DE1200260B - Diffusionszelle zur Trennung eines Gasgemisches durch Diffusion - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Inv. α.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 e-3/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 200 260
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

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

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)

Patentansprüche:

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 660/416 8.65 © Bundesdruckerei Berlin