DE1200260B - Diffusionszelle zur Trennung eines Gasgemisches durch Diffusion - Google Patents
Diffusionszelle zur Trennung eines Gasgemisches durch DiffusionInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
Inv. α.:
BOId
Deutsche Kl.: 12 e-3/04
Nummer:
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Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
1 200 260
C23402IVc/12e
14. Februar 1961
9. September 1965
C23402IVc/12e
14. Februar 1961
9. September 1965
In den Zellen zur isotropischen Trennung durch Gasdiffusion mittels poröser Membranen wird im allgemeinen
mit geringem Druck gearbeitet, um Membranen mit nicht zu kleinen Poren benutzen zu
können; dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit des zu behandelnden Gases auf einen Wert begrenzt,
der dem Gas Zeit läßt, durch die poröse Membran zu diffundieren.
Hieraus ergibt sich, daß die Reynoldszahl, die zu der Geschwindigkeit und dem Druck der Strömung
proportional ist, einen verhältnismäßig kleinen Wert hat, und zwar wird sie und die Diffusion um so
kleiner, je weiter man sich vom Eingang der Diffusionszellen entfernt. Überdies verringert die beständige
Absaugung des Gases an der Oberfläche der Membranen die Stärke der Wirbelbewegung.
Es wurde gefunden, daß in einer Diffusionszelle zur Trennung eines Gasgemisches, bestehend aus
einem zylindrischen Gefäß, das durch eine zylindrische poröse Membran in zwei Räume geteilt wird, ao
wobei der dadurch gebildete Außenraum eine Ableitung für die abgetrennte Komponente und der Innenraum
eine Zu- und am gegenüberliegenden Ende eine Ableitung und einen Ablenkkörper aufweist, der dem
Gasgemisch eine quer zur Membran gerichtete Strömungskomponente erteilt, dem Gemisch keine Gelegenheit
gegeben wird, etwa durch die mittleren Teile der Diffusionszelle, die entfernt von der porösen
Membran liegen, zu strömen, sondern das Gemisch ,. so zu lenken, daß auch diejenigen Gemischbestandteile,
die noch nicht in die Nähe der porösen Wand gekommen sind, in deren Nähe geraten, damit ein
möglichst großer Anteil .des diffundierenden Gemischbestandteils
aus der Zelle abgezogen werden kann, daß dabei auch die mehr oder weniger laminaren
Wandströmungen immer wieder gestört werden, wenn erfindungsgemäß der Ablenkkörper ausschließlich in
dem mittleren Teil der in einem Schnitt senkrecht zur Achse betrachteten Zelle angeordnet und derart
ausgebildet ist, daß dessen Querabmessungen zwisehen einem Viertel und drei-Vierteln der Querabmessungen
des von der Membran gebildeten Raumes liegen.
Man hat bereits bei der Elektrodialyse, also bei der Diffusionstrennung von Flüssigkeiten, zur Zerstörung
toter Ecken und zur Verwirbelung des Mediums zwecks Zerstörung auf der Membran ruhender Flüssigkeitsschichten und Heranschaffung immer neuer
Flüssigkeit an die Membran Einbauten vorgesehen, durch die die Strömung abgelenkt wird.
Das Vorhandensein der beanspruchten Ablenkkörper in den Diffusionszellen gestattet nicht nur die
Diffusionszelle zur Trennung eines
Gasgemisches durch Diffusion
Gasgemisches durch Diffusion
Anmelder:
Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris
Vertreter:
Dr. phil. W. P. Radt
und Dipl.-Ing. E. E. Finkener, Patentanwälte,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12
Als Erfinder benannt:
Jean-Henri Bertin,
Neuilly-sur-Seine;
Benjamin Salmon,
Maurice ä Suresnes,
Lucien Guillaume, Savigny-sur-Orge
(Frankreich)
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 15. Februar 1960
Frankreich vom 15. Februar 1960
Verringerung des Gasanteils, welcher nicht an der Trenndiffusion durch die porösen Wände teilnimmt,
sondern bewirkt außerdem eine Verringerung der Dicke der laminaren Unterschicht, d. h. der sehr
dünnen, mit der porösen Wand in Berührung stehenden Schicht, in welcher der Strömungszustand des
Gases laminar bleibt. Infolge dieser Dickenverringerung durchströmen die an dieser Schicht entlangstreichenden
Teile des bewegten Gases diese leichter durch Diffusion, was für die Mischung der Konzentrationen
und die Erneuerung des Gases in unmittelbarer Nähe der porösen Wände sehr günstig ist.
Für die Ablenkkörper sind verschiedene Formen möglich. Sie können durch Scheiben gebildet werden,
die auf Stäben zentriert sind, die in der allgemeinen Strömungsrichtung des Gemisches angeordnet sind.
Als Ablenkkörper kann auch ein Draht dienen, der auf einem an den Enden zugespitzten Zylinder
schraubenförmig aufgewickelt ist.
Es können als Ablenkkörper auch Stäbe dienen, die quer zu der allgemeinen Strömungsrichtung des
Gemisches angeordnet sind.
Als Ablenkkörper sind auch Platten brauchbar, die mit Durchrissen versehen sind.
Diese verschiedenen Arten von Ablenkkörpern bedeuten einen grundsätzlichen Unterschied gegenüber
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den Mitteln, die bei der obenerwähnten, zum Stand der Technik gehörenden Elektrodialyseeinrichtung
verwendet werden, denn bei jener wird noch nicht das Prinzip angewendet, das zu trennende Gemisch
immer erneut auf die poröse Fläche hinzulenken und ständig an ihr entlangzuführen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele einer mit solchen Ablenkkörpern ausgerüsteten
Diffusionszelle dargestellt.
F i g. 1 bezieht sich auf das erste Ausführungsbeispiel und stellt einen Achsschnitt durch die Zelle entsprechend
der Schnittlinie I-I von F i g. 2 dar, während
Fi g. 2 eine andere Ansicht der Zelle zeigt;
F i g. 3 ist teilweise ein Achsschnitt, teilweise eine Ansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt entsprechend der Schnittlinie IV-IV der F i g. 5, während
Fig. 5 eine andere Ansicht der Zelle gemäß ao
Fig. 4 zeigt;
F i g. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel.
Die dargestellten Diffusionszellen haben einen Eingangsstufen 1 für das zu behandelnde Gas und eine
Kammer 2, durch welche dieses Gas strömt und die teilweise durch die poröse Wand 3 begrenzt ist. 4 ist
ein Austrittsstutzen für den nicht diffundierten Teil des Gases; mit 5 ist die Kammer bezeichnet, in
welcher der diffundierte Teil des Gases aufgefangen wird. Mit 6 sind die Austrittsstutzen für diesen diffundierten
Gasteil bezeichnet. Der Querschnitt der Diffusionszellen ist in allen Fällen zylindrisch, ebenso
die Form der porösen Wand.
In der Zelle gemäß F i g. 1 und 2 ist in der Achse der Wand ein Stab 10 angeordnet, welcher mit Hilfe
von radialen Rippen 11 zentriert ist und sich an der Innenfläche der Stutzen 1 und 4 abstützt. Dieser Stab
trägt eine Folge von gleichachsigen parallelen Scheiben 9. Diese Scheiben bilden wirbelerzeugende
Hindernisse, weiche in dem Gasstrom quergerichtete Strömungskomponenten erzeugen, welche zu Wirbelbildungen
führen.
Diese Scheiben haben zweckmäßig in axialer Richtung einen Abstand, welcher gleich der Länge der
Strömung ist, welche sie in der Gasströmung erzeugen, wobei ihr Querschnitt in der Strömungsrichtung
zunimmt, um die Wirkung der Abnahme der Strömungsmenge auszugleichen.
Die Querabmessungen der Hindernisse sind derart, daß sie zwischen einem Viertel und drei Vierteln
der Querabmessungen des von der Memban begrenzten Raumes liegen.
Bei der Diffusionszelle gemäß F i g. 3 wird das Hindernis durch einen Draht 12 gebildet, der schraubenförmig
mit veränderlicher oder konstanter Steigung um einen zylindrischen Kern 13 gewickelt ist,
und zwar derart, daß er an diesem Kern anliegt.
Die beiden Ausführungsformen nach den F i g. 4 und 5 einerseits und F i g. 6 andererseits weichen insofern
ab, als die Zelle hier einen rechteckigen Querschnitt hat und das zu behandelnde Gas zwischen
zwei einander gegenüberliegenden porösen Wänden 3 strömt. Es sind zwei Austrittsstutzen 6 für die Kammern
5 vorhanden, in denen sich das diffundierte Gas sammelt.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5
werden die Ablenkkörper durch querliegende Rundstäbe 15 gebildet.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 ist das Hindernis
eine mit Durchrissen 17 versehene Platte 16, wobei die durch diese Durchrisse gebildeten Wandteile
so liegen, daß sie den sie bestreichenden Gasstrom auf die Diffusionswände 3 leiten.
Mit einer Anordnung nach den F i g. 1 und 2 wurde folgendes praktische Ergebnis erzielt: Wenn d die
Differenz zwischen der theoretischen Trennausbeute und der wirklichen Trennausbeute für eine Zelle vorbekannter
Bauart ist, so beträgt diese Differenz bei einer Zelle nach den F i g. 1 und 2 nur d/3.
Claims (5)
1. Diffusionszelle zur Trennung eines Gasgemisches durch Diffusion, bestehend aus einem
zylindrischen Gefäß, das durch eine zylindrische poröse Membran in zwei Räume geteilt wird, wobei
der dadurch gebildete Außenraum eine Ableitung für die abgetrennte Komponente und der
Innenraum eine Zu- und am gegenüberliegenden Ende eine Ableitung und einen festen Ablenkkörper
aufweist, der dem Gasgemisch eine quer zur Membran gerichtete Strömungskomponente
erteilt, dadurchgekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (10, 12, 13, 15; 18) ausschließlich
in dem mittleren Teil der in einem Schnitt senkrecht zur Achse betrachteten Zelle angeordnet
und derart ausgebildet ist, daß dessen Querabmessungen zwischen einem Viertel und drei
Vierteln der Querabmessungen des von der Membran gebildeten Raumes liegen.
2. Diffusionszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkörper durch
Scheiben (9) gebildet sind, welche auf in der allgemeinen Strömungsrichtung des Gemisches angeordneten
Stäben (10) zentriert sind.
3. Diffusionszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem an den Enden zugespitzten
Zylinder (13) als Ablenkkörper ein Draht (12) schraubenförmig aufgewickelt ist.
4. Diffusionszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ablenkkörper quer zu
der allgemeinen Strömungsrichtung des Gemisches Stäbe (15) angeordnet sind.
5. Diffusionszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ablenkkörper mit Durchrissen
versehene Platten (16) vorgesehen sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 861 693;
USA.-Patentschrift Nr. 2 609 059.
Deutsche Patentschrift Nr. 861 693;
USA.-Patentschrift Nr. 2 609 059.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 660/416 8.65 © Bundesdruckerei Berlin
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