DE2243730A1 - Verfahren und vorrichtung zum trennen von gas- oder dampffoermigen stoffen, insbesondere isotopen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum trennen von gas- oder dampffoermigen stoffen, insbesondere isotopenInfo
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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
4093BU/0565
_, BAD
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.
409&U/0565
iO .QA8 t
JAi
BAD OR
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-
o m
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.
4 0 y 8 1 4 / 0 b 6 5
BAD ORIGJNAL, _,
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
9f 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.
409814/056 5' BAD ORIGINAL
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.
409 β 14/056$
Claims (5)
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. '
40U81A/0565
BAD ORIGINAL
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.
4098U/0565
Leerseite
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