DE1206398B

DE1206398B - Verfahren zur Isotopenanreicherung

Info

Publication number: DE1206398B
Application number: DEC16157A
Authority: DE
Inventors: Pierre Boutaud De La Combe; Jacques Celerier; Etienne Roth
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1957-01-23
Filing date: 1958-01-22
Publication date: 1965-12-09
Also published as: NL123475C; GB879467A; BE564177A; FR1165257A; LU35704A1; NL224259A; CH348956A

Description

BUNDESPEPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ο.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 e - 6

Nummer: 1206 398

Aktenzeichen: C16157IVc/12e

Anmeldetag: 22. Januar 1958

Auslegetag: 9. Dezember 1965

Beim bithermischen Verfahren zur Anreicherung von Isotopen wird, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Katalysators und vorzugsweise im Gegenstrom, in einem Apparat mit wenigstens einer Stufe und mit zwei getrennten, bei verschiedenen Temperaturen arbeitenden Reaktionsgefäßen der anzureichernde Stoff mit einer Hilfsphase eines anderen Stoffes, der das abzutrennende Isotop enthält, in Berührung gebracht. Zur Erleichterung der folgenden Ausführungen wird nachstehend angenommen, daß die gewünschte Anreicherung des anzureichernden Stoffes der Hauptphase in den mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßen erfolgt.

Bei einer bekannten Anlage mit mehreren bithermischen Stufen η wird die Hauptphase in jeder Stufe vollständig am Eingang des mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßes zugeführt, wobei ein Teil der aus diesem Reaktionsgefäß austretenden angereicherten Menge das mit niedriger Temperatur arbeitende Reaktionsgefäß der Stufe η +1 speist, während der Rest dieser Menge das mit hoher Temperatur arbeitende Reaktionsgefäß dieser Stufe η speist, von wo er anschließend dem Eingang des mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßes der Stufe η —1 zugeführt wird. Derartige Anlagen weisen den Nachteil auf, daß teilweise durch zwei aufeinanderfolgende, mit hoher Temperatur arbeitende Reaktionsgefäße eine gleiche Erschöpfung der Hauptphase vorgenommen wird, die zwischen ihren Durchgängen durch diese beiden Reaktionsgefäße von neuem angereichert wird. Die Arbeiten gewisser Teile der Apparatur werden somit zweimal vorgenommen.

Es ist ferner ein Verfahren zur Anreicherung von Isotopen bekannt, bei dem der Ablauf der Hauptphase aus dem heißen Reaktionsgefäß nicht in das kalte Reaktionsgefäß der vorhergehenden Stufe, sondern in das heiße Reaktionsgefäß zurückgeführt wird, und zwar an einer unterhalb des Kopfes dieses Gefäßes liegenden Stelle, an der die sich vermischenden Ströme die gleiche Isotopenkonzentration besitzen. Bei dem Schaubild für diese Austauschanlage fallen die Betriebsgeraden für die hohe und niedrige Temperatur zusammen. Daraus läßt sich zunächst eine Aussage über das Verhältnis der Durchflußmengen zwischen Hauptphase und Hilfsphase ableiten, das in diesem Falle nicht günstig ist, da die Betriebsgeraden für die Gefäße mit hoher Temperatur einen verhältnismäßig flachen Verlauf zeigen. Weiterhin läßt sich feststellen, daß sich auch bei dieser vorbekannten Austauschanlage die Betriebsgeraden für die heißen Reaktionsgefäße zweier aufeinanderfolgender Stufen teilweise überdecken, woraus sich wiederum entnehmen läßt, Verfahren zur Isotopenanreicherung

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dr. phil. W. P. Radt, Patentanwalt,

Bochum, Hemrich-König-Str. 12

Als Erfinder benannt:

Pierre Boutaud de la Combe, Paris;

Jacques Celerier, Meudon, Seine-et-Oise;

Etienne Roth,

Fontenay-aux-Roses, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 23. Januar 1957

daß die gleiche Erschöpfungsarbeit der Hauptphase in zwei verschiedenen Stufen vorgenommen wird.

Um den vorgenannten Nachteilen abzuhelfen, wird bei einem Verfahren zur Isotopenanreicherung im Gegenstrom und in mehreren Stufen, wobei jede Stufe zwei bei verschiedenen Temperaturen arbeitende Reaktionsgefäße aufweist und der anzureichernde Stoff mit einer Hilfsphase, die einen anderen, das anzureichernde Isotop aufweisenden Stoff enthält, in Berührung gebracht, und die rückgeführten Ströme die gleiche Isotopenkonzentration aufweisen wie die damit zu vermischenden Ströme und der Ablauf aus einem heißen Reaktionsgefäß dem heißen Reaktionsgefäß der vorhergehenden Stufe und ein Teil des Ablaufes aus der kalten Kolonne des kalten Reaktionsgefäßes der nächsten Stufe zugeführt wird, gemäß der Erfindung der restliche Teil des Ablaufes aus dem kalten Reaktionsgefäß dem heißen Reaktionsgefäß der nächsten Stufe zugeführt.

Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird das Verhältnis des dem heißen Reaktionsgefäß der nächsten Stufe zugeführten Teiles zu dem Gesamtablauf derart gewählt, daß es umgekehrt proportional des Anreicherungskoeffizienten pro Stufe ist.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf eine schematisch dargestellte bithermische Austauschanlage beispielshalber erläutert.

In der schematischen Darstellung sind die beiden ersten Stufen 21, 22 und die beiden letzten Stufen

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23, 24 einer Austauschanlage wiedergegeben. Die mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäße sind mit 25, 26, 27 und 28, die mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäße sind mit 29, 30, 31 und 32 bezeichnet. Der Umlauf der Hauptphase ist voll ausgezogen dargestellt, während der Umlauf der Hilfsphase gestrichelt wiedergegeben ist. Falls die Reaktion zu langsam verläuft, können die Reaktionsgefäße eine oder mehrere aufeinanderfolgende Katalysatorschichten enthalten.

Für die nachfolgende Erläuterung des Umlaufschemas werden die molekularen Konzentrationen des Isotops der Hauptphase bei ihrem Austritt aus der Stufe η mit X_n und bei ihrem Eintritt in die Stufe η mit y_n bezeichnet. Der Isotopenverarmungskoeffizient

der Hauptphase pro Stufe wird mit α = — und der

yn

Isotopenanreicherungskoeffizient der Hauptphase in jedem mit niedriger Temperatur arbeitenden Reak

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tionsgefäß wird mit β = -^l±I_ bezeichnet.

Damit keine Vermischung von Phasen mit verschiedenen Isotopenkonzentrationen auftritt, muß der Anteil der bei Q austretenden Hauptphase die gleiche Konzentration wie der bei K eintretende Anteil dieser Phase haben. Unter dieser Voraussetzung arbeitet die zeichnerisch dargestellte Austauschanlage wie folgt.

Die Stufe 21 empfängt bei 33 eine frische Menge A₂₁ der Haupthpase, mit der Konzentration y₂₁. Die Frak-

tion ~- dieser Speisung wird dem mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäß 25 und die Fraktion A₂₁ (1 — -jj dem mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäß 29 zugeführt. Das Reaktionsgefäß 29 empfängt ferner die aus dem mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäß 30 kommende Menge der erschöpften Phase mit der Konzentration txßyzi = y₂₁, da <xß = 1 gewählt ist, wobei « und β für alle Stufen gleich sind. Am Ausgang 34 des mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßes 29 ist eine Durchflußmenge der erschöpften Hauptphase R₂₁ = A₂₁-D vorhanden (wobei D die Durchflußmenge des Endproduktes ist).

Am Ausgang des mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßes 25 wird die Fraktion ~~ der

angereicherten Phase mit der Konzentration ßy₂₁ dem mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefaß 26 zugeführt, während die Fraktion ^-(l - -U der gleichen Phase in dem mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäß 30 erschöpft wird.

Am Ausgang 35 des mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßes 26 (der Ordnung N) erhält man eine Durchflußmenge D des Endproduktes mit einer Konzentration β · Ny₂₁.

Bei einer bithermischen Anlage, welche z. B. die Konzentration von Deuterium in einem 144 Teile Deuterium je Million enthaltenden natürlichen Wasser durch Berührung dieses Wassers mit Schwefelwasserstoff unter einem Druck von 20 kg/cm² mit einem Anreicherungskoeffizienten pro Stufe von β — 1,3 und Temperaturen von 30 bzw. 160⁰C für die mit niedriger bzw. mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäße auf 10% bringt, ist das Volumen der erfindungsgemäßen Kontaktapparatur l,3mal kleiner, als wenn das angereicherte Wasser einer Stufe zum Teil in das mit hoher Temperatur arbeitende Reaktionsgefäß der gleichen Stufe und zum Teil in das mit niedriger Temperatur arbeitende Reaktionsgefäß der nächsten Stufe geschickt würde, wobei dann das erschöpfte Wasser einer Stufe am Kopf des mit niedriger Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäßes der vorhergehenden Stufe wieder eingeführt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Isotopenanreicherung im Gegenstrom und in mehreren Stufen, wobei jede Stufe zwei bei verschiedenen Temperaturen arbeitende Reaktionsgefäße aufweist, der anzureichernde Stoff mit einer Hilfsphase, die einen anderen, das anzureichernde Isotop aufweisenden Stoff enthält, in Berührung gebracht und die rückgeführten Ströme gleiche Isotopenkonzentration aufweisen wie die damit zu vermischenden Ströme und der Ablauf aus einem heißen Reaktionsgefäß dem heißen Reaktionsgefäß der vorhergehenden Stufe und ein Teil des Ablaufes aus der kalten Kolonne des kalten Reaktionsgefäßes der nächsten Stufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Teil des Ablaufs aus dem kalten Reaktionsgefäß dem heißen Reaktionsgefäß der nächsten Stufe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des dem heißen Reaktionsgefäß der nächsten Stufe zugeführten Teiles zu dem Gesamtablauf derart gewählt wird, daß es etwa umgekehrt proportional dem Anreicherungskoeffizienten pro Stufe ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift Angewandte Chemie, 1956, S. 12, Abb. 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen