DE1167797B

DE1167797B - Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Gasdiffusion

Info

Publication number: DE1167797B
Application number: DEC16778A
Authority: DE
Inventors: Georges Bouligand; Pierre Delarousse
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1957-05-04
Filing date: 1958-05-05
Publication date: 1964-04-16
Also published as: NL168003C; LU36058A1

Description

Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Gasdiffusion Mehrstufige Vorrichtung zur Trennung von Gasen mit gering unterschiedlichem Molekulargewicht durch Gasdiffusion, sogenannte Kaskaden, sind bekannt.
Derartige Vorichtungen bedienen sich einer porösen Wand, deren mittlerer Porenhalbmesser klein gegenüber der mittleren freien Weglänge der Moleküle der Gase ist. Die mittlere freie Weglänge verändert sich mit der Temperatur und dem Druck des Gases. Die Stöße der Moleküle gegen die Wände der Poren spie len dann eine wesentlichere Rolle als die Stöße der Moleküle untereinander (sogenannter Knudsen-Effekt). Die leichteren Moleküle gehen daher leichter durch die poröse Wand als die schwereren.
Da die Anreicherung in einer Stufe sehr gering ist, muß zur Erzielung der erforderlichen Konzentration des leichten Bestandteils mit dem Gasgemisch eine sehr große Zahl von Diffusionen durch poröse Wände vorgenommen werden.
Es ist auch bei Anwendung von mehreren Diffusionszellen in einer Stufe bekannt, das an dem leichteren Bestandteil angereicherte Gemisch aus der ersten Zelle einer Stufe zu komprimieren und der ersten Zelle der nächstfolgenden Stufe zuzuführen, das an dem leichteren Bestandteil verarmte Gemisch der zweiten Zelle der gleichen Stufe, das aus dieser Zelle abgezogene, an dem leichteren Bestandteil weiterverarmte Gemisch der dritten Zelle der gleichen Stufe usw. zuzuführen, während das aus der zweiten, dritten usw. Zelle dieser Stufe abgezogene, an dem leichteren Bestandteil angereicherte Gemisch der ersten Zelle der gleichen Stufe zugeführt wird.
Die Rückführung des Gemisches aus weiteren Zellen der gleichen Stufe erfordert eine erhebliche Verdichtungsarbeit, d. h. zusätzlichen Energieaufwand; auch ergibt sich eine große Anzahl von Zellen in jeder Stufe, wenn auf eine hohe Ausbeute an dem leichteren Bestandteil Wert gelegt wird. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß Gase verschiedenen Druckes auf die gleiche Druckhöhe zu bringen sind; es gibt zwar Verdichter, die mit Eingängen für unterschiedliche Drücke versehen sind, sie sind aber kompliziert und kostspielig. Auch die Verwendung von Hilfsvorrichtungen zur Wiederverdichtung vergrößert die Anlagekosten und macht die Anlage umständlich, sofern die wiedereingeführte Menge nicht klein gegenüber derjenigen Menge ist, die aus früheren Stufen eintritt.
Es wurde gefunden, daß bei einer Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Gasdiffusion in mehreren Stufen, unter Verwendung von Zellen mit durch eine poröse Wand getrenntem Hochdruck- und Nie- derdruckteil, einer Gemischzuleitung zum Hochdruckteil, einer Ableitung für das an dem leichteren Be standteil angereicherte Gemisch am Niederdruckteil und einer Ableitung für das an dem leichteren Bestandteil verarmte Gemisch am Hochdruckteil, wobei jede Stufe aus zwei Zellen besteht und die Ableitung des Niederdruckteiles der ersten Zelle jeder Stufe mit der Gemischzuführung der ersten Zelle der folgenden Stufe, die Ableitung des Niederdruckteiles der zweiten Zelle jeder Stufe mit der Gemischzuführung der ersten Zelle der gleichen Stufe und die Ableitung des Hochdruckteils der ersten Zelle mit der Gemischzuführung der zweiten Zelle der gleichen Stufe in Verbindung stehen, die Stufenzahl bedeutend verringert werden kann, wenn erfindungsgemäß die Ableitung des Hochdruckteiles der zweiten Zelle jeder Stufe mit der Gemischzuleitung der zweiten Zelle der vorhergehenden Stufe verbunden ist.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders bei den ersten Stufen einer derartigen mehrstufigen Vorrichtung zweckmäßig, bei welchen die Gasmengen besonders groß sind.
Hier stößt man in der Tat durch die großen Abmessungen der Diffusionszellen dieser Stufen auf Grenzen, und die Erfindung gestattet die Benutzung kleinerer, parallel geschalteter Zellen.
Durch richtige Wahl der relativen Größen der Zellen einer Stufe kann man ihre Werte so bestimmen daß der auf die Gesamtmenge des bearbeiteten Gemisches bezogene Anreicherungskoeffizient einer jeden Stufe am größten wird.
Ferner gestattet eine derartige Vorrichtung die kontinuierliche Verteilung der Anreicherungsgrade des Gemisches auf die verschiedenen Stufen unter Vermeidung - der Konzentrationsdiskontinuitäten, welche für den Wirkungsgrad des Trennvorganges schädlich sind und bei einer einfachen Parallelschaltung von zwei Kaskaden auftreten können. Schließlich werden durch eine derartige Vorrichtung die in einem geschlossenen Kreis strömenden Gasströme verringert.
In Fig. 1 sind drei Doppelstufen mit den Diffusionszellen 27, 29, 31 der aufsteigenden Kolonne, den Diffusionszellen 28, 30 und 32 der absteigenden Kolonne, den Speiseverdichtern 33, 34 und 35 und den Gebläsen 36, 37 und 38 für die Umwälzung der nicht diffundierten, zurückgeführten Gasmengen dargestellt. Das bei 39 aus der Zelle 29 der aufsteigenden Kolonne austretende, diffundierte Gas wird zu der nächsten Stufe 31 geschickt. Das bei 40 aus der Zelle 29 austretende, verarmte Gas wird der Zelle 30 der gleichen Stufe der absteigenden Kolonne zugeführt.
Das bei 42 aus der Zelle 30 der absteigenden Kolonne austretende, verarmte Gas wird der Zelle 28 der vorhergehenden Stufe dieser Kolonne zugeführt, und das bei 41 aus der Zelle 30 austretende, diffundierte Gas wird der Zelle 29 der gleichen Stufe der aufsteigenden Kolonne zugeführt.
Gegenüber bekannten Vorrichtungen beträgt die Zahl der Stufen nur 73 O/o, wobei jedoch der Gesamtdurchsatz um 5Q/o größer ist.
Eine weitere Verbesserung läßt sich bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch erzielen, daß man bei zwei parallel geschalteten Kaskaden mehrere Zellen der gleichen Art vereinigt. Es wird dann nur ein Gebläse für die Förderung des aus dem Hochdruckteil der beiden Zellen austretenden Gases in die beiden Zellen der vorhergehenden Stufe benötigt, so daß sich eine Herabsetzung der Zahl der benötigten Gebläse auf die Hälfte ergibt.
In Fig. 2 sind zwei in dieser Weise parallel ge schaltete, mit ihren absteigenden Kolonnen teilweise vereinigten Kaskaden dargestellt. Man sieht in dieser Figur drei Stufen, und zwar bei der ersten Stufe die Diffusoren der aufsteigenden Kolonnen 43 und 44, die Zellen der absteigenden Kolonne 45 und 46, die beiden Verdichter 47 und 48 und ein einziges Gebläse 49. Die zweite Stufe enthält die Zellen 50, 51 52 und 53, die Verdichter 54 und 55 und das Gebläse 56, während die dritte Stufe die Zellen 57, 58, 59 und 60, die Verdichter 61 und 62 und das Gebläse 63 enthält.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit wenig unterschiedlichen Molekulargewichten durch Gasdiffusion in mehreren Stufen unter Verwendung von Zellen mit durch eine poröse Wand getrenntem Hochdruck- und Niederdruckteil, einer Gemischzuleitung zum Hochdruckteil, einer Ableitung für das an dem leichteren Bestandteil angereicherte Gemisch am Niederdruckteil und einer Ableitung für das an dem leichteren Bestandteil verarmte Gemisch am Hochdruckteil, wobei jede Stufe aus zwei Zellen besteht und die Ableitung des Niederdruckteiles der ersten Zelle jeder Stufe mit der Gemischzuleitung der ersten Zelle der folgenden Stufe, die Ableitung des Niederdruckteiles der zweiten Zelle jeder Stufe mit der Gemischzuleitung der ersten Zelle der gleichen Stufe und die Ableitung des Hochdruckteiles der ersten Zelle mit der Gemischzuführung der zweiten Zelle der gleichen Stufe in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung des Hochdruckteiles der zweiten Zelle (30 in F i g. 1) jeder Stufe mit der Gemischzuleitung der zweiten Zelle (28) der vorhergehenden Stufe verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zwei Vorrichtungen parallel geschaltet sind und die zweiten Zellen (45, 46; 52, 53 und 59, 60) der Stufen wenigstens teilweise zu einer Kolonne derart vereinigt sind, daß nur ein Gebläse (z. B. 49) für die Förderung des aus den Hochdruckteilen der beiden Zellen (z. B. 52, 53) austretenden Gases in die beiden Zellen (45, 46) der vorhergehenden Stufe vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 17 981, 192 034, 295463,434981; USA.-Patentschriften Nr. 2540 151, 2540 152; britische Patentschrift Nr. 291 576; Chemical Engineering Progress, 47 (1951), Nr. 2, 5. 54, Fig. 2 und Nr. 3 5. 111, F. 8.