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Verfahren zur Kühlung des Kreislaufgases bei der Isotopentrennung
nach dem Zweitemperaturverfahren Bei der Isotopentrennung nach dem Zweitemperaturverfahren,
z. B. zum Anreichern des Wassers mit Deuterium durch Austausch mit Schwefelwasserstoff
bei entsprechenden Temperaturen und Drücken, werden eine wässrige, gegebenenfalls
gelösten Schwefelwasserstoff enthaltende Phase und eine mit Wasserdampf mehr oder
weniger gesättigte gasförmige Phase von Schwefelwasserstoff miteinander in Berührung
gebracht.
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Da diese beiden Reaktionsgefäße bei verschiedenen Temperaturen arbeiten,
tritt in jedem von ihnen eine verschiedene Verteilung des Deuteriums auf die beiden
Phasen auf.
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Die Konzentration des Deuteriums in dem so mit Schwefelwasserstoff
gegebener Konzentration in Berührung gebrachten Wasser stellt sich auf einen um
so höheren Wert ein, je niedriger die Temperatur ist. Die Gegenstromberührung der
beiden Phasen bei zwei verschieden gewählten Temperaturen bewirkt somit eine Anreicherung
der flüssigen Phase mit Deuterium in dem mit der niedrigeren Temperatur arbeitenden
Reaktionsgefäß und eine Anreicherung der gasförmigen Phase mit Deuterium in dem
mit der höheren Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäß. Es ergibt sich somit eine
größte Konzentration des Deuteriums in dem Schwefelwasserstoff bei Austritt desselben
aus dem mit hoher Temperatur arbeitenden Reaktionsgefäß und eine größte Konzentration
des Deuteriums in dem Wasser bei Austritt desselben aus dem mit niedriger Temperatur
arbeitenden Reaktionsgefäß der ersten Stufe, an welcher angereichertes Wasser entnommen
wird, um in diesem weiter Deuterium in einer zweiten Stufe anzureichern. Die Benutzung
einer Reihe von Stufen gestattet die Konzentrierung des schweren Wassers in gewöhnlichem
Wasser.
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Bei derartigen Verfahren müssen von dem heißen Reaktionsgefäß kommende
Strömungsmittel, nämlich eine Flüssigkeit und ein Gas, zu einem kalten Reaktionsgefäß
geleitet werden, und zwar im allgemeinen dem der gleichen Anreichungsstufe, während
andererseits die von dem kalten Reaktionsgefäß kommenden Strömungsmittel dem heißen
Reaktionsgefäß zugeführt werden müssen. Die ersteren müssen daher gekühlt und die
letzteren erwärmt werden, was in an sich bekannter Weise durch gegenseitigen Wärmeaustausch
im Gegenstrom erfolgt, wobei die zusätzlichen Heiz- und Kühlvorgänge, welche in
der Praxis notwendig sind, um die Temperaturunterschiede in den Austauschern und
die Wärmeverluste auszugleichen, durch Wärmeaustausch mit z. B. kaltem Wasser und
Wasserdampf erfolgen. Der chemischen Reaktion überlagert sich im allgemeinen in
den Reaktionsgefäßen eine Überführung von Materie von einer Phase zu der andern
durch einen rein physikalischen Vorgang, z. B. Verdampfen der Flüssigkeit in dem
Gas oder Lösen des Gases in der Flüssigkeit. So nimmt in dem heißen Reaktionsgefäß,
da die Dampfspannung der Flüssigkeit häufig bei der Temperatur dieses Reaktionsgefäßes
groß ist, das Gas eine beträchtliche Menge von Dampf mit. Anschließend schlägt sich
bei der Abkühlung des Gases der größte Teil des Dampfes nieder, und es tritt ein
Austausch zwischen dem Restgas und der kondensierten Flüssigkeit bei einer niedrigeren
Temperatur als der Temperatur des heißen Reaktionsgefäßes auf. Die Wirkung dieses
Austauschs ist daher der in dem heißen Reaktionsgefäß enthaltenen entgegengesetzt.
Wenn sich das Gas in dem heißen Reaktionsgefäß mit dem Isotop angereichert hat,
verarmt es während seiner Abkühlung, und andererseits ändern sich die Temperaturen
kontinuierlich während der Abkühlung, und zwar in einer schwer zu bestimmenden Weise.
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Zum Vermeiden dieser Nachteile wird beim Kühlen des Kreislaufgases,
wobei der als Dampf mitgeführte Teil der flüssigen Phase kondensiert und die
Flüssigkeit
abgetrennt wird, bevor das Kreislaufgas in ein kaltes Reaktionsgefäß eingeführt
wird, erfindungsgemäß das zu kühlende Kreislaufgas bis zur Erreichung einer Temperatur
nahe der Temperatur des kalten Reaktionsgefäßes mit der kondensierten Flüssigkeit
im Gegenstrom direkt gekühlt.
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Das in das kalte Reaktionsgefäß geleitete gekühlte Gas hat dann einen
bestimmten Isotopengehalt, und es ist leicht vorauszusehen, in welchem Maß sich
die Flüssigkeit bei der Berührung mit demselben in diesem Reaktionsgefäß anreichert
oder verarmt.
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Die Kühltemperatur liegt in der Nähe der Temperatur des kalten Reaktionsgefäßes.
Die kondensierte, mit dem Gas im Isotopengleichgewicht stehende Flüssigkeit kann
dann entweder in das heiße Reaktionsgefäß geleitet oder mit der aus dem kalten Reaktionsgefäß
kommenden Flüssigkeit vereinigt werden, ohne daß Anreicherungsverluste durch Mischung
von zwei Fraktionen mit verschiedenen isotopischen Konzentration entstehen.
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Im allgemeinen sucht man einen Rücklauf der Isotopenaustauschreaktion
während der Kühlung zu vermeiden, so daß das gekühlte Gas praktisch die Isotopenkonzentration
beibehält; welche es beim Austritt aus dem heißen Reaktionsgefäß hatte. Dies wird
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß das aufsteigende,
abzukühlende Gas im Gegenstrom mit der kondensierten Flüssigkeit berieselt wird.
Die Berührungstemperatur wird praktisch gleich der des heißen Reaktionsgefäßes.
Es gelingt so, durch Kühlung die beiden Bestandteile der aus dem heißen Reaktionsgefäß
kommenden gasförmigen Phase, nämlich Gas und kondensierbaren Dampf, zu trennen,
ohne ihren Isotopengehalt merklich zu verändern.
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Die aufsteigende Strömung des zu kühlenden Gases bietet noch einen
anderen Vorteil, wenn das heiße Gas durch mittelbaren Wärmeaustausch im Gegenstrom
mit dem aus dem kalten Reaktionsgefäß kommenden zu erwärmenden Gas gekühlt wird.
Die Strömung des zu erwärmenden-Gases ist dann absteigend, was gestattet, es mit
der Verbindung der flüssigen Phase zu sättigen, indem man einfach die Flüssigkeit
durch ihr Eigengewicht in Berührung mit dem Gas herabrieseln läßt.
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Die Kühlung des aus dem heißen Reaktionsgefäß kommenden Gases kann
durch unmittelbaren oder mittelbaren Wärmeaustausch in einem beliebigen kälteren
Kühlmittel erfolgen. Zur Begünstigung des isotopischen Gleichgewichts in der kondensierten
Flüssigkeit ist es jedoch zweckmäßig, daß ein Teil der kondensierten Flüssigkeit
während seiner Gegenstromberührung mit dem in Kühlung befindlichen Gas abgezogen,
durch mittelbaren Wärmeaustausch mit einer Hilfsflüssigkeit abgekühlt und dann wieder
mit dem zu kühlenden Gas in Gegenstromberührung gebracht wird.
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Zur Verringerung der erforderlichen Menge an Kühlmittel kann mittelbar
das aus dem kalten Reaktionsgefäß kommende Gas zur Kühlung der Fraktion der kondensierten
Flüssigkeit benutzt werden, welche mit dem heißen Gas in Berührung gebracht werden
soll. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß diese Fraktion der kondensierten
Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit einer dem heißen Reaktionsgefäß entnommenen
Flüssigkeit gekühlt wird, welche ihrerseits vorher durch Wärmeaustausch mit dem
aus dem kalten Reaktionsgefäß in das heiße Reaktionsgefäß in das heiße Reaktionsgefäß
geschickten Gas gekühlt wurde.
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Die zur Ausübung des obigen Verfahrens benutzten Wärmeaustauscher
haben in Wirklichkeit zwei Funktionen, nämlich ihre übliche Wärmeaustauschfunktion
und eine Funktion des Austauschs von Materie entsprechend der Austauschreaktion.
Da diese letztere eine Berührung zwischen den Phasen erfordert, werden die Austauscher
vorzugsweise in zwei getrennte Abteilungen unterteilt, nämlich eine Abteilung, welche
ausschließlich eine thermische Aufgabe erfüllt, und eine Abteilung, welche zur Aufgabe
hat, die Herstellung des Isotopengleichgewichts der Flüssigkeit und des Gases bei
der gewünschten Temperatur zu gewährleisten.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in
ihrer Anwendung auf eine Anlage zur Anreicherung von Wasser mit Deuterium durch
Austausch mit Schwefelwasserstoff beispielshalber erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Apparat für den mittelbaren Wärmeaustausch, in
welchem das kondensierte Wasser in einem Rohrbündel in Berührung mit dem in Kühlung
begriffenen Schwefelwasserstoff rieselt; F i g. 2 zeigt ein Schema, nach welchem
der aus dem heißen Reaktionsgefäß kommende Schwefelwasserstoff nacheinander durch
Wärmeaustausch mit dem aus dem kalten Reaktionsgefäß kommenden Gas hierauf mit kaltem
Wasser gekühlt wird; F i g. 3 zeigt ein Schema mit einem Austauscher zur Kühlung
des aus dem heißen Reaktionsgefäß kommenden Gases durch unmittelbare Berührung,
welcher in einen Abschnitt für thermischen Austausch und einen Abschnitt zur Herstellung
des isotopischen Gleichgewichts unterteilt ist; wobei diese letztere Abteilung praktisch
bei der Temperatur des heißen Reaktionsgefäßes arbeitet; F i g. 4 zeigt ein Schema
ähnlich der F i g. 3, bei welchem sich jedoch die Abteilung zur Herstellung des
isotopischen Gleichgewichts des Austauschers zur Kühlung des Gases praktisch auf
der Temperatur des kalten Reaktionsgefäßes befindet; Fig. S zeigt ein Schema, in
welchem der Wärmeaustausch zwischen dem heißen Gas und dem kalten __Gas in der oben
beschriebenen Weise teilweise über Flüssigkeiten erfolgt.
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Der Wärmeaustauscher der F i g. 1 umfaßt einen Außenmantel 20 und
ein Rohrbündel 21, um welches ein bei 22 eintretendes und bei 23 austretendes Kühlmittel
strömt. Das zu kühlende heiße Gas tritt in den Austauscher durch die Leitung 24
ein und steigt in den Rohren 21 auf. Es wird dort abgekühlt, und die von ihm mitgeführten
Dämpfe schlagen sich nieder. Die gebildete Flüssigkeit rieselt in den unteren Teil
der Rohre und steht dabei in Berührung mit dem aufsteigenden Gas, mit welchem es
in ein Gleichgewicht kommt, worauf sie sich in der unteren Kammer des Austauschers
zu einem Bad 25 sammelt. Die kondensierte Flüssigkeit wird anschließend durch Leitung
26 abgezogen, während das gekühlte Gas an dem oberen Teil des Austauschers durch
die Leitung 27 austritt.
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Die Anlage für bithermischen isotopischen Austausch der F i g. 2 enthält
ein kaltes Reaktionsgefäß 2, welches mit einer Temperatur von 34° C und mit einem
Druck von 20 Atmosphären arbeitet, und ein heißes Reaktionsgefäß 3, welches mit
einer Temperatur von 140° C und mit einem Druck von
25 Atmosphären
arbeitet. Diese Anlage kann allein vorhanden sein oder eine Anreicherungsstufe einer
vollständigeren Anordnung bilden. Die Apparate für den Wärmeaustausch des Schwefelwasserstoffs
sind der Austauscher 30, in welchem sich das aus dem heißen Reaktionsgefäß kommende
Gas durch Berührung mit dem aus dem kalten Reaktionsgefäß kommenden kalten Gas abkühlt,
der Wasserkühler 31, in welchem die Abkühlung des heißen Gases auf die Temperatur
des kalten Reaktionsgefäßes zu Ende geführt wird, und der Wasserdampfhitzer 32,
welcher die Erwärmung des kalten Gases auf die Temperatur des heißen Reaktionsgefäßes
zu Ende führt.
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Der aus dem oberen Teil des heißen Reaktionsgefäßes 3 austretende,
mit Wasserdampf gesättigte Schwefelwasserstoff gelangt durch die Leitung 12 in den
unteren Teil des Austauschers 30, welcher die gleiche Bauart wie auf F i g. 1 aufweisen
kann, wo er aufsteigt und sich abkühlt, während sich der größte Teil des in ihm
enthaltenen Wasserdampfes niederschlägt. Das Wasser strömt im Gegenstrom mit dem
Gas und sammelt sich hierauf in dem unteren Teil des Austauschers. Es wird anschließend
durch die Leitung 33 dem heißen Reaktionsgefäß zugeführt. Das abgekühlte Gas gelangt
hierauf durch die Leitung 34 in den unteren Teil des Wasserkühlers 31, wo
seine Abkühlung auf 34° C zu Ende geführt wird, indem es in unmittelbarer Berührung
und im Gegenstrom mit dem kalten Wasser aufsteigt, welches durch die Leitung 35
eintritt und durch die Leitung 36 abgeführt wird. Eine neue Wasserdampffraktion
schlägt sich nieder und kehrt durch die Leitung 37 zu dem Austauscher 30 zurück,
in welchem sie im Gegenstrom mit dem aufsteigenden Gas herabrieselt. Das Gas wird
dann durch das Ventil 48 auf den Druck des kalten Reaktionsgefäßes, nämlich 20 Atmosphären,
entspannt und in den unteren Teil desselben eingeführt.
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Ferner tritt der mit 34° C aus dem oberen Teil des kalten Reaktionsgefäßes
durch die Leitung 7 austretende Schwefelwasserstoff in den oberen Teil des Austauschers
30 ein, und zwar nach Zusatz einer Fraktion von an Deuterium verarmtem Wasser, welches
an dem unteren Teil des heißen Reaktionsgefäßes entnommen und dem Austauscher durch
die Leitung 38, das Entspannungsventil 38 A und die Leitung 39 zugeführt wird. Der
Schwefelwasserstoff erwärmt sich, indem er in diesem Austauscher abwärts geht, und
das erwärmte Gas gelangt durch die Leitung 40 in den Austauscher und Vorwärmer 32,
und zwar nach Zusatz einer neuen Menge an verarmtem Wasser, welche von dem heißen
Reaktionsgefäß durch die Leitung 38, das Ventil 38 A und die Leitung 41 in einer
Menge kommt, welche der Sättigung des Schwefelwasserstoffs bei 140° C und 25 Atmosphären
entspricht, so daß jede Verdampfung von Wasser in dem unteren Teil des Reaktionsgefäßes
vermieden wird. Die Erwärmung des Gases auf 140°C wird zu Ende geführt, während
es in dem Austauscher 32 nach unten strömt und in mittelbaren Wärmeaustausch mit
Wasserdampf tritt, welcher durch die Leitung 42 zugeführt und nach seiner wenigstens
teilweisen Kondensation durch die Leitung 43 abgeführt wird. Das so erwärmte und
mit Wasserdampf gesättigte Gas wird durch die Leitung 11 dem Verdichter 49 zugeführt,
welcher es auf den Druck von 25 Atmosphären bringt und hierauf in das heiße Reaktionsgefäß
einführt. Der größte Teil des an dem unteren Teil des kalten Reaktionsgefäßes austretenden
angereicherten Wassers wird durch die Leitung 44 B und die Pumpe 44 C dem
Wärmeaustauscher 45 zugeführt, wo er sich durch mittelbaren Wärmeaustausch mit dem
aus dem unteren Teil des heißen Reaktionsgefäßes kommenden Wasser erwärmt. Hierauf
gelangt er durch die Leitung 47 in den oberen Teil des letzteren. Ein anderer durch
die Leitung 44 A entnommener Teil bildet die angereicherte Fraktion, welche aufgefangen
oder einer weiteren Anreicherungsstufe zugeführt wird.
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Das aus dem heißen Reaktionsgefäß austretende verarmte Wasser wird
durch die Leitung 10 abgeführt. Eine Fraktion desselben wird durch die Leitung 38
entnommen, um für die Sättigung des in den Austauschern 30 und 32 in Erwärmung begriffenen
Schwefelwasserstoffs verwendet zu werden. Der Rest wird dem Wärmeaustauscher 45
zugeführt und hierauf durch die Leitung 46 abgeführt oder einer niedrigeren isotopischen
Konzentration entsprechenden Anreicherungsstufe zugeführt.
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Unter den obigen Betriebsbedingungen zeigt die Berechnung der isotopischen
Konzentrationen des Schwefelwasserstoffs vor und nach seiner Kühlung, daß die Konzentration
des gekühlten Gases am Eingang des kalten Reaktionsgefäßes 89,3 % der Konzentration
des aus dem heißen Reaktionsgefäß austretenden heißen Gases beträgt. Wenn die Strömung
des zu kühlenden Gases eine absteigende Strömung wäre, würde die Konzentration nur
83,6 % Anfangskonzentration betragen, d. h. 93,6 % des vorhergehenden Wertes.
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Das Schema in F i g. 3 enthält ebenfalls ein kaltes Reaktionsgefäß
2 und ein heißes Reaktionsgefäß 3, welche jedoch praktisch mit gleichen Drücken
arbeiten.
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Der Wärmeaustauscher 50 für die Kühlung des aus dem heißen Reaktionsgesäß
kommenden Schwefelwasserstoffs enthält eine Abteilung 51 für den Wärmeaustausch
und eine Abteilung 52 zur Herstellung des isotopischen Gleichgewichts bei der Temperatur
des heißen Reaktionsgefäßes.
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Der aus dem oberen Teil des heißen Reaktionsgefäßes kommende angereicherte
Schwefelwasserstoff wird durch die Leitung 12 dem Abschnitt 52 zur Herstellung des
isotopischen Gleichgewichts des Austauschers und Kühlers 50 zugeführt. Er tritt
in diesem Abschnitt in Gegenstromberührung mit dem kondensierten Wasser, welches
von dem über dem ersten Abschnitt liegenden Abschnitt 51 für den Wärmeaustausch
kommt, sich in diesem letzteren Abschnitt zu einem Bad 53 sammelt und durch Überläufe
in den darunterliegenden Abschnitt fließt. Der Abschnitt 52 kann Glockenböden, eine
Füllschicht, Vorrichtungen zur Zerstäubung der Flüssigkeit oder eine beliebige andere
Vorrichtung zur Herstellung einer Berührung zwischen einer Flüssigkeit und einem
Gas enthalten. Während sich das Wasser zu einem Bad 54 in dem unteren Teil dieses
Abschnitts sammelt, steigt der Schwefelwasserstoff auf und gelangt in den oberen
Abschnitt 51, welcher ebenfalls Vorrichtungen zur Herstellung einer Berührung zwischen
dem Gas und der Flüssigkeit enthalten kann, wo er sich abkühlt,. indem er im Gegenstrom
mit dem in dem Bad 53 durch die Leitung 55 entnommenen kondensierten Wasser aufsteigt,
welches in dem Kühler 31 durch mittelbare Berührung mit bei 35 eintretendem und
bei
36 austretendem kaltem Wasser gekühlt und hierauf durch die Leitung 56 in den oberen
Teil des Abschnitts 51 geleitet wird. Der so auf die Temperatur des kalten Reaktionsgefäßes
gebrachte Schwefelwasserstoff, dessen isotopische Konzentration jedoch die gleiche
wie bei seinem Austritt aus dem heißen Reaktionsgefäß ist, tritt aus dem oberen
Abschnitt 51 durch das Rohr 8 aus und hierauf in den unteren Teil des kalten Reaktionsgefäßes
2 ein.
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Der Schwefelwasserstoff wird nach seiner Verarmung an Deuterium durch
seine Aufwärtsbewegung in dem Reaktionsgefäß 2 im Gegenstrom mit dem anzureichendernden
Wasser durch die Leitung 7 einem Erwärmungsaustauscher 32 zugeführt, wo er im Gegenstrom
mit einem bei 42 eintretenden und bei 43 austretenden Heizmittel strömt. Hierauf
gelangt er durch die Leitung 11 in den unteren Teil des heißen Reaktionsgefäßes
3.
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Das mit Deuterium anzureichernde Wasser gelangt durch die Leitung
5 in den oberen Teil des kalten Reaktionsgefäßes. Es tritt aus diesem angereichert
an dem unteren Teil desselben durch die Leitung 44 aus. Der größte Teil gelangt
durch die Leitung 44 B zu dem Wärmeaustauscher 45, wo er sich durch mittelbare Berührung
mit dem aus dem unteren Teil des heißen Reaktionsgefäßes 3 kommenden verarmten Wasser
erwärmt. Hierauf wird er durch die Leitung 47 in den oberen Teil desselben geführt,
nachdem ihm durch die Leitung 57 bei 54 in dem unteren Teil der Abteilung 52 zur
Herstellung des isotopischen Gleichgewichts angesammeltes Wasser zugesetzt wurde,
dessen isotopischer Gehalt gleich dem des mit dem Schwefelwasserstoff aus dem heißen
Reaktionsgefäß austretenden Wasserdampfes ist. Ein anderer Teil des aus dem kalten
Reaktionsgefäß austretenden angereicherten Wassers wird durch die Leitung 44 A abgeführt
und aufgefangen.
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Das in dem heißen Reaktionsgefäß an Deuterium verarmte Wasser kehrt
anschließend durch die Leitung 10 zu dem Wärmeaustauscher 45 zurück und wird hierauf
durch die Leitung 46 abgeführt.
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Das in F i g. 4 dargestellte Schema für isotopischen Austausch ist
zum großen Teil dem der F i g. 3 gleich, da aber die Herstellung des Gleichgewichts
bei der Temperatur des kalten Reaktionsgefäßes erfolgen soll, weist der Austauscher
zur Kühlung des Schwefelwasserstoffs eine andere Anordnung auf. Der Abschnitt 52
zur Herstellung des Gleichgewichts liegt über der Abteilung 51 für den thermischen
Austausch. Der heiße Schwefelwasserstoff kommt durch die Leitung 12 in dem unteren
Teil des thermischen Abschnitts 51 an und kühlt sich in diesem, indem er in unmittelbarer
Berührung im Gegenstrom zu dem kondensierten gekühlten Wasser aufsteigt. Dieses
bei 54 in dem unteren Teil dieses Abschnittes angesammelte Wasser wird durch die
Leitung 55 dem Austauscher 31 zugeführt, wo es durch mittelbaren Wärmeaustausch
mit bei 35 eintretendem und bei 36 austretendem kaltem Wasser gekühlt wird. Ein
Teil wird durch die Leitung 56 in den oberen Teil des Abschnitts für den thermischen
Austausch geschickt, während der andere Teil durch die Leitung 60 in den oberen
Teil des Abschnitts 52 zur Herstellung des Gleichgewichts geleitet wird. Der gekühlte
Schwefelwasserstoff gelangt anschließend in den Abschnitt 52 zur Herstellung des
isotopischen Gleichgewichts, welcher sich praktisch auf der Temperatur des kalten
Reaktionsgefäßes befindet, wo er mit dem durch die Leitung 60 zugeführten gekühlten
Wasser in Berührung kommt, worauf er durch die Leitung 8 zu dem kalten Reaktionsgefäß
2 gelangt.
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Das gekühlte, im Gleichgewicht mit dem Schwefelwasserstoff stehende
Wasser sammelt sich in dem Bad 53 an dem unteren Teil des Abschnitts 52. Es wird
durch die Leitung 57 abgeführt. Ein Teil wird durch die Leitung 58 entnommen und
bildet das mit Deuterium angereicherte Erzeugnis. Der andere Teil wird durch die
Leitung 59 mit dem aus dem kalten Reaktionsgefäß kommenden angereicherten Wasser
vor dem Erwärmungsaustauscher 45 vereinigt.
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Der Rest der Anlage entspricht den bereits unter Bezugnahme auf F
i g. 3 gemachten Ausführungen.
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F i g. 5 zeigt ein Wärmeaustauschschema, welches eine vollständigere
-Übertragung der Wärme von den heißen Strömungsmitteln auf die kalten Strömungsmittel
als nach den beiden vorhergehenden Figuren gestattet. Ferner ist der Abschnitt zur
Herstellung des Gleichgewichts zwischen dem Schwefelwasserstoff und dem Wasser bei
der Temperatur des heißen Reaktionsgefäßes von dem Abschnitt für den thermischen
Austausch des Kühlaustauschers getrennt, wenn er an dem Kopf des heißen Reaktionsgefäßes
angeordnet ist.
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Der aus dem heißen Reaktionsgefäß kommende angereicherte Schwefelwasserstoff
gelangt daher unmittelbar in den Abschnitt 52 zur Herstellung des Gleichgewichts
bei der Temperatur dieses Reaktionsgefäßes und kommt mit dem bei der späteren Kühlung
kondensierten Wasser ins Gleichgewicht, welches `durch die Leitung 72 ankommt und
anschließend in das heiße Reaktionsgefäß 3 fließt.
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Der Schwefelwasserstoff gelangt anschließend durch die Leitung 71
in den Austauscher 51, wo er sich abkühlt, während der in ihm enthaltene Wasserdampf
sich durch unmittelbaren Wärmeaustausch im Gegenstrom mit dem vorher kondensierten,
hierauf gekühlten und in den oberen Teil des Austauschers eingeführten Wasser niederschlägt.
Ein Teil des kondensierten Wassers wird durch die Leitung 72 zu dem Abschnitt 52
zur Herstellung des isotopischen Gleichgewichts zurückgeführt. Der andere Teil wird
durch die Leitung 55 einem Austauscher 61 zugeführt, wo er sich durch mittelbaren
Wärmeaustausch im Gegenstrom mit Wasser abkühlt, welches dem unteren Teil des heißen
Reaktionsgefäßes entnommen und vorher durch unmittelbare Berührung mit dem aus dem
kalten Reaktionsgefäß kommenden Schwefelwasserstoff gekühlt wurde. Das so gekühlte
kondensierte Wasser gelangt dann durch die Leitung 64 zu einem Wasserkühler 31,
wo es eine endgültige Abkühlung durch mittelbaren Austausch mit bei 35 eintretendem
und bei 36 austretendem kalten Wasser erfährt. Es gelangt schließlich durch die
Leitung 56 in den oberen Teil des Austauschers 51.
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Der aus dem Austauscher 51 kommende gekühlte Schwefelwasserstoff gelangt
durch die Leitung 8 zu dem kalten Reaktionsgefäß 2, wo er in der üblichen Weise
durch isotopischen Austausch im Gegenstrom mit kaltem Wasser verarmt. Hierauf gelangt
er durch die Leitung 4 zu dem Aüstauscher 62 zur Erwärmung und Befeuchtung, welcher
wie der Austauscher 51 ausgebildet ist, wo er sich erwärmt und mit Wasser bei der
Temperatur des heißen Reaktionsgefäßes durch unmittelbare Berührung im Gegenstrom
mit aus dem unteren Teil des kalten Reaktionsgefäßes kommendem Wasser sättigt. Er
gelangt anschließend
durch die Leitung 11 in den unteren Teil des
heißen Reaktionsgefäßes, wo er sich von neuem mit Deuterium anreichert.
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Das an Deuterium verarmte, in den unteren Teil des heißen Reaktionsgefäßes
fließende Wasser wird in zwei Teile geteilt. Der erste tritt durch die Leitung 10
aus und wird nach Kühlung in dem Wärmeaustauscher 45 durch Wärmeaustausch mit dem
aus dem kalten Reaktionsgefäß kommenden angereicherten Wasser bei 46 abgeführt.
Der andere Teil wird durch die Leitung 65 dem Austauscher 62 zur Erwärmung und Befeuchtung
des kalten Schwefelwasserstoffs zugeführt, und zwar nach Zusatz einer weiter unten
erwähnten Fraktion. Nach der Kühlung in dem Austauscher 62 wird das Wasser durch
die Leitung 66 dem Austauscher 61 zugeführt, wo es sich im Gegenstrom mit dem in
dem Austauscher und Kühler 51 kondensierten Wasser erwärmt. Es gelangt hierauf in
den Austauscher und überhitzer 63, wo es von neuen durch bei 68 eintretenden und
bei 69 austretenden Wasserdampf auf die Temperatur des heißen Reaktionsgefäßes gebracht
wird. Es vereinigt sich schließlich durch die Leitung 70 mit dem aus dem unteren
Teil des heißen Reaktionsgefäßes kommenden Wasser, bevor dieses in den Austauscher
und Befeuchter 62 eintritt.
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Von dem durch die Leitung 5 in das kalte Reaktionsgefäß eingeführten
und in diesem angereicherten Wasser wird der größere Teil durch die Leitung 44 B
in einen Austauscher 45 geleitet, wo er sich durch mittelbare Berührung mit
in dem heißen Reaktionsgefäß verarmten Wasser erwärmt, worauf er durch die Leitung
47 in das kalte Reaktionsgefäß unter dem Abschnitt 52 zur Herstellung des isotopischen
Gleichgewichts geleitet wird. Ein anderer Teil wird durch die Leitung 44 A entnommen
und bildet das angereicherte Erzeugnis, welches gegebenenfalls einer späteren Anreicherungsstufe
zugeführt werden kann.