischen
Doppel rotors,' ζ, wenn die obige Gleichung (29) über den ganzen Zwischenraum zwischen den Rotoren integriert
wird, so erhält man
r 4- y + K ■ r I r-dr\ dh . (30)
R1 = /,R,
Das Integral des ersten Ausdrucks auf der rechten Seite lautet:
+ — + K ■ r\ r-dr = Ύ ^- T (1 -
r J (1 — iff- I 4
Das Intesral für den zweiten Ausdruck auf der rechten Seite lautet:
Somit ergibt sich der Maximalwert der theoretischen Trennleistung, die in einer Gaszentrifuge mit zwei konzentrischen
Rotoren erzielt werden kann, durch:
7^ |_ 2R^T—J TT^TF ü (1 "
Der Maximalwert der theoretischen Trennleistung, die in einer Gaszentrifuge erzielt werden kann, in der das
gleiche Gasgemisch aus zwei Komponenten i und j in einem einzigen Hohlrotor mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit
V2 in Drehung versetzt wirdjautet
^t^ [ 2K7T J · (33)
Wenn die beiden Trennleistungen unter der Annahme verglichen werden, daß alle Eigenschaften der gemischten
Gase und die Temperaturbedmgungen in beiden Fällen die gleichen sind, so ergibt sich
^-2* {4-0 - 'Mb - rf + Ο - rvfl + 2,,(i - >,2)(γ - >,)(i - vi)
- rif + (1 - yrifl + 6(y - r/f (1 - y,;)2,/2 · In — } = E . (34)
Dieser Ausdruck ist identisch mit E, dem Multiplikationsfaktor
der Trennleistung.
Das bedeutet, daß man erwarten kann, daß der
Maximalwert der theoretischen Trennleisturg, die in einer Gaszentrifuge mit zwei konzentrischen Rotoren
e:-zielbar ist, um einen Faktor von E größer ist als die,
die in einer Gaszentrifuge erreicht werden kann, der ein einziger Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie
der Außenrotor rotiert
F i g. 2 zeigt Werte von E für verschiedene Werte von
γ und η. Aus F i g. 2 sieht man, daß der Wert von fgroß
ist, wenn γ positiv und η etwa Vs beträgt und sich bei
einer Änderung von γ in positiver Richtung stark ändert
Obwohl die oben angeführte Erklärung für eine Zentrifuge mit nur einem einzigen Zwischenraum
zwischen dem Innen- und dem Außenrotor gilt kann die obige Theorie auf eine Zentrifuge ausgedehnt werden,
welche zwei oder mehr Zwischenräume hat, die zwischen einer Vielzahl von konzentrischen Rotoren
ausgebildet sind. Der Gleichgewichtstrennfaktor α,π·ο
und die maximale Trennleistung (öLf|„,„mfür diesen Fall
lauten
Λη-1.η.Ο
„. = Σ
(35)
(36)
Bei Verwendung der Gleichungen (23) und (32) sind die folgenden Substitutionen erforderlich:
(XV)
Als Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann der innerste Rotor der Zentrifuge genau wie eine
herkömmliche Zentrifuge verwendet werden. Der Gleichgewichtstrennfaktor und die maximale Trennleistung
einer derartigen Zentrifuge werden dadurch größer. Der Gleichgewichtstrennfaktor «„*>
und die maximale Trennleistung (6U)max erhält man gemäß den
folgenden Ausdrücken:
mO = «1.2.0**2.3.0* ■ · · Xtxn-2.n-1.0X('iit-l.n.0Xt '
(AI/L« = Σ
(37)
(38)
(38)
Dabei ist der Gleichgewichtstrennfaktor der Innenseite des innersten Rotors
= exp
(Mj - M1) Vj
7R'T
]■
(XVI)
und die maximale Trennleistung an der Innenseite des innersten Rotors ist
πΡΡΖ Γ (Mj - M1) Vj
TtPDZ Γ
2RT L
2RT L
2R'T
1T-
(XVlI)
Eine herkömmliche Gaszentrifuge mit einem Rotor von 400 mm Durchmesser aus hochfester Aluminiumlegierung,
die Kupfer und Magnesium enthält (Dural) oder aus einem verstärkten Kunststoffmaterial, rotiert mit
350 m/s, was die in der Praxis maximal zulässige Umfangsgeschwindigkeit ist. Jetzt wird eine Gaszentri-
fuge mit einem nicht hohlen Innenrotor von 80 mm Durchmesser aus dem gleichen Material wie oben
betrachtet, der in einem herkömmlichen Hohlrotor angebracht ist und mit 700 m/s rotiert was die in der
Praxis maximal zulässige Umfangsgeschwindigkeit ist Bei der erfindungsgemäßen Gaszentrifuge ist γ = 2 und
η = 0,2, so daß sich aus F i g. 1 L = 6 und aus F i g. 2
E = 20 ergibt Das heißt daß der Trennfaktor der Gaszentrifuge mit Doppelrotor die sechste Potenz des
ίο Faktors der herkömmlichen Zentrifuge ist und daß
zusätzlich die Trennleistung der erfindungsgemäßen Gaszentrifuge 20mal so groß ist wie die der
herkömmlichen, so daß auf diese Weise ein hervorragendes Ergebnis erzielt ist
Wenn man deshalb ein Material wie Uranhexafluorid separieren will, das eine große Anzahl von herkömmlichen
Zentrifugen erforderlich machte, so kann die erfindungsgemäße Zentrifuge den Vorgang und die
Beibehaltung einer Zentrifugenkaskade vereinfachen, da die Anzahl der parallel angeordneten Zentrifugen
und die Anzahl der in Reihen angeordneten Stufen verringert werden.
Bei einem Peihenbetrieb der erfindungsgemäßen
Zentrifuge wird ein Gasgemisch, das in den innersten Zwischenraum eingeführt ist, in eine schwere und eine
leichte Fraktion separiert und die schwere Fraktion dann aus der Zentrifuge heraus abgeführt. Nur die
leichte Fraktion wird in den nach außen angrenzenden Zwischenraum geleitet und dann die Separierung in eine
jo leichte und eine schwere Fraktion wiederum durchgeführt,
wobei sich diese Stufen wiederholen, so daß eine kontinuierliche Strömung hintereinander von dem
innersten Zwischenraum zum äußersten Zwischenraum vorliegt. Bei einem Parallelbetrieb der erfindungsgemä-Ben
Zentrifuge wird das zu separierende Gasgemisch parallel in jeden der Zwischenräume eingeführt Das
Gemisch in jedem Raum wird durch die Innen- und Außenrotoren, welche jeden Zwischenraum bilden, im
Gleichstrom einer Zentrifugalkraft ausgesetzt und in die schwere und leichte Fraktion separiert, wobei diese
Fraktionen getrennt abgeführt werden.
Obwohl bei dem oben beschriebenen Reihenbetrieb der Zentrifuge die schweren Fraktionen, die in jedem
Zwischenraum separiert werden, direkt aus der Zentrifuge heraus abgeführt werden, können diese
Fraktionen in den Zwischenräumen mit Ausnahme des innersten Zwischenraumes in jeden nach innen zu
angrenzenden Zwischenraum eingeführt werden, wo die schwere Fraktion in eine schwere Fraktion und eine
so leichte Fraktion separiert wird. Diese letztere schwere
und leichte Fraktion wird weiterhin in die nach innen bzw. nach außen benachbart liegenden Zwischenräume
eingeführt. Auf diese Weise wird automatisch eine Kaskade gebildet und die schwere und leichte Fraktion
von dem innersten bzw. äußersten Zwischenraum separiert In Abwandlung des Reihenbetriebs kann das
Gasgemisch in einen der Zwischenräume eingeführt werden. Eine der in dem Zwischenraum separierter
Fraktionen, beispielsweise die leichte Fraktion, wird ir
bo den nach außen angrenzenden Zwischenraum geführt
wo sie in eine leichte und eine schwere Fraktio separier) wird, die wiederum in den nach außen bzw. nach inner
benachbarten, d. h. den ursprünglichen, Zwischenraum geführt wird. Die andere der in dem ursprünglicher
b5 Zwischenraum separierten Fraktionen, beispielsweise
die schwere Fraktion, wird in den nach inner angrenzenden Zwischenraum eingeführt, wo sie in eine
leichte und eine schwere Fraktion separiert wird, di«
wiederum in den nach außen angrenzenden, d. h. den ursprünglichen, bzw. den nach innen angrenzenden
Zwischenraum eingeführt werden. Auf diese Weise wird die schwere Fraktion in dem innersten Zwischenraum
gesammelt und daraus abgeführt, während die leichte Fraktion in dem äußersten Zwischenraum gesammelt
und daraus abgeführt wird.
Wenn die erfindungsgemäße Zentrifuge für ein Separieren bzw. Einmischen von Isotopen eines Gases
mit großem Molekulargewicht, wie Uranhexafluorid, verwendet werden soll, setzt man vorzugsweise ein
leichtes Gas, wie Helium, dem Beschickungsstrom zu. Ohne das leichte Gas tritt an dem Umfang des
Innenrotors ein extrem niedriger Druck auf, was dazu führt, daß zwischen dem Innenrotor und dem Uranhexafluorid
ein Schlupf auftritt. Die Zugabe des leichten Gases beseitigt die Möglichkeit, daß die Zentrifugierwirkung
auf diese Weise beeinträchtigt wird.
In jedem Zwischenraum kann eine kreisförmige Gegenströmung ausgebildet werden, die separierend
auf das Gasgemisch wirkt. Sowohl die leichten wie auch die schweren Fraktionen in jedem Rotor können durch
Aufnehmer bzw. Mulden mit Löchern in einem Pitot-Rohr oder durch Ausströmen der Komponenten
aus Löchern in Endplatten des Rotors entnommen werden. Man erhält eine hohe Drehzahl bei jedem der
konzentrisch angeordneten Rotoren durch Hochfrequenzmotoren und/oder durch Turbinen für jeden
Rotor oder durch eine herkömmliche Leistungsübertragungsvorrichtung zum in Drehung Versetzen von einem
oder mehreren Rotoren, beispielsweise durch ein Getriebe bzw. Zahnradvorgelege.
An Hand der übrigen Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zentrifuge
näher veranschaulicht.
F i g. 3 zeigt im Schnitt eine Zentrifuge mit drei Rotoren, bei der der Innenrotor massiv ist.
F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Einleitung des Gasgemisches.
In Fig.3 ist eine Zentrifuge mit drei konzentrischen
Rotoren gezeigt. Dabei enthält ein ortsfestes Zentrifugengehäuse 1 einen inneren Rotor 10 und eine
Schleudertrommel 20 sowie einen äußeren Rotor 30, die mit hoher Drehzahl um eine vertikale Achse des
Gehäuses drehbar sind. Die obere und untere Welle 11
und 12 des Rotors 10 geht durch die obere und untere Hohlwelle 21 bzw. 22 der Schleudertrommel. Ein
zylindrisches Eisenteil 41 am unteren Ende der Welle 12 bildet zusammen mit einem Magneten 42, der das
Eisenteil umgibt, ein Magnetlager 40. Lagereinrichtungen 48, die an dem Gehäuse angebracht sind und sowohl
als Lager wie auch als Abdichtungen dienen, tragen die Wellen 21, 22 und 31. Ein Hochfrequenzmotor 80
versetzt die Welle 31 des äußeren Rotors 30 mit hoher Drehzahl in Drehung. Ein Zahnradsystem 49, welches
die Welle 21 der Schleudertrommel mit der Welle 11 des Rotors 10 und der Welle 31 der Trommel 30 verbindet,
läßt den Rotor 10 in gleicher Richtung wie die Schleudertrommel 20 mit einer Drehzahl rotieren, die
größer ist als die der Schleudertrommel. Man kann den
Rotor statt durch die Zahnradeinrichtung bzw. das Getriebe auch durch einen weiteren Hochfrequenzmotor
rotieren lassen.
Ein zu separierendes Gemisch wird in das Gehäuse 1 durch ein Rohr 8 eingeführt Nachdem es durch einen
Ringkanal, der zwischen der Hohlwelle 22 der
ίο Schleudertrommel und der Welle 12 des Rotors
ausgebildet ist, hindurchgegangen ist, wird das Gemisch
in einen Zwischenraum zwischen dem Rotor 10 und der Schleudertrommel durch einen Führungsring 23 eingeführt,
der nach innen von einer Endplatte 25 der Schleudertrommel vorsteht Der Ring führt das
Gemisch an dem Rotor entlang. Das Gemisch kann in den Zwischenraum durch Einstrahlen des Gemisches
durch Ausströmöffnungen 18, die strahlenförmig von einem engen Kanal 13 aus divergieren, der teilweise
durch den Mittelteil der Welle 12, wie in F i g. 4 gezeigt, geht oder auch durch ein Zuführrohr zugeführt werden,
das sich von dem Rohr 8 aus erstreckt, das untere Ende des Rotors umgibt und mit Schlitzen oder vielen
öffnungen am gesamten Umfang versehen ist.
Die Strömung in dem ersten Zwischenraum ist durch die Pfeile 60 und 61 in Fig.3 gezeigt Die schwere
Fraktion wird aus der Zentrifuge durch Löcher 27 in der Endplatte 25 der Schleudertrommel 20 und von da durch
einen Aufnehmer 65 mit Löchern 67 abgeführt Eine mit
der Schleudertrommel aus einem Stück bestehende Führung 66 mit einem Schlitz 64 längs dessen gesamten
Umfangs führt die leichte Fraktion in einen zweiten Zwischenraum, wobei eine gleichförmige Strömung
längs der äußeren Umfangswand der Schleudertrommel ausgebildet wird. Die Strömung in dem zweiten
Zwischenraum ist durch die Pfeile 62 und 63 angedeute'u Die schwere und leichte Fraktion werden aus der
Zentrifuge durch Rohre 2 und 3 über Löcher 36 und 37 abgezogen, die in den Endplatten 34 bzw. 35 des dritten
Rotors 30 ausgebildet sind. In diesem Falle kann die durch das Rohr 2 abgezogene schwere Fraktion dem
ersten Zwischenraum wieder durch eine Pumpe 68, die als eine Druckerhöhungseinrichtung wirkt, zusammen
mit dem Beschickungsstrom zugeführt werden, wenn ein Ventil 91 geschlossen und ein Ventil 92 voll geöffnet
ist. Die Zentrifuge bildet auf diese Weise selbst eine Kaskade hinsichtlich beider Fraktionen.
Gewünschtenfalls kann ein leichtes Gas, z. B. Helium, durch den Einlaß 6 in den Raum zwischen den
Abdichtungen 4 und 5 eingeführt werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform kann noch abgeändert werden. So kann beispielsweise der innere
massive Rotor durch einen Hohlrotor ersetzt werden, der dann ebenfalls als Zentrifuge verwendet wird. Das
Gemisch kann dabei durch ein Rohr eingeführt werden, das längs der Achse dieses Rotors verläuft und im
Innern des Rotors mündet.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen in eine leichte und eine schwere Fraktion mit einem
ortsfesten Gehäuse, einer darin umlaufenden ersten zylindrischen Schleudertrommel, einer Zuführleitung
für das zu trennende Gemisch und Abführleitungen für die getrennten leichten und schweren
Fraktionen sowie einem innerhalb der ersten zylindrischen Schleudertrommel angeordneten zylindrischen
Drehkörper etwa gleicher axialer Länge, der mit größerer Drehzahl als die erste zylindrische
Schleudertrommel gleichsinnig umläuft, gekennzeichnet durch mindestens eine weitere
gleichsinnig umlaufend angetriebene zylindrische Schleudertrommel (30), die in koaxialer Anordnung
zur ersten Schleudertrommel (20) diese umgibt,
wobei die Zwischenräume zwischen Drehkörper (10) und erster Schleudertrommel einerseits und
erster Schleudertrommel und weiterer Schleudertrommel andererseits (usw.) durch Kanäle (64)
verbunden sind, die die jeweils dazwischenliegende Schleudertrommel (20) durchdringen.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (23, 13) für das
Gasgemisch im Bereich des Außenumfangs des Drehkörpers (10) mündet.
3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (13) für das
Gasgemisch durch den Drehkörper (10) geführt ist und in einer Ausströmöffnung (18) an seinem
Umfang endet.
4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (10) auch hohl
ausgebildet ist, daß die Zuführleitung für das Gasgemisch in diesen Drehkörper mündet und daß
die Drehkörperwand zur Bildung von Verbindungskanälen durchbrochen ist.
5. Verfahren zum Trennen eines Gemisches von Gasen von unterschiedlichem Molekulargewicht in
einer Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen
mit dem zu trennenden Gemisch ein Gas von einem Molekulargewicht eingeführt wird, das geringer ist
als das des Gemisches.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2726669A JPS495859B1 (de) | 1969-04-10 | 1969-04-10 | |
US2256070A | 1970-03-25 | 1970-03-25 | |
US326533A US3915673A (en) | 1969-04-10 | 1973-01-24 | Method and apparatus for separating gas mixture by centrifuging |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2017311A1 DE2017311A1 (de) | 1970-10-15 |
DE2017311B2 DE2017311B2 (de) | 1974-10-03 |
DE2017311C3 true DE2017311C3 (de) | 1980-08-21 |
Family
ID=27285715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2017311A Expired DE2017311C3 (de) | 1969-04-10 | 1970-04-10 | Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen Und dazugehöriges Verfahren |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3915673A (de) |
DE (1) | DE2017311C3 (de) |
FR (1) | FR2043081A5 (de) |
GB (1) | GB1302044A (de) |
NL (1) | NL165076C (de) |
Families Citing this family (45)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO142804C (no) * | 1978-11-15 | 1980-10-22 | Erling Wedege | Sentrifuge for separering av gassblandinger. |
US4292051A (en) * | 1979-03-29 | 1981-09-29 | Kime Wellesley R | Apparatus and method for centrifugal fluid separator |
US5024741A (en) * | 1989-03-15 | 1991-06-18 | Gte Products Corporation | Hybrid isotope separation scheme |
US5024739A (en) * | 1989-03-15 | 1991-06-18 | Gte Products Corporation | Novel hybrid isotope separation scheme and apparatus |
US5428220A (en) * | 1993-11-29 | 1995-06-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Aerosol mass spectrometer and method of classifying aerosol particles according to specific mass |
US6019114A (en) * | 1997-02-12 | 2000-02-01 | Icon Dynaamics, Llc | Self-metering reservoir |
GB9703685D0 (en) | 1997-02-21 | 1997-04-09 | Glacier Metal Co Ltd | Centrifugal separator |
US6695951B1 (en) * | 2000-07-18 | 2004-02-24 | Jack G. Bitterly | Saline/sewage water reclamation system |
AU2003298053A1 (en) * | 2002-12-02 | 2004-06-23 | Rerum Cognitio Forschungszentrum Gmbh | Method for separating gas mixtures and a gas centrifuge for carrying out this method |
US8075668B2 (en) * | 2005-03-29 | 2011-12-13 | Dresser-Rand Company | Drainage system for compressor separators |
DE502005008593D1 (de) * | 2005-12-16 | 2010-01-07 | Astrium Gmbh | Vorrichtung zur Kondensatwasserzwischenspeicherung |
US7618471B2 (en) * | 2006-06-13 | 2009-11-17 | Protonex Technology Corporation | Method and apparatus for separating liquid droplets from a fluid flow stream |
BRPI0716867A2 (pt) | 2006-09-19 | 2013-10-15 | Dresser Rand Co | Vedação de tambor de separador rotativo |
US8302779B2 (en) * | 2006-09-21 | 2012-11-06 | Dresser-Rand Company | Separator drum and compressor impeller assembly |
MX2009003177A (es) * | 2006-09-25 | 2009-04-03 | Dresser Rand Co | Bobina conectora axialmente movil. |
CA2661925C (en) * | 2006-09-25 | 2015-04-28 | Gocha Chochua | Fluid deflector for fluid separator devices |
US8733726B2 (en) * | 2006-09-25 | 2014-05-27 | Dresser-Rand Company | Compressor mounting system |
EP2066988A4 (de) * | 2006-09-25 | 2012-01-04 | Dresser Rand Co | Kopplungsüberwachungssystem |
CA2663751C (en) * | 2006-09-25 | 2015-01-27 | William C. Maier | Access cover for pressurized connector spool |
MX2009003255A (es) * | 2006-09-26 | 2009-04-07 | Dresser Rand Co | Dispositivo separador de fluido estatico mejorado. |
US20100037771A1 (en) * | 2007-04-04 | 2010-02-18 | Sargas As | Method and plant for co2 enrichment |
US20090068090A1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-03-12 | Battelle Energy Alliance, Llc | Methods for reacting and separating components of a gas-phase equilibrium reaction and a centrifugal separation device for same |
US20090200176A1 (en) | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Mccutchen Co. | Radial counterflow shear electrolysis |
US8268136B2 (en) | 2007-12-20 | 2012-09-18 | McCutchen, Co. | Electrohydraulic and shear cavitation radial counterflow liquid processor |
US8408879B2 (en) * | 2008-03-05 | 2013-04-02 | Dresser-Rand Company | Compressor assembly including separator and ejector pump |
US8097219B2 (en) * | 2008-05-28 | 2012-01-17 | Ut-Battelle Llc | Integrated reactor and centrifugal separator and uses thereof |
US8062400B2 (en) * | 2008-06-25 | 2011-11-22 | Dresser-Rand Company | Dual body drum for rotary separators |
US7922218B2 (en) * | 2008-06-25 | 2011-04-12 | Dresser-Rand Company | Shear ring casing coupler device |
US8079805B2 (en) * | 2008-06-25 | 2011-12-20 | Dresser-Rand Company | Rotary separator and shaft coupler for compressors |
CA2753185C (en) | 2009-02-20 | 2015-06-30 | H R D Corporation | Apparatus and method for gas separation |
US8087901B2 (en) * | 2009-03-20 | 2012-01-03 | Dresser-Rand Company | Fluid channeling device for back-to-back compressors |
US8210804B2 (en) * | 2009-03-20 | 2012-07-03 | Dresser-Rand Company | Slidable cover for casing access port |
US8061972B2 (en) * | 2009-03-24 | 2011-11-22 | Dresser-Rand Company | High pressure casing access cover |
BR112012005866B1 (pt) * | 2009-09-15 | 2021-01-19 | Dresser-Rand Company | aparelho para a separação de um fluido e método para a separação de um componente de peso específico mais alto de um componente de peso específico mais baixo de um fluido |
WO2011100158A2 (en) | 2010-02-10 | 2011-08-18 | Dresser-Rand Company | Separator fluid collector and method |
WO2012009158A2 (en) | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Dresser-Rand Company | Enhanced in-line rotary separator |
WO2012009159A2 (en) | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Dresser-Rand Company | Radial vane pack for rotary separators |
US8657935B2 (en) | 2010-07-20 | 2014-02-25 | Dresser-Rand Company | Combination of expansion and cooling to enhance separation |
WO2012012143A2 (en) | 2010-07-21 | 2012-01-26 | Dresser-Rand Company | Multiple modular in-line rotary separator bundle |
EP2614216B1 (de) | 2010-09-09 | 2017-11-15 | Dresser-Rand Company | Spülungsaktivierter gesteuerter strömungsabfluss |
WO2012078821A2 (en) | 2010-12-07 | 2012-06-14 | Jerry Lang | System and method for separating high molecular weight gases from a combustion source |
EP2584160A1 (de) | 2011-10-20 | 2013-04-24 | Alfa Laval Corporate AB | Kurbelgehäusegasabscheider |
US10537840B2 (en) | 2017-07-31 | 2020-01-21 | Vorsana Inc. | Radial counterflow separation filter with focused exhaust |
EP4021613B1 (de) * | 2019-08-30 | 2024-08-07 | Paragon Space Development Corporation | Zwei-phasen-trennvorrichtung zur entfernung von kondensat oder partikeln aus einem gasstrom |
US11859666B2 (en) | 2021-08-26 | 2024-01-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Rotary phase separator with magnetic bearing |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US717963A (en) * | 1901-09-03 | 1903-01-06 | Eugene Bardolle | Centrifugal separator. |
US2876949A (en) * | 1944-09-12 | 1959-03-10 | Skarstrom Charles | Centrifugal separators |
US2779434A (en) * | 1955-08-08 | 1957-01-29 | Lloyd B Smith | Centrifugal dust collector |
US3277637A (en) * | 1961-06-14 | 1966-10-11 | Dobner Walter | Apparatus for the separation of gaseous isotopes |
NL285656A (de) * | 1961-11-22 | |||
US3332300A (en) * | 1964-06-10 | 1967-07-25 | Dorr Oliver Inc | Centrifugal equipment |
US3498454A (en) * | 1968-02-20 | 1970-03-03 | Polaroid Corp | Counter-current centrifugal device and use |
-
1970
- 1970-02-03 GB GB507170A patent/GB1302044A/en not_active Expired
- 1970-02-27 NL NL7002833.A patent/NL165076C/xx not_active IP Right Cessation
- 1970-04-08 FR FR7012682A patent/FR2043081A5/fr not_active Expired
- 1970-04-10 DE DE2017311A patent/DE2017311C3/de not_active Expired
-
1973
- 1973-01-24 US US326533A patent/US3915673A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2043081A5 (de) | 1971-02-12 |
DE2017311B2 (de) | 1974-10-03 |
NL7002833A (de) | 1970-10-13 |
DE2017311A1 (de) | 1970-10-15 |
NL165076C (nl) | 1980-10-15 |
GB1302044A (de) | 1973-01-04 |
US3915673A (en) | 1975-10-28 |
NL165076B (nl) | 1980-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2017311C3 (de) | Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen Und dazugehöriges Verfahren | |
DE2825400C2 (de) | Trennmaschine | |
DE2458841A1 (de) | Ruehrwerksmuehle | |
DE3213118A1 (de) | Anordnung zum trocknen feuchter poroeser bahnen | |
DE962058C (de) | Mehrstufige Schubzentrifuge | |
DE69320602T2 (de) | Zentrifugalkonzentrationsmaschine | |
DE69406831T2 (de) | Walke mit innerhalb des Walzenmantels angeordnetem Antriebsmotor | |
DE2129786C3 (de) | Gegenstrom-Gaszentrifuge | |
DE2120506A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von gasförmigen bzw. flüssigen Stoffen | |
DE3919340A1 (de) | Vorrichtung zum sieben einer zellulosefaserbrei-suspension | |
DE102010021626B4 (de) | Gaszentrifuge mit monolitischem Rotor | |
DE19608286B4 (de) | Belüftungssystem für den Ringmotor einer Rohrmühle | |
DE2006386C1 (de) | Anordnung zum Betrieb einer Vielzahl von Wellenantrieben | |
DE69323416T2 (de) | Trennzentrifuge | |
DE1673899A1 (de) | Gasgelagerter Kreisel | |
DE2814247A1 (de) | Windkraftmaschine | |
DE2138752C3 (de) | Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine mit einem auf einer Hohlwelle angeordneten Läufer | |
DE3626983C2 (de) | ||
DE1657122A1 (de) | Zentrifugal-Klassiereinrichtung | |
DE102010009638A1 (de) | Gaszentrifuge ohne externe Gasförderpumpe für die Gaszufuhr | |
DE1806174B2 (de) | Vorrichtung fuer die fluessigkeitsextraktion | |
DE2329619A1 (de) | Offen-end-spinnmaschine | |
AT300102B (de) | Vorrichtung zum Ordnen ringförmiger Stanzteile | |
DE1955274C (de) | Filterbandzentrifuge | |
DE2000428C (de) | Mehrstufige Turbomaschine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |