DE1794274A1

DE1794274A1 - Einrichtung zum Trennen von gas- oder dampffoermigen Stoffen,insbesondere Isotopen,mit unterschiedlichen Molekulargewichten und bzw. oder verschiedenen gaskinetischen Querschnitten

Info

Publication number: DE1794274A1
Application number: DE19681794274
Authority: DE
Inventors: Prof Dr Erwin Becker; Dr Rolf Schuette
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1968-09-30
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1272989A; BE739597A; FR2019238A1; US3708964A; NL6914477A; AR219467A1; ES371381A1; BR6912850D0; NL164752C; JPS5025120B1; SE371107B; NL164752B; CA920960A; DE1794274B2

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, 26. September 1968 KERNFORSCHUNG MBH PTA 68/29 Gb/jd

[Belegexemplar]

FjDarf fliegt geändert werden j

Einrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, mit unterschiedlichen Molekulargewichten und bzw. oder verschiedenen gaskinetischen Querschnitten.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, mit unterschiedlichen Molekulargewichten und bzw. oder verschiedenen gaskinetischen Querschnitten, bestehend aus mit Umlenk wand en versehenen Düsen, denen die voneinander zu trennenden Stoffe, gegebenenfalls im Gemisch mit leichten Zusatzgasen,raus Speiseleitungen zugeführt werden, und mit den Düsen zugeordneten, mit Abschälblenden versehenen Abschälkanälen, die die unterschiedlichen Stoffe voneinander in eine schwere und eine leichte Fraktion getrennt jeweils einer Abführleitung für die schwere Franjktion bzw. für die leichte Fraktion zuführen, wobei einander benachbarte Speise· und Abführ leitungen eine gemeinsame Trennwand besitzen.

Eine derartig« Einrichtung ist bekannt (OBP 1 198 328). Das der Düse ß !geführte Ga*gemiech wird in eine schwere und in eine leichte Fraktion aufgespalten, wobei eine Anreicherung der schweren Fraktion in der Nihe

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der Umlenk wand stattfindet. Die Schälblende trennt die schwere Fraktion von der leichten und führt beide getrennten Leitungen bzw. Kammern zu.

Aus der Literatur ist ferner bekannt (vgl. z.B. Chemie Ingenieur Technik 39t 1 (1%67) ), daß ein umso höherer Druck des Arbeitsgases angewendet werden kann, je enger der Düsenkanal und der Abschälkanal für die schwere Fraktion und je kleiner der Krümmungsradius der Umlenkwand sind. Ein möglichst hoher Druck des Arbeitsgases ist insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen erwünscht, da mit steigendem Arbeitsdruck die für eine bestimmte Produktionsleistung erforderlichen Leitungs- und Ventilquerschnitte sowie die Abmessungen der zur Wiederverdichtung erforderlichen Kompressoren abnehmen. Nach den in der Literatur veröffentlichten Angaben sind für einen Arbeitsdruck in der Größenordnung von einer Atmosphäre Weiten des schlitzförmigen Düsen- und Abschälkanals in der Größenordnung von etwa 3/iOO mm und ein Krümmungsradius der Umlenkwand in der Größenordnung von l/iO mm erforderlich. Die Herstellung von Trennelementen mit derart kleinen Strömungsquerschnitten, die auch noch sehr eng toleriert sein müssen, bereitet in der Praxis außerordentliche Schwierigkeiten, da Längen der einzelnen Düsenschlitze von mehreren Metern dringend erwünscht sind, wenn bei Gesamtlängen von vielen hundert Metern in einer einzigen Trennstufe eine ökonomische Betriebsweise erzielt werden soll.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Einrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, zu schaffen, die die Anwendung relativ hoher Gasdrücke gestattet und bei der sowohl von den Investitionskosten als auch von den Betriebskosten her gesehen, den wirtschaftlichen Gesichtspunkten in erhöhtem Maße Rechnung getragen wird. Insbesondere sollen fertigungstechnische und konstruktive Wege aufgezeigt werden, die eine einfache Herstellung und Montage der Einzelkomponenten und die Aufstellung einseiner T renn stuf en als auch einer

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ganzen Kaskade auf engstem Raum gestatten.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die aus Düse, Umlenkwand und Abschälkanälen bestehenden Trenneinheiten jeweils auf Mantellinien eines Rohrs (Trennelementrohr) angeordnet sind, das durch eine Trennwand bzw. mehrere Trennwände in «U» Speiseleitungen für das Ausgangsgas und Abführleitungen für die schwere Fraktion unterteilt ist, und daß in der Rohrwand Durchbrüche vorgesehen sind, die die Speiseleitungen mit den Düsen und die Abführleitungen für die schwere Fraktion f| mit den Abschälkanälen der schweren Fraktion verbinden. Dabei verlaufen die Trenneinheiten und die Speise- und Abführleitungen vorteilhafterweise parallel zur Rohrlängsachse. Die Düsen und der Abschälkanal für die schwere Fraktion sind gegenüber dem Abschälkanal für die leichte Fraktion mittels außen auf der Rohrwand angebrachten Gasführung Seinrichtungen getrennt, die an ihren der Umlenkwand zugewandten Enden als gekrümmte Düsenwand (Düsenlippe) bzw. als Abschälblende ausgebildet sind. Die leichte Fraktion wird von einem das Trennelementrohr umgebenden gasdichten Gehäuse aufgefangen.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen können die eigentlichen Trenn- M

einheiten weitgehend unabhängig von den gasführenden Trennelementrohren hergestellt werden, so daß sich die bei den hohen Gasdrücken geforderten kleinen Abmessungen der Strömungsquerschnitte auch bei engen Toleranzen verhältnismäßig leicht einhalten lassen.

Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung werden beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigt

Figur i ein Trennelementrohr, teilweise aufgeschnitten, '

Figur 2 eine Trenneinheit gem. Fig. i in vergrößertem Maßstab,

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die Figuren 3,4,5 und 6 weitere Varianten der erfindungsgemäßen Trenneinheiten, . ■ . ■ ■

die Figur 7 schematisch im Längsschnitt eine mit den erfindungsgemäßen Trennelementrohren ausgerüstete Trennstufe,

die Figur ·8 in einer Aufsicht einen Ausschnitt einer Kaskade.

In Figur 1 ist ein Trennelementrohr 10 dargestellt, das durch vier radial angeordnete Zwischenwände 11 und oin zentrales Rohr 113 in vier zur Rohrachse parallele Sektorenkammern 12, 13, 14 und 15 und einen zenzentralen, parallel zu den Kammern 12 und 14 geschalteten Zusatzkanal unterteilt ist. Hierbei dienen die Sektorenkammern 13 und 15 als Speiseleitungen für das Ausgangsgas und die Kammern 12 und 14 und der Zusatzkanal 114 als Abführleitungen für die schwere Fraktion. Das Ausgangsgas tritt aus den Sektorenkammern 13 und 15 über die Durchbrüche 17 radial nach außen und wird von den Gasführungseinrichtungen 18 zur Düse" 19 geleitet. Die Gasführungseinrichtungen 110 leiten die schwere Fraktion vom Abschälkanal 111 durch die Durchbrüche 112 in die Sektorkammern und 14 zurück. Die leichte Fraktion strömt zwischen den Gasführungseinrichtungen 18 und 110 radial nach außen und wird von einem später noch näher erläuterten gasdichten Gehäuse aufgefangen. In dem hier gezeigten Beispiel werden die Umlenkwände durch Rillen 118 gebildet, die längs Mantellinien des Trennelementrohrs 10 eingearbeitet sind. Selbstverständlich können auf der Peripherie eines Trennelementrohrs an Stelle von vier auch weniger oder mehr Trenneinheiten untergebracht werden, ohne daß sich dadurch das Grundprinzip der Vorrichtung ändert. In diesem Fall wäre die Zahl der Trennwände und Durchbrüche entsprechend zu variieren. Die Kammern 12, 14 und der zentrale Zusatzkanal 114 sind auf der einen Stirnseite, und die Kammern 13, 15 auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Rohrs 10 einseitig verschlossen, so daß das Ausgangsgas auf der einen Seite eingespeist und die schwere Fraktion auf der gegenüberliegenden Seite abgezogen werden kann.

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18. Einrichtung nach Anspruch 17, mit mehreren zu einer Kaskade zusammengeschalteten Trennstufen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich der Ansaugöffnung (718) der Ansaugleitung (710) ein mit einer anderen Trennstufe verbundenes, die schwere Fraktion dieser anderen Stufe führendes Rohr (716) hineingeführt ist, 'dessen Mündung (717) düsenförmig ausgebildet ist und zusammen mit der als Diffusor ausgebildeten Ansaugöffnung (718) der Ansaugleitung (710) für die leichte Fraktion eine Strahlpumpe bildet.

19· Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der düsenförmigen Mündung (717) veränderbar ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mündung (717) eine strömungsgünstig geformte, in Richtung der Düsenachse verschiebliche Reguliernadel (719) vorgesehen ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (72) mit den sich hieran anschließenden Sammelräumen (76,77,78) und der Absaugleitung (710), der Kompressor (712,713) einschließlich Kühlung und die Gasreguliereinrichtüng (719, 720, 721) zu einer auswechselbaren, im allgemeinen zylindrischen Einheit zusammengefaßt sind, die an ihrer Peripherie die Anschlußstutzen (741, 715, 716, 79) für die Zufuhr und Abfuhr des Ausgangsgases bzw. der schweren und leichten Fraktionen trägt. *

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Die leichte Fraktion kann durch Öffnungen 39 in dem Abdeckblech 36 abgezogen werden. Die Teile 31, 32, 33 und 36 können als stabile bauliche Einheit vorgefertigt und auf das Rohr 37 aufgesetzt werden.

Eine weitere Ausführungsform einer Trenneinheit ist in Figur 4 dargestellt. Hier sind die Gasführungseinrichtungen aus einem gemeinsamen einstückigen und massiven Profilstreifen 43 gebildet, der die Düsenlippe und den Abschäler 42 trägt und der mit Durchbrüchen 44 für den Durchtritt der leichten Fraktion versehen ist. Außerhalb des wirksamen Trennbereich.es liegen Justierungen 45 und 46, durch die die Düsenlippe 41 und der Abschäler 42 gegenüber der Umlenkwand 47 fixiert sind. Zum Anbringen der Justierflächen weisen der Profil streifen 43 und das Trennelementrohr 414 miteinander korrespondierende Ansätze 411 und Ausnehmungen 412 auf, die im vorliegenden Fall außerhalb des Bereiches der Rohrdurchbrüche 49 und 410 für das Ausgangsgas baw. für die schwere Fraktion liegen.

Der massive Profil streif en kann auch mit einem Paßstück, in das die Umlenkwand eingearbeitet ist, und das Durchbrüche für das Ausgangsgas und die schwere Fraktion aufweist, zu einer baulichen Einheit zusammen-P gefügt sein (Fig. 5). Diese Bauweise gestattet es, ähnlich wie beim*

Beispiel der Figur 3, die als feste Trenneinheit miteinander verbundenen Teile 51 und 52 auf das Trennelementrohr 53 aufzubringen. In dem gezeigten Beispiel sind in dem Rohr 53 Fugen vorgesehen, in die der Profilstreifen bzw. das Paßstück mit entsprechenden nasenförmigen Fortsätzen 54 und 55 eingeklebt oder eingelötet werden. Dabei trennt der Fortsatz 55 des Paßstückes 52 die Speisegas zuführung 56 gasdicht von der Abführleitung 57 für die schwere Fraktion ab. Das Paßstück 52 ist gegenüber dein Profilstreifen 51 auf ähnliche Weise justiert wie bei dem in Fig 4 gezeigten Beispiel, wobei jedoch das Paßstück 52 miKzwei federelastischen Haltebügeln 58, 59 derart in entsprechende· Ausnehmungen^ des Profilstreifens 51 greift, daß die beiden zusammengefügten Teile 51, 52 senkrecht zur Rohrachse formschlüssig miteinander verbunden sind.

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Aus fertigungstechnischen Gründen kann es zweckmäßig und vorteilhaft sein, die Justierflächen in der unmittelbaren Nachbarschaft von Düse und Abschäler anzuordnen, d.h. die Justierflächen kommen in den Bereich der Gasführungskanäle zu liegen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Profilstreifen oder das Rohr bzw. das Paßstück sowohl auf der Einspeiseseite als auch auf der Abführseite für die schwere Fraktion nach Art von Zahnstangen angeordnete Rippen aufweisen, die mit ihren freien Stirnkanten auf entsprechenden Anlageflächen des Gegenpaßstückes aufliegen, wobei die Anlageflächen derart ausgebildet und toleriert sind, daß nach dem Zusammenfügen der beiden Teile (Profilstreifen und Rohr bzw. Paßstück) die Düsenlippe und der Abschäler gegenüber der Umlenkwand eine definierte Lage einnehmen. Wie an dem Beispiel der Figur 6 zu ersehen ist, trägt der Profilstreifen 61 auf beiden Seiten der Umlenkrille 62 zwei Zahnreihen 63a und 63b. Die Justierflächen 64 und liegen an den durchlaufenden Kontaktflächen des Rohrs bzw. des Paßstückes an. Das durch die Zahnlücken zuströmende Ausgangsgas 67 kann sich in dem freien Raum 68 gleichmäßig auf die gesamte Länge des Düsenschlitzes verteilen, während die aus dem Abschälerkanal austretende schwere Fraktion sich in dem freien Raum 610 auf die Lücken der zweiten Zahnreihe 63b verteilt und von hier aus in die Abflußkammern strömt.

Nach dem Beispiel der Figur 6 kann hierbei das Oberteil 61 ein besonderer Profil streifen sein, der auf das ebenfalls als Profilstreifen vorliegende bzw. an das Trennelementrohr angearbeitete Unterteil 66 aufgebracht wird, oder aber das Oberteil 6t mit seiner Justierhälfte ist Bestandteil der Rohrwand des Trennelements selbst, während das Unterteil 66 Bestandteil der Kammer-Trennwand bzw. des Trennwandsterns ist» Ein besonderer Vorteil der letzten Integrierung8maßnahme ist darin zu sehen, daß keinerlei gasdichte Verbindungen innerhalb der gesamten Trennelementanordnung erforderlich sind, daß die Montage allein durch Ineinanderschieben zweier Teile erfolgen kann und daß eine besonders kraft- und formschlüssige Verbindung dieser beiden Teile in einfacher Weise durch Aufschrumpfen der Rohrwand auf den Trennwandstern

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ermöglicht wird. Die gasdichte Verbindung des Profilstreifens 61 mit dem Teil 66 ist im vorliegenden Fall beispielsweise durch Verlöten oder Verkleben hergestellt, wobei die Verbindung durch umgebogene» Klemmbügel oder Klemmleisten 611 vor und nach dem Herstellen der Verbindung gesichert wird.

Bei Isotopenanreicherungsanlagen muß bekanntlich eine große Zahl von Trennstufen zu einer Kaskade zusammengeschaltet werden, wenn für die Praxis interessante Produktekonzentrationen erreicht werden sollen. Die daraus folgende Komplexität entsprechender Anlagen verlangt nach technischen Lösungen, die sowohl den allgemein gültigen Gesetzen des optimalen Betriebs von Trennkaskaden als auch den dabei - insbesondere aufgrund spezieller chemischer Eigenschaften der zu trennenden Stoffgemische (z.B. Korrosionsneigung, Zersetzungsgefahr etc) - auftretenden technologischen Problemen in gleich vorteilhafter Weise gerecht werden. Die nach diesen Gesichtspunkten aufzustellenden wichtigsten Forderungen lassen sich im wesentlichen in folgenden Grundsätzen zusammenfassen:

1. Jede Trennstufe und die daraus zusammengesetzte Trennkaskade muß ein Höchstmaß an Dichtigkeit nach außen besitzen, da jede Undichtigkeit zu direkten oder indirekten Produktions Verlusten und Betriebsstörungen führt.

2. Sowohl jede Trennstufe als auch die daraus zusammengesetzte Trennkaskade soll den kleinstmöglichen Material-Inhalt besitzen, da die zum Erreichen der Produktkonzentration erforderliche Einstellzeit einer Kaskade der Verweilzeit des Materials in den Einzelstufen und damit dem Materialinhalt direkt proporational ist. Aus diesem Grund sollen das Anlagevolumen möglichst klein und die darin erzielten Gasgeschwindigkeiten möglichst groß sein.

3. Um die Energieverluste und damit die Kompressorleistungen möglichst gering zu halten, müssen alle Strömungswege so kurz wie möglich gehalten werden* auch die Steuerungs- und Regelungsorgane sind so zu

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gestalten und anzuordnen, daß die Verluste an kinetischer Energie des Arbeitsgases möglichst gering sind.

4. Rationeller Anlagenbau und wirtschaftlicher Betrieb müssen neben kostensparender Konzeption der Komponenten auch durch einen möglichst geringen Bedarf an Auestellungsfläche bei gleichzeitiger Möglichkeit zu schnellster Beseitigung von Betriebsstörungen gewährleistet werden.

Durch die Anordnungen der Trenneinheiten auf der Mantellinie von Trennelementrohren kann den gestellten Forderungen nach einem besonders kompakten und damit technisch und wirtschaftlich vorteilhaften Aufbau der Trennstufen auf besonders einfache Weise nachgekommen werden.

Eine solche Trennstufe wird im folgenden anhand der Fig. 7 näher erläutert:

In dieser Trennstufe sind eine Vielzahl von Trennelementrohren 71 parallel geschaltet in einem gemeinsamen Behälter 72 untergebracht, der die aus den Trennelementrohren radial nach außen austretende leichte Fraktion aufnimmt. Ferner weist der Behälter 72 zwei einander gegenüberliegende Wandteile 725 und 726 (Rohrböden) auf, die von den Enden der Trennelementrohre durchdrungen werden, wobei die Rohr-Sektorkammern 73 für das eingespeiste Gas auf der einen Rohrbodenseite 726 und die Rohr-Sektorkammern 74 für die Abführung der schweren Fraktion auf der gegenüberliegenden Rohrbodenseite 725 einseitig verschlossen sind. An diese Wandteile 725 und 726 schließt sich je ein Sammelraum 76 und 78 an, der einen Rohranschluß 7-5- bzw. 79 für die Zufuhr des Ausgangsgases bzw. für die Abfuhr der schweren Fraktion aufweist. Der die leichte Fraktion aufnehmende Behälter 72 ist mit dem Ansaugstutzen 71 i eines end- und gegebenenfalls zwischengekühlten Verdichteraggregats (Kompressor mit Kühleinrichtungen 712, Antrieb 713) über eine Ansaugleitung 710

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verbunden, die den Sammelraum 76| für die Zufuhr des Ausgangsgases zentral durchdringt. Das komprimierte und rückgekühlte Gas strömt zurück in einen die Ansaugleitung 710 konzentrisch umfassenden Sammelraum 77. Dieser Sammelraum 77 trägt einen seitlichen Abgangs stutzen und besitzt mit dem Sammelraum 76 für das Ausgangsgas eine gemeinsame Trennwand 75.

Auf diese Weise lassen sich der die Trennelementrohre 71 enthaltende Behälter 72, der Kompressor mit den Gaskühlern 712 zusammen mit seinem Antriebsaggregat 713, ein Gasregulierorgan, das später noch genauer beschrieben wird, die Sammelräume und die zugehörigen seitlichen Gasanschlüsse zu einer integrierten, im allgemeinen zylindrischen Trennstufe zusammenfassen, die als Ganzes autonom betrieben, getestet, ausgetauscht und gewartet werden kann. Zum Testen einer solchen Trennstufe wird der Anschluß 715 mit dem Anschluß 74j, und der Anschluß 716 mit dem Anschluß 79 verbunden. Das Arbeitsgas strömt vom Kompressor kommend durch den Sammelraum 77 des Verteilerstücks 78, über die Anschlüsse 715 und 741 in den Sammelraum 76^Um von hier aus in die einzelnen Sektorkammern 73 der Trennelementrohre 71 zu strömen. Die leichte Fraktion wird in dem Behälter 72 zwischen den Wandteilen 725 und 726 und den Trennelementrohren 71 aufgefangen und über die zentrale Leitung 710 wieder dem Kompressor zugeführt. Die schwere Fraktion gelangt in den oberen Sammelraum 78 und über die Anschlüsse. 79 und 716 wieder zurück in den Behälter 72. Das die schwere Fraktion wieder in den Behälter zurückführende Rohr 716 ist bis in die Nähe des unteren Wandteils 725 herabgeführt. Seine Mündung 717 ist düsenförmig ausgebildet und ragt in den Absaugstutzen 718 für die leichte Fraktion hinein. Die Absaugöffnung des Stutzens 718 dient als Diffusor und bildet so zusammen mit der Mündung 717 des Rohres 716 eine.Strahlpumpe.

Wie aus der Literatur ersichtlich iat, kann der statische Druck in den

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Gasführungen der schweren Fraktionen bis auf etwa das 1,5-fache des Druckes in den Gasführungen der leichten Fraktion erhöht werden, ohne daß daraus eine merkliche Verminderung der Trennleistung resultiert. Hierbei wird zugleich, in eindeutiger Abhängigkeit vom aufgeprägten Rückstaudruck, die in die leichte Fraktion gelangende Isotopenstromstärke erhöht. Diese Eigenschaft der Trenndüsen kann in vorteilhafter Weise zur Feinregulierung des für den optimalen Betrieb einer Trennkaskade einzustellenden Werts der Stromaufteilung des Isotopengemisches zwischen leichter und schwerer Fraktion (Abschälverhältnis) ausgenutzt werden (vgl. z.B. Atomwirtschaft/Atomtechnik 13, 359 (1968) ). H

Zu diesem Zweck ist der Querschnitt der Düse 717 veränderbar ausgebildet, so daß sich für die erfindungsgemäßen Trennstufen optimale Betriebsbedingungen praktisch verlustlos einstellen lassen. In dem gezeigten Beispiel ist im Bereich der Mündung eine strömungsgünstig geformte, in Richtung der Düsenachse verschiebliche Reguliernadel 719 vorgesehen, die über eine gasdicht nach außen geführte Stange 720, 721 in axialer Richtung verschoben werden kann.

Neben den Kostenersparnissen, die mit der integrierten Bauweise auf Grund der drastischen Verringerung der Anzahl an benötigten Einzelteilen ^

und durch Wegfall einer großen Zahl teurer Hochvakuumverbindungen be.~ reits bei der Herstellung der Einzelstufen erzielt werden, ergeben sich aus der Kompaktbauweise weitere besondere Vorteile für die Aufstellung und Montage, für die Prüfung und die Wartung der Trennstufen. Insbesondere bei vertikaler Aufstellung der Trennstufen ergeben sich aus dieser Anordnung einfachste Montagemöglichkeiten und eine besonders kleine Aufstellungsfläche.' Da Betriebsstörungen, insbesondere wenn deren Ursache nicht mit Sicherheit bekannt ist, erfahrungsgemäß am schnellsten und sichersten durch Austausch kompletter Funktionsgruppen zu beseitigen sind, ist die erfindungsgemäße Anordnung der Einzelstufe und ihrer Leitungsaaachlüsse so gewählt, daß entweder nach Lösen der vier Verfahrensleitungen die gesamte Einzelstufe als Ganzes gegen eine betriebsfertige r^i,-,_: ;„ - 009 88 4V 18 0 9

Ersatzeiriheit ausgetauscht werden kann oder aber bei ungetrennten Verfahrensverbindungen die mechanisch beanspruchten Untergruppen, Antrieb, Verdichter und schließlich Antrieb + Verdichter + Kühler ausgetauscht werden können. Die Zusammenschaltung mehrerer Trennstufen zu einer Trennkaskade hat in bekannter Weise so zu erfolgen, daß die an den Verbindungsstellen sich vermischenden Gasströme gleiche Isotopenzusammensetzung haben. Eine solche Kaskade wird anhand des in Figur 8 dargestellten Beispiels für Stufen mit einem Isotopenstrom-Teilungsverhältnis Ιϊί im folgenden kurz erläutert:

Die Figur zeigt fünf Trennstufen 81 - 85 in einer Ansicht, bei der man in Richtung der Trennelementrohrachsen auf die Zuführungsleitungen 86 (entsprechend Rohranschluß ^Kr der Figur 7) und die Abführungsleitungen der schweren Fraktion (entsprechend Rohrleitung 79 von Fig. 7) blickt. Die Stufe 83 z.B. erhält das Ausgangsgemisch durch die zwischen den Stufen sichtbare Leitungsverbindung 88 (entspricht Anschluß 741 der Figur 7) vom Verdichter der Stufe 82. Die in der Stufe 83 erzeugte leichte Fraktion wird nach Vermischung mit der von der Stufe 85 über die Leitung 86,87 kommenden schweren Fraktion vom Kompressor der Stufe 83 angesaugt und über die Leitung 89 (entspricht Anschluß 715 ftM W* der Figur 7) in die nächste Stufe 8h? gefördert. Die schwere Fraktion der Stufe 83 strömt durch die Leitung 87 (entspricht Anschluß 79 in Fig. 7) zur Stufe 8i, wo sie mit deren leichter Fraktion vermischt, von deren Verdichter angesaugt und über die Verbindung 810 in die Stufe 82 gelangt. In gleicher Weise erfolgt zwischen allen übrigen Stufen die Kaskaden-gerechte Zusammenschaltung unter Beachtung der Isotopen-Nichtvermischungsbedingung. Wie aus diesem Beispiel zu ersehen ist, kann die Lage der Leitungsverbindungen so gewählt werden, daß die Einzelstufen in engster Reihenanordnung unmittelbar durch Verbindung ihrer Anschlußstutzen, allenfalls unter Zwischenschaltung eines elastischen Zwischenglieds (Dehnungsausgleicher, Kompensator oder ähnliches) und/oder eines Absperrventils, zu Kaskaden oder Kaskadenabschnitten zusammengeschältet werden. Für andere Werte des

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Isotopenstrom-Teilungsverhältnisses, wie sie in Kaskadenschaltungen angewandt werden können (s. z.B. Chemie-Ing. Technik 29, 365(1957) ), ist durch entsprechende Anordnung der Anschluß stutzen die Aufstellung der Trennstöfen in völlig analoger Reihenanordnung in gleicher Weise möglich.

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, 26. September 1968 KERNFORSCHUNG MBH PTA 68/29 Gb/jd Patentansprüche;

1. Einrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbesondere Isotopen, mit unterschiedlichen Molekulargewichten und bzw. oder verschiedenen gaskinetischen Querschnitten, bestehend aus mit Umlenkwänden versehenen Düsen, denen die voneinander zu trennenden Stoffe gegebenenfalls im Gemisch mit. leichten Zusatzgasen (Ausgangsgas) aus Speiseleitungen zugeführt werden, und mit den Düsen zugeordneten, mit Abschälblenden versehenen Abschälkanälen, die die unterschiedlichen Stoffe voneinander in eine schwere und eine leichte Fraktion getrennt jeweils einer Abführleitung für die schwere Fraktion bzw. für die leichte Fraktion zuführen, wobei einander benachbarte Speise- und Abführleitungen eine gemeinsame Trennwand besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Düse (19), Umlenkwand (118) und Abschälkanälen (111, 44) bestehenden Trenneinheiten jeweils auf Mantellinien eines Rohrs (Trennelementrohr 10) angeordnet sind, das durch eine Trennwand bzw. mehrere Trennwände (11) in Speiseleitungen (13, 15) für das Ausgangsgas und in Abführ leitung en (12, 14) für die schwere Fraktion unterteilt ist, und daß in der Rohrwand Durchbrüche (17, 112) vorgesehen sind, die die Speiseleitungen (13,15) mit den

Düsen (19) und die Abführleitungen (12,14) für die schwere FraktionYver-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinheiten und die Speise- und Abführleitungen parallel zur Rohrlängsachse verlaufen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19) und der Abschälkanal (111) für die schwere Fraktion gegenüber dem Abechälkanal für die leichte Fraktion mittels außen auf der

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Rohrwand (10) «tt^gättH^te» Gasführungseinrichtungen (18, 110) getrennt sind, die an ihren der Umlenkwand (liS) zugewandten Enden als gekrümmte Düsenwand (Düsenlippe) bzw. als Abschälblende ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Unterteilung des Rohres in mehrere, als Speiseleitungen für das Ausgangsgas und als Abführleitungen für die schwere Fraktion dienenden Trennwände (H) radial zur Rohrachse angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungseinrichtungen (21,22) in Abständen entlang der Rohrmantellinie mittels Abstandshalter (23) gegeneinander und gegenüber der Umlenkwand fixiert sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter nach Art einer .Kreuzsteckverbindung an einer der Gasführungseinrichtungen, vorzugsweise an der Abschälblende (25), befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (23) einen kranhakenförmigen Fortsatz (26) trägt, dessen Außenwölbung der Umlenkwand (24) angepaßt ist und der mit seiner Innenwölbung Mi die Düsenwand (27), am Ende der Gasführungseinrichtung (21) für den Gas zutritt umfaßt.

8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas führungseinrichtungen (31, 32) mit einem äußeren Abdeckblech (36) und mit einem die Umlenkwand (38) tragenden Umlenkblech (33) starr verbunden sind, wobei das Umlenkblech (33) auf die Rohrwand (37) aufgesetzt ist und öffnungen (34, 35) für den Durchtritt des Ausgangsgases bzw. der schweren Fraktion besitzt, während das Abdeckblech (36)

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Öffnungen (39) für den Durchtritt der leichten Fraktion aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungseinrichtungen aus einem gemeinsamen, massiven Profil streifen (43) gebildet sind, der die Düsenlippe (41) und den Abschäler (42) trägt und der Durchbrüche (44) für den Durchtritt der leichten Fraktion aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstreifen (43) und das Rohr (414) miteinander korrespondierende und mit Paßsitzen (45,46) versehene Ansätze (411) und Ausnehmungen (412) aufweisen, die die Lage der Düsenlippe (41) und der Abschälblende (42) gegenüber der in das Rohr (414) eingearbeiteten Umlenkwand (47) festlegen.

11. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstreifen (51) mit einem Paßstück (52), das die Umlenkwand und Durchbrüche für das Ausgangsgas und die schwere Fraktion aufweist, zu einer baulichen, auf das Rohr (53) aufgesetzten Einheit zusammengefügt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstreifen (61) und das Rohr bzw. das Paßstück (66) auf der Einspeiseseite und/oder der Abführseite für die schwere Fraktion nach Art von Zahnstangen angeordnete Rippen (63a, 63b) aufweisen, die mit ihren freien Stirnkanten auf entsprechenden Anlageflächen (64,65) des Gegenpaßstückes aufliegen, wobei die Anlageflächen derart ausgebildet sind, daß nach dem Zusammenfügen der beiden Teile (Profilstreifen und Rohr bzw. Paßstück) die Düsenlippe und die Abschälblende gegenüber der Umlenkwand (62) eine vorherbestimmte Lage einnehmen.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefügten Teile (Profilstreifen, Rohr bzw. Paßstück) senkrecht zur Rohrachse formschlüssig miteinander verbunden sind.

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14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Trennelementrohren (έϊ) als Trennstufe parallel geschaltet in einem gemeinsamen Behälter (72) untergebracht sind, der die aus den Trenneinheiten radial nach außen austretenden leichten Fraktionen aufnimmt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelementrohre (71) mit ihren Enden z.wei einander gegenüberliegende Wandteile (725, 726) des Behälters (72) durchdringen, wobei sich an diese "Wandteile je ein Sammelraum (76,78) anschließt, der mit einem Rohranschluß (741, 79) für die Zufuhr des Ausgangsgases bzw. Abfuhr der schweren Fraktion versehen ist, und daß die Speiseleitungen (73) und die Abführleitungen (74) für die schwere Fraktion der Trennelementrohre (71) an einander gegenüberliegenden. Enden einseitig verschlossen sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trennelementrohren (71 bzw. 10) ein oder mehrere den Speiseleitungen (13, 15) bzw. Abführleitungen (12, 14) für die schwere Fraktion parallel geschaltete zusätzliche Kanäle (114). untergebracht sind, die vorzugsweise im Bereich ihrer verschlossenen Enden mit den Speiseleitungen (13, 15) bzw. den Abführ leitungen (12, 14) in Verbindung stehen.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (72) zur Abfuhr der leichten Fraktion mit dem Ansaugstutzen (711) eines end- und gegebenenfalls zwischengekühlten Kompressors (712, 713) über eine Ansaugleitung (710) verbunden ist, die dea Sammelraum (76) für die Zufuhr dea Ausgangsgases zentral durchdringt, und daß für die komprimierte und gekühlte leichte Fraktion ein weiterer, die Ansaugleitung (710) konzentrisch umfassender Sammelraum (77) mit Rohran- »chluß (715) vorgesehen ist, wobei dieser Sammelraum (77) mit dem Sammelraum (76) für da· Ausgangsgas eine gemeinsame Trennwand (75) besiUt.

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18. Einrichtung nach Anspruch 17, mit mehreren zu einer Kaskade zusammengeschalteten Trennstufen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich der Ansaugöffnung (718) der Ansaugleitung (710) ein mit einer anderen Trennstufe verbundenes, die schwere Fraktion dieser anderen Stufe führendes Rohr (716) hineingeführt ist, dessen Mündung (717) düsenförmig ausgebildet ist und zusammen mit der als Diffusor ausgebildeten Ansaugöffnung (718) der Ansaugleitung (710) für die leichte Fraktion eine Strahlpumpe bildet.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der düsenförmigen Mündung (717) veränderbar ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mündung (717) eine strömungsgünstig geformte, in Richtung der Düsenachse verschiebliche Reguliernadel (719) vorgesehen ist..

21. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (72) mit den sich hieran anschließenden Sammelräumen (76,77,78) und der Absaugleitung (710), der Kompressor (712,713) einschließlich Kühlung und die Gasreguliereinrichtung (719» 720, 721) zu einer auswechselbaren, im allgemeinen zylindrischen Einheit zusammengefaßt sind, die an ihrer Peripherie die Anschlußstutzen (741, 715, 716, 79) für die Zufuhr und Abfuhr des Ausgangsgases bzw. der schweren und leichten Fraktionen trägt.

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