DE2243730A1

DE2243730A1 - Verfahren und vorrichtung zum trennen von gas- oder dampffoermigen stoffen, insbesondere isotopen

Info

Publication number: DE2243730A1
Application number: DE2243730A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Bley; Wolfgang Dr Ing Ehrfeld; Gerd Dr Ing Eisenbeiss
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1972-09-06
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1974-04-04
Also published as: JPS4964976A; DE2243730B2; DE2243730C3; FR2197630A1; FR2197630B1; JPS5411017B2; NL7312166A; NL154942B; ZA735719B; US3877892A; GB1439284A

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 31. 8.1972

KERNFORSCHUNG MBH PLA 72/46 Ga/jd

Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen : ■

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine-Vorrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, mit unterschiedlichem Molekulargewicht und/oder verschiedenem gaskinetischem Querschnitt, bei dem die zu trennenden Stoffe gegebenenfalls im Gemisch mit einem leichten Zu satzgas durch eine düsenartige Öffnung als expandierender Strahl hindurchströmen und der Strahl durch eine in seinem Strömungsweg angeordnete Schälblende zerlegt wird.

Das Prinzip dieses sogenannten Trenndüsenverfahrens ist aus der deutschen Patentschrift 1 052 955 bekannt. In den deutschen Patentschriften 1 096 875 und 1 198 328 wird gezeigt, wie sich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens

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durch ein leichtes Zusatzgas, ggf. in Kombination mit einer Strahlenumlenkung, verbessern läßt.. Wird das Verfahren z.B. zur Trennung von Isotopen benutzt, so müssen zur Erzielung eines praktisch brauchbaren Alireiche rung sgrade s in einer Kaskade mehrere Trenndüsen hintereinander geschaltet werden, wobei nach jeder Düse das expandierte Gas mit einem Kompressor wieder auf den ursprünglichen Düsenvordruck gebracht werden muß. Für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist es von großer Bedeutung, das von dem Kompressor aufzubringende Druckverhältnis bei vorgegebener Trennung so klein wie möglich bzw. die Trennung bei vorgegebenem Druck-Verhältnis so groß wie möglich zu machen. In der deutschen Patentschrift 2 Ö3l 687 wurde daher ein Verfahren zum Trennen von Gasgemischen nach der Trenndüsenmethode beschrieben, bei dem die kinetische Energie des Gasstrahles nach seiner Zerlegung in zwei Teilst.rahlen zur Druckerhöhung ausgenutzt wird. Dabei werden mindestens zwei gleichartige von verschiedenen Trenndüsen kömmende Teüstrählen unmittelbar nach den Schälblenden zu einem gemeinsamen Strahl vereinigt. Mit dieser Maßnahme läßt sich zwar der Betriebsaufwand des Verfahrene herabsetzen, jedoch wird gewöhnlich keine Steigerung des Trennfaktors beobachtet und damit keine Verminderung der Zahl der hintereinander zu schaltenden Trenndüsenstufen erreicht.

E& wurde nun gefunden, daß sich der Be.triebsaufwand einer Trenndüsenanordnung unter erheblicher Steigerung des Trennfaktors vermindern läßt, wenn zumindest einer der Teilstrahlen unter Ausnutzung der in ihm oder ihnen enthaltenen kinetischen Energie bei mindestens einer unmittelbar an die Äbschälung anschließenden Umlenkung zu einer weiteren Trennung verwendet wird, wobei weitere Schälblenden nach der Umlenkung weitere Teilstrahlen erzeugen. Dabei können einer oder mehrere der weiteren Teilstrahlen durch zusätzliche Expansion nachbeschleunigt werden.

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BAD OR

Bei einer Ausnutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Kaskade werden zweckmäßig diejenigen nach außen abgeführten Teilstrahlen verschiedener Stufen vereinigt, die bezüglich der zu trennenden Stoffe weitgehend gleiche Zusammensetzung haben. In besonderen Fällen kann es aus technischen Gründen auch zweckmäßig sein, einzelne der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Teilstrahlen zu vereinigen und gemeinsam abzuführen, ohne daß dadurch vom Grundgedanken der Erfindung . abgewichen wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadtirch gekennzeichnet, daß die düsenartige Öffnung und die erste Schälbleade eine an sich bekannte Düsentrenneinrichtumg bilden, daß die dem oder den zii einer weiteren Trennung verwendeten Teilstrahlen zugewandte Oberfläche zumindest der ersten Schälblende zu einer Umlenkwand ausgebildet ist und daß die weiteren Schälblenden jeweils am Ende der oder weiterer Umlenkwände in Strömungsrichtung des oder der weiteren Teilstrahlen angeordnet sind.

Die Erfindung wird· im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und der zugehörigen Figur erläutert:

Die erste Trennung erfolgt in der Trenndüse 1 mit dem Einlauf kanal 2, der Zuströmdüse 3, der Umlenkwand 4 der ersten Schälblende 5 und.den beiden Absaugkanälen 6 und 7. Das zu trennende Gemisch 8 mit dem Druck ρ

gelangt über den Einlaufkanal 2 zur Düse 3, wird durch die Wand 4 umgelenkt und mittels der Blende 5 in zwei erste T eil strahlen 9 und 10 zerlegt. Der an leichter Komponente des Gemisches 8 angereicherte T eil strahl 9 wird mit einem gegenüber ρ erniedrigten Druck ρ über den Kanal 6 abge-

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führt. Der an schwerer Komponente angereicherte Teilstrahl 10 strömt in den Kanal 7. Das die Umlenkwand 4 tragende Bauteil 11 bildet an seinem einen Ende mit einer anderen Abgrenzungswand 12, die außerdem zwischen dem Gasraum des Gemisches 8 und dem Teilstrahl 9 liegt, die Düse 3 sowie mit der Schälblende 5 den Kanal 7.

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Das Gemisch 8 expandiert durch die Düse 3. Mit der Schälblende 5 wird ein Teil der Strömung durch den Kanal 7 als erster Teilstrahl 10 abgeleitet und in eine weitere Trenneinrichtung 13 eingespeist. Sie lenkt den ersten, aus dem Kanal 7 expandierenden Teilstrahl 10 mit der weiteren Umlenkwand 14 um. Die Umlenkwand 14 ist die dem ersten Teilstrahl 10 zugewandte Oberfläche der Abschälblende 5 bzw. des diese tragenden Bauteils 15. Am Ende der weiteren Umlenkwand 14, in Strömungsrichtung des ungeteilten ersten Teilstrahles 10 gesehen, steht eine weitere Abschälblende 16, die am Bauteil 17 angebracht ist und die den ersten Teilstrahl 10 in zwei weitere Teilstrahlen 18 und 19 aufteilt.

Bei einem speziellen Trennversuch mit einem Gasgemisch aus 10 Mol-% UF, und 90 Mol-% H„ an einem dem Ausführungsbeispiel entsprechenden Trennelement wurden die Konzentrationen der Uranisotope in den drei Teilßtrahlen 9_f 18, 19 massenspektrometrisch bestimmt. Es ergab,sich, daß der spezifische Energieverbrauch, der ein Maß für den Belriebsaufwand des Verfahrens darstellt, um 20 % geringer war als bei einem Versuch unter sonst gleichen Bedingungen mit der bekannten Düsentrennanordnung, die den ersten Teil des Ausführungsbeispieles bildet. Dabei wurde außerdem eine Steigerung des Trennfaktors beobachtet, die eine Verminderung der Zahl der in einer Kaskade hintereinanderzuschaltenden Trenndüsenstufen um 30 % bewirkt.

In dem erläuterten Ausführungsbeispiel wurde der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung anhand einer mit gekrümmten Düsen arbeitenden ersten Trennstufe dargestellt. Nach demselben Prinzip läßt sich die Erfindung auch für eine gerade Düse 3 verwenden. Auch können in entsprechender Weise die leichte Fraktion oder beide Fraktionen gleichzeitig nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken behandelt werden.

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Bei einer mehrfachen Umlenkung, also einer mehrfraktionären Absaugung, müßte jeweils die dem abgetrennten weiteren Teilstrahl zugewandte Oberfläche der weiteren Abschälblenden, z. B. Oberfläche 20 des Bauteil 17 bzw. der Abschälblende 16, als Umlenkwand ausgebildet sein. Dabei kommt es nur von Fall zu Fall darauf an, welchen Bogenwinkel die jeweiligen Umlenkwände 4 bzw. 14 beschreiben bzw. welche Länge sie haben, auch ist die Auswahl der Fraktion für die weitere Trennung frei.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, mit unterschiedlichem Molekulargewicht und/oder verschiedem gaskinetischen Querschnitt, bei dem die zu trennenden Stoffe gegebenenfalls im Gemisch mit einem leichten Zusatzgas durch eine düsenartige öffnung als expandierender Strahl hindurchströmen, und der Strahl durch eine in seinem Strömungsweg angeordnete Schälblende in Teilstrahlen zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Teilstrahlen .(9 oder 10) unter Ausnutzung der in ihm oder ihnen enthaltenen kinetischen Energie bei mindestens einer unmittelbar an die Abschälung (5) anschließenden Umlenkung (14) zu einer weiteren Trennung verwendet wird, wobei mittels weiterer Schälblenden (16) nach der Umlenkung (14) weitere Teilstrahlen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Teilstrahlen (9, 18, 19) durch zusätzliche Expansion nachbeschleunigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kaskade diejenigen nach außen abgeführten Teilstrahlen vereinigt werden, die bezüglich der zu trennenden Stoffe weitgehend gleiche Zusammensetzung haben.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste düsenartige Öffnung (3) und die erste Schälblende (5) eine an sich bekannte Düsentrenneinrichtung bilden, daß die dein oder den zu einer.weiteren Trennung verwendeten Teilstrahlen (10) zugewandte Oberfläche zumindest der ersten Schälblende (5) zu einer Umlenkwand (14) ausgebildet ist und daß die weiteren Schälblenden (16) jeweils am Ende der oder weiterer Umlenkwände (14) in Strömung s richtung des oder der weiteren T eil strahlen (19) angeordnet sind. '

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BAD ORIGINAL

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsentrenneinrichtung aus der düsenartigen Öffnung (3), der ersten Schälblende (5), einer Umlenkwand (4), einem Einlaufkanal (2) und zwei Abschälkahälen (6, '7) besteht.

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