DE1953994B2

DE1953994B2 - Bodenkolonne und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE1953994B2
Application number: DE19691953994
Authority: DE
Inventors: Marvin S. Forest Hills Wilmington Del. Bloomsburg (V.St.A.); Don Barkley Nova Scotia Nazzer (Kanada)
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1968-10-26
Filing date: 1969-10-27
Publication date: 1978-08-31
Also published as: GB1292316A; FR2021658A1; RO63796A; CA932652A; DE1953994A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenkolonne für den Stoffaustausch zwischen einer abwärtsfließenden Flüssigkeit und einem aufwärtsströmenden Gas, mit einer an der Unterseite der Kolonne angebrachten Gaszuleitung.

Kolonnen der eingangs genannten Art dienen beispielsweise zur Anreicherung von Deuterium in Anlagen zur Herstellung von schwerem Wasser. Bei dem Betrieb einer derartigen Kolonne besteht die Schwierigkeit, stabile Gegenströmungen der beiden Phasen herzustellen, insbesondere nach einem Abschalten eines Teils der Anlage. Diese Kolonnen haben gewöhnlich übereinander angeordnete perforierte Zwischenböden. Die Flüssigkeit fließt durch die Zwischenböden nach unten, wobei die nach nach oben gerichtete Gasströmung durch die perforierten Zwischenböden einen Widerstand entgegengesetzt. Die schäumende Flüssigkeit fließt entlang den Zwischenböden, wobei die Strömungsrichtung in dem jeweils folgenden Zwischenboden entgegengesetzt gerichtet ist. Deshalb ist eine ziemlich konstante Flüssigkeitsmenge auf jedem der Zwischenböden aufgrund der aufwärts gerichteten Gasströmung vorhanden. Wenn eine Kolonne abgeschaltet und der Durchtritt von Gas verringert oder beendet wird, fließt die vorhandene Flüssigkeitsmenge in die an der Unterseite der Kolonne vorgesehene Gaszuleitung.

In einer derartigen, zum Isotopenaustausch dienenden Kolonne wird das eintretende Gas erhitzt, so daß beim Anfahren der kalten Kolonne beträchtliche Ausdehnungen der Gaszuleitung auftreten. Eine Kolonne kann beispielsweise eine Höhe von mehr als 75 m und mehr als 100 Zwischenböden mit einem Durchmesser von etwa 9 m haben, wobei die an die Kolonne angeschlossene Gasleitung einen Durchmesser von etwa 90 cm hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bodenkolonne anzugeben, bei der die auf den

Zwischenböden befindliche Flüssigkeit beim Abschalten der Anlage nicht in nennenswerter Menge in die Gaszuleitung fließt und die zugleich der thermischen Ausdehnung der Kolonne entgegenwirkt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Hauptanspruchs gelöst Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung erstreckt sich die Gaszuleitung bis in eine Höhe über den Flüssigkeitspegel X-X der Kolonne im abgeschalteten Zustand. Dadurch wird der Eintritt von in der Kolonne enthaltener Flüssigkeit in die Gaszuleitung auf einen unteren Teil der sich nach oben erstreckenden Gaszuleitung begrenzt. Zugleich wirkt die in Form eines aufrechten U ausgebildete Gaszuleitung der thermischen Ausdehnung entgegen. Um beim Anfahren eine nach oben gerichtete Gasströmung durch die Kolonne zu ermöglichen, ist eine Nebenschluß-Gasleitung vorgesehen, welche die Gaszuleitung mit der Kolonne oberhalb des erwähnten Flüssigkeitspegels verbindet

Zusätzlich kann in der Gaszuleitung ein Rohrkrümmer in Form eines umgekehrten U vorgesehen sein, durch den die Ausdehnung der Leitung aufgrund von Änderungen des Gasdrucks und der Temperatur durch Verbiegung des Rohrkrümmers aufgenommen wird, so daß keine zusätzlichen, die Ausdehnungen aufnehmenden Verbindungselemente erforderlich sind, die bei Rohrleitungen mit einem derart großen Durchmesser sehr kostspielig wären. Ferner kann der untere Boden der Kolonne zur Speicherung der Flüssigkeit dienen, was von besonderer Bedeutung ist, weil zusätzlich eine Entmischung der Flüssigkeit bei unterschiedlichem Anreicherungsgrad möglich ist.

Beim Anfahren der Kolonne, in deren Boden ein Flüssigkeitsvorrat vorhanden ist und deren Zuleitung unterhalb des Flüssigkeitspegels liegt, wird das Gas in das untere Ende der Kolonne über dem Flüssigkeitspegel eingeleitet, wodurch sich eine Gasströmung nach oben ergibt, während die Flüssigkeit nach unten geleitet wird, so daß die entgegengesetzten Strömungen schnell zu einem stabilen Gegenstrom führen.

Bei Beendigung der Gasströmung ist der Durchtritt des Flüssigkeitsvorrats in die Gaszuleitung auf den Teil der Leitung begrenzt, der an die Kolonne angrenzt.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Bodenkolonne näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Bodenkolonne,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 und

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2.

Die Kolonne 10 weist einen Mantel 11 mit einem oberen Boden 12 und einem unteren Boden 14, sowie eine Anzahl von übereinander angeordneten Zwischenböden 16 auf. Eine Gaszuleitung 18 ist an der Unterseite der Bodenkolonne und eine Gasableitung 20 an dem oberen Abschnitt der Kolonne vorgesehen. Ein aus einem Rohrteil 22 und einem gegenüberliegenden Rohrteil 24 gebildeter Rohrkrümmer ist an die Gaszuleitung 18 angeschlossen und hat die Form eines umgekehrten U. An den Rohrkrümmer ist eine Nebenschlußgasleitung 26 mit einem Steuerventil 28 angeschlossen, die über dem Flüssigkeitspegel X-X liegt, der dem Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsvorrats bei abgeschalteter Kolonne entspricht. Eine Umwälzpumpe 32 für die Flüssigkeit ist mit einer Ablaßleitung und einer Zulaufleitung 34 an der Oberseite der

Kolonne verbunden.

Fig.2 zeigt eine Aufsicht auf einen perforierten Zwischenboden 16, durch dessen öffnungen das Gas entgegen dem nach unten gerichteten Flüssigkeitsstrom nach oben strömt, wie durch die Pfeile in Fig.3 angedeutet ist.

Beim Abstellen der Gasströmung durch die Gaszuleiiung 18 fließt die Flüssigkeit auf den Zwischenboden 16 zum unteren Boden der Kolonne. Dazu ist zu bemerken, daß die Verwendung eines Pumpsystems, um die Flüssigkeit auf den Zwischenboden unabhängig von der Gasströmung zu halten, aus wirtschaftlichen Gründen nicht tragbar ist

Beim Anfahren wird das Steuerventil 28 an der Nebenschluß-Gasleitung geöffnet, so daß eine stabile Gasströmung im oberen Kolonnenabschnitt auftritt, wodurch die Umwälzpumpe 32 einen Betrieb etwa mit ihrer Normalleitung ermöglicht, so daß wieder ein Flüssigkeitsvorrat auf den Zwischenboden 16 gehalten wird. Dadurch wird der untere Teil des Rohrteils 22 und der Boden der Kolonne entleert, bis die Gasströmung durch die Gaszuleitung wieder auftritt, ohne daß ein zu großer Staudruck für die Gaskompressoren in Kauf genommen werden muß. Da die Temperatur der Kolonne durch den Eintritt des erhitzten Gases erhöht wird, dehnt sich die Gaszuleitung aus, was jedoch durch die Biegungen des Rohrkrümmers 22,24 aufgenommen wird.

Bei konstanten Betriebsbedingungen, bei denen der Flüssigkeitsvorrat auf den Zwischenboden gleichbleibend gehalten wird, wobei der untere Boden der Kolonne praktisch entleert werden kann, wird das Steuerventil 28 geschlossen, so daß alles Gas von der Unterseite der Kolonne her durch sämtliche Zwischenboden hochströmt.

Infolge der sich über den Flüssigkeitspegel X-X der Kolonne erstreckenden Gaszuleitung 18 fließt die Flüssigkeit im abgeschalteten Zustand nicht in nennenswertem Ausmaß in die Gaszuleitung, vielmehr erfolgt eine Speicherung der Flüssigkeit in der Kolonne selbst.

Die Flüssigkeit besteht normalerweise aus zumindest teilweise mit Deuterium angereichertem Wasser, dessen Weiterverwendung erwünscht ist.

Die beschriebene Bodenkolonne ermöglicht nicht nur die Herstellung von schwerem Wasser, bei welcher ein Isotopenaustausch zwischen Wasser und Schwefelwasserstoff erfolgt, sondern kann auch in Verbindung mit anderen Austauschverfahren mit einer gasförmigen und flüssigen Phase Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bodenkolonne für den Stoff austausch zwischen einer abwärts fließenden Flüssigkeit und einem aufwärts strömenden Gas, mit einer an der Unterseite der Kolonne angebrachten Gaszuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung (18) sich nach oben bis in eine Höhe erstreckt, welche über dem Flüssigkeitspegel (X-X) der Kolonne im abgeschalteten Zustand liegt.

2. Bodenkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenschlußgasleitung (26) die Gaszuleitung (18) mit der Kolonne an einer Stelle oberhalb des Flüssigkeitspegels (X-X) verbindet

3. Bodenkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszuleitung (18) ein Rohrkrümmer (22,24) in Form eines umgekehrten U vorgesehen ist

4. Bodenkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (34), in der eine Umwälzpumpe (32) angeordnet ist, den untersten mit den obersten Kolonnenboden verbindet.

5. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Wasserstoffisotopen-Trennung durch Gegenstromaustausch zwischen Wasser und Schwefelwasserstoff.