DE1519567A1

DE1519567A1 - Verfahren und Vorrichtung zur physikalischen Trennung zweier Stoffe

Info

Publication number: DE1519567A1
Application number: DE19651519567
Authority: DE
Inventors: Philippe Cousin; Rene Roche
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1964-06-18
Filing date: 1965-06-14
Publication date: 1970-03-12
Also published as: IL23604A; GB1055345A; SE318253B; BE664467A; LU48747A1; FR1407227A; CH447120A; NL6507723A; US3425812A; ES314279A1

Description

DR. HANS ULRICH MAY

8 MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE la TELEFON COBTO ββ3β82

B. 1159-3 · München, den 14. Juni 195:

. : : . Dr.Ii./BIi

. .C-1-P-74/234

.Commissariat ä 1'Energie Atomique in Paris / Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur physikalischen Trennung

zweier Stoffe

Die Erfindung "betrifft, ein Verfahren zur physikalischen Trennung zweier Bestandteile einer "binären Mischung, die ein Azeotrop "bilden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur. Behandlung von Gemischen von Uranhexafluorid und Fluorwasserstoffsäure. Die Erfindung "betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man, ausgehend von der gasförmigen Mischung, den Hauptteil des einen Bestandteils auskristallisiert, die verbleibende gasförmige Mischung kondensiert und dann diese Mischung 'destilliert, .uin den zweiten Bestandteil abzutrennen, wobei die jeweiligen Verfahrensb/edingungen der KristallisaTion-Mäia^Destillation so .gewählt werden, daß die die Kristallisationsstufe verlassende „ gasförmige Mischung einen größeren Anteil des zweiten Bestand-.·'"-..■ - ■ · 8AD ORIGINAL. /

009811/1124

τ· ,

teils als das bei der Destillation Entstehende azeotrope Gemisch enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren, wobei man ein Gas direkt zum festen Zustand kondensiert, ist von besonderem Interesse, wenn mindestens einer der beiden Bestandteile des Gemisches ÜÄcht sublimiert. Es hat außerdem gegenüber der einfachen Kristallisation den Vorteil, daß man jeden der Bestandteile in praktisch reinem Zustand abtrennen kann.und ist dadurch von Bedeutung in allen Fällen, v/p es sich um wertvolle Produkte handelt.

Aus diesen beiden Gründen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut zur Trennung von Uranhexafluorid und Fluorwasserstoffsäure, beispielsweise in Isotopentrennanlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dabei auf einfache und wirtschaftliche Weise die Rückgewinnung der Fluorwasserstoffsäure. .

Die Erfindung wird erläutert mit Bezug auf die folgende Beschreibung, wobei in den beigefügten Fig. 1-4 eine besondere beispielhafte Ausführungsform gezeigt ist. Die beschriebene Ausführungsform, die keine Beschränkung darstellt, betrifft die Behandlung vom Gasgemischen aus Uranhexafluorid und Fluorwasserstoffsäure. ' . ·

Fig. 1 zeigt <3.ie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- ,

fahrens benutzte Vorrichtung. Aus Gründen einer klareren

'■""■■ '**

Darstellung sind die. Leitungen, die die beiden Haupt-

009811/1124

■ apparaturen, den Kristallisierraum und die Destillationskolonne verbinden, gestrichelt .gezeichnet-; Pig. 2 ist ein Querschnitt der Destillationskolonne und zeigt

einen der gelochten Böden, mit denen diese ausgestattet .-■'"■ ist j
Fig. 3 zeigt das Pliasengleichgewichtsdiagraiüiü von UFg + HF-

Gemischen "bei ni%rigen Drücken;

Fig. 4 zeigt das Phasengleichgev/ichtsdiagraiimi von UF,- + HF-Gemischen bei höheren Drücken. .

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht im. v/es ent liehen aus einer Kri§tallisationskaiiMer 1 und einer Destillierkolinne 2 mit Zubehör_f insbesondere einem Kondensator 3 für die am Kopf austretenden Dämpfe, einen Auffanggefäß 4 und einem Siedegefäß Der Kopf kondensator ~'i ist \/as&ergekülilt und das Siedegefäß !> wird mittels eines elektrischen Widerstands 6 geheizt. Die Kristallisatioiiskaiufiier 1 besteht iu beschriebene^i Beispiel einfach aus einer Kaiiiiuer, in der sich ein Rohrbündel befindet, worin eine Kühlflüssigkeit umläuft. Die Kolonne 2 ist mit ein-era ■ äußeren Mantel / und eineiii inneren Kühlrohr 8 versehen, in die man ein Kühliaediui.;, uejapiels^eise ein verflüssigtes Gas, ein- . bringen kann. Sie ist andererseits uit gelochten Böden 9» '.'ie in Fig. 2 geceigt, versehen, deren Ringforin dem liutzraum 10 der Kolonne UU den ImienLiantel 6.herum entspricht.

In der ersten Stux'e des eri'iiidungsgoiaäJsen Verfahrens wird das -"uF.-/HF-Gasge:".:iSvjh in die xvristalllsatioiiuiiaiiimer 1 eingeführt. Die üe.aperat¹;!'- ".:::.I DruoLL't Jti.i^u.ijc:. ercL-en so £.'ewäiilt_} äalD ' .·.

009811/1124

U'iV iiJJistallisiert. Da das Gleichgevrichtsdiagramm der bihären Mschuiig dem in ]?ig. 5' gezeigten Typ entspricht und das Auftreten eines Azeotrops zeigt, werden die Yerfahrensbedingungen im übrigen so gewählt, daß dieses Azeotrop den geringstmöglichen Anteil IJT,- enthält, der mit den technischen und wirtschaftlielien Bedingungen vereinbar ist.

Die kristallisation liefert so einerseits praktisch reines

fe ' ' festes- 'üraiüieicafluoriü und andererseits ein azeotropes Geuisch A. Leispielsveise enthält das in der Dampfphase verblei-

bende Azeotrop ungefähr 1,4 ϊ·Ιο1,<> Uranlie^afluoriu, '.reiai die Kris-talliaatioii bei —---O G und ±u v/esentliehen bei Atuospliären üruck "durchgeführt v.ird.

Das, gasföiv.igc aaeotrope Gei-ii-sch \.ird ctau^ in der Kolonne 2 aui'_o Grange,!, α ie .j et Lt "als Kondensationsfalle v.-ir;:t. Zu diesen pvecl: '.,ird die. iüolonne iinren una aa.öen oeispielüveise durch, ilussigen ötic.;stofi auf -IA-¹J 0 jel:üi:lt. Die in den unteren Teil der kolon-ie ei-ugefülirte a^eotro^e _iiisc}rang sclieiaet sich aii-deij, wänden una den aufeinanderfolgenden Lodeu. :U- festen Zustand ab, ./obei der Dampf durch die ι,^ΐθ-ΐΐ^βΐ¹ 11 ois zu den oberen I3Öden aufsteigt.

Die KristallisationsicaLiLier 1 uird aa^ui durch Schließen des Ventils Vc von dor kolonne 2 abgetrennt und anschließend so\/eit ■.vieder erwärmt, aa/i das Uranhexailurdid subliuiert oder sich verflüssigt. Vorzugs; eise \.ird diese, riaßnahr.e bei eincL: gerixigfügig *üb'er dem '2ri\olpunl-ct liegendexx Dr-.O/: vorgeno.__l"..en, und

009811/1121 BAD ORIGINAL

.. das Uranhe^afluorid wird in flüssigem Zustand abgezogen.

In der Kolonne 2, die das azeotrope Gemisch A aufgenommen hat, kann die Destillationsstufe beginnen. Zu diesem Zweck wird der im Hantel 7 und.im Kühlrohr 8 vorhandene flüssige Stickstoff durch trockene Luft vertrieben und man schaltet die Destillation "ein und regelt sie. Diese wird unter einem hohen Druck, beispielsweise über 10 Atmosphären, durchgeführt> so daß das Siedediagramm der binären Gemische UPg und HF dann dem in Fig. τ gezeigten Typ entspricht und man durch Destillation aus der Ausgangsmischung A praktisch reine -Fluorwasserstoffsäure und ein Azeotrop B abtrennen kann, das einen höheren Anteil ans UF,- als die Mischung A enthält,.

Da das Azeotrop den geringsten Siedepunkt aufweist, erhält man es in Dampfphase am Kopf der Kolonne, und es v/ird nach Kondensation im Kühler 3 in flüssigem Zustand vom Auffanggefäß 4 abgezogen. Zur Höhe des Kristallisationsgefäßes zurückgeführt^ wird es von neuem mit der folgenden Charge behandelt. Die Fluorwasserstoffsäure wird in flüssigem Zustand vom Boden der Kolonne abgezogen. . "

Wenn beispielsweise die Destillation unter einem Druck vojji unge-

.'fähr 11 kg/cm abs. durchgeführt wird,-enthält das Azeotrop, dessen Siedepunkt in der llähe von 110 C liegt, ungefähr 19 -MoIJi UF,-.

009ei1/1124

In dem obigen Aus führung s-b ei spiel wird das erfindungsgemäße V-erfaliren diskontinuierlich durchgeführt. Offensichtlich kann es jedoch mit anderen Vorrichtungen kontinuierlich ausgeführt werden. Han kann beispielsweise zu diesem Zweck eine zweite Kristallisationskammer vorsehen, die der K-ristallisationskamnier 1 ähnlich und ihr parallelgeschaltet ist, wobei sich jede abwechselnd in der Kristallisationsphase und in der Phase der Verflüssigung und des Abzugs des Ui¹,-- befindet. Han kann gleichzeitig, damit die Destillationskolonne 2 kontinuierlich als solche betrieben werden kann, übliche Kondensationsfallen in den Kreis des azeotropen Gemisches"A zwischen die Kristallisationskammer 1 und die Kolonne 2 einschalten. Ein geeignetes Regelsystem ermöglicht dann die notwendige Überwachung.

Die Erfindung ist also keineswegs auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch andere Ausführungsformen und Abwandlungen sowie die -Anwendung auf andere Gemische als solche von Uranhexafluorid und Fluorwasserstoffsäure. ■ . ■ '

00*111/'1124

Claims

-,jli;

• 1ν) Verfahren zur physikalischen Trennung zweier Bestandteile .einer binären Mischung, die ein Azeotrop bilden können und von denen mindestens einer leicht sublimiert, ■-dadurch gekennzeich-"nef, daß man den Hauptteil des einen Bestandteils direkt aus dem gasförmigen Zustand auskristallisieren läßt, das übrig ■bleibende gasförmige Gemisch kondensiert und es anschließend destilliert, um den anderen Bestandteil und ein azeotropes Gemisch der beiden Bestandteile abzutrennen, v;obei die jeweiligen Temperatur- und Druckbedingungeii so gewählt- werden, clai;)-das der Kondensation unterworfene Gasgemisch einen größeren

Anteil dieses anderen Bestandteils als das azcotrope Geiüisch enthält, ""

■<:..). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an axe Destillation daa azeotrope äeuisch in die Kristallisationsstufe zurückgeführt viru.

J.) Verfahren nach Anspruch 1 und Ί1, dadurch gekennzeichnet, daß Äwi für den Pa"ll, daß der auskristallisierte Bestandteil Uranhöxafluorid ist, der andere Bestandteil Fluorwasserstoffsäure -ist.

4.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch im wesentlichen eine oder, mehrere Kristallisationskammern (1-), die einerseits zur Aufnahme des binären Gemisches und i/ur Kristallisation des · Haupt teils des einen Bestandteils -liejes Gemisches direkt, aus-.

\ , 009811/1124

deu gasförmigen Zustand mit or solclieii I'eiupcratur- und Druckbeuingungen, daß da« übrigbleibende gasförmige (j-ei lisch nur noch einen geringen Anteil dieses Bestandteils enthält, und andererseits, infolge einer genügenden Heizung, zuu Verflüssigen des zuvor auslcristallisierten Bestandteils nach Vertreiben des verbleibenden Gasgemisches bestimmt sind, eine Destillationskolonne (L) ait Böden (¹J), die zum Jiuifa/ngen dieses Gasgemisches dient, Vorrichtungen ({ und C) ^ur Kondensation dieses Gasgemisches, einen KOiiaensator. (ij) i'ür die au· Kolormenl:oxjx auftretenden Däi-ipfe und ein Auf^ialiLie^efä-'J (·,), \/obei die kolonne ■üaau dient, das G-aa^euiacli naoh aciaur kondsiiüation ^u destillieren, ULi den anderen Bestandteil der' oinäron i-ii3ellung und ein aiieotroxjes G-eiüiaeli der beide,n Bestandteile der binären nisellung voneinander ^u trennen, und z\.'ar unter solchen Temperatur- und Druckbealugungeü, aaJ das a^eotrope (re...i:3ch einen geringeren Anteil des anderen Leatandteils als uas tier Lonaeiiaation unter-■„on'eueäas_uei..isCii entjiält* - '

^.) Vorrichtung nach Anspruch -,-, ge^ennü ei ahnet, durch Vorrichtungen aar liücicführu-ig c.es azeotropen 'ie..isoliea auf die Stufe .uer iZi'istallisatiöjiSi-jai—.'er.

■.-.; Vorrichtung.-ach Anspruch «_r χ.:. ^, ,_,o..eni.ijQicIi:iet durch z".;ei i>.ri;jtallisatioxiS^a.u.i3iVi (IJ, von denen „..eilrj ab..f;oliselna eine Jias binäre ü-Gulaoh aux_i^a..t und ue._ ^av.^.ttoii ioj eil.en dor .oiden Lestandteiie au.'3l:riatalliQieroi. la.Jt, . ährend in der

aiideren der auvor dort äuüjiriat&llisier^e ^ustanäteil ver-• ·

Q0 9811/1124

·. Ϊ.) 'Vorricliturig nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet durch, zwischen der Kristallisationskanmier und der Destillationskolonne eixigeselriaaltete Vorrichtuiigen zur Kondensation des aus der ICristallisatioiislcamiier ausgetriebenen Gasgemisches.

8.) Yorriclit\.m^ nach "Anspruch 4 bis 6,. dadurch gekeiinzoiciinet, daJ3 die sur Kondensation des aus der Kristallisationslcainmer ausgetriebeneii Gasgemisches dienenden yorrlchtungen aus einem die Deotillationslcoloime umgebenden Hantel und/oder einem in M

- der Kolonne angeordneten Kühlrohr (8) beatehen, in die ein eiiigei'ülirt vrird. _;

BAD OFUGiNAL

001111/1124