DE1967249U - Vorrichtung zur befreiung eines gases von gasfoermigen verunreinigungen. - Google Patents

Description

Patentanwgfte °AyO75 7 50 * ~ 9. 2 67

*' Dfpl.-lng. R. Beetz u. -

Dipl.-ing. Lamprecht

München 22, Sioinsdorfsir. 10

4-10-12-117G- 9.2.1967

öommissariat a 1'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Vorrichtung zur Befreiung eines Gases von
gasförmigen Verunreinigungen

Die Feuerung bezieht sich auf eine Torrichtung zur !kontinuierlichen Befreiung eines öases mittels direkter Kristallisation aus dem gasförmigen Zustand von gasförmigen Verunreinigung en, deren Tripelpunkt so zu dem des Gases liegt, daß sie
"bei den Betriebsbedingungen in Druck und (Temperatur- gasförmig bleiben, bei der ein Süblimationsgefäß unterhalb einer Kristallisationskammer angeordnet ist, die mit Schabern und einem
unterseitigen Auslaß- für .die aus. dem Gas gebildeten Kristalle und mit einem Abzug für die; gasförmigen Verunreinigungen, versehen, ist. . ■"'""-" .-/"-.': - . ■ . ■■-...

Die Vorrichtung gemäß der Neuerung eignet sieh insbesondere zur Reinigung von TJran(Tl)-Fluorid, das als Verunreinigungen
öhlortrifluorid oder 3?iu or stielest off enthält»

uran(Vl)-Fluorid läßt sich bei atmosphärischem Druck sublimieren, daher besteht eine.der klassischen Methoden für seine

410-(B.1720-3)-DfKr (7)

R θ ini gang in einer Kristallisationϊ Das Uran (Yl)-Hu or id wird auskristallisiert und nach. Abtrennung der in der G-asphase verbleibenden Verunreinigungen wieder verdampft* Diese Vorgänge werden im allgemeinen in zwei Behältern durchgeführt, die parallel zueinander und^:abwechselnd als Kristallisationskanimer und als Sublimationsgefäß dienen. ν '

Der !Teuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die eine kontinuierliche Burchführung sowohl der Kristallisation als auch der Sublimation gestattet,, Ziel der Feuerung ist also eine wesentliche Vereinfachung sowohl der Vorrichtung als auch ihres Betriebes,

Diese Aufgabe wird gemäß der Heuerung gelöst durch eine zwischen die Kristallisationskammer und das Sublimationsgefäß eingefügte Schleusenkammer., die mit einem oberen Stopfen zum Versehließen einer in die Kristallisationskamtner führenden Öffnung und mit einem unteren Stopfen zum Verschließen einer in das Sublimationsgefäß führenden Öffnung versehen ist, welche Stopfen derart miteinander und mit den Schabern in der Kristallisationskammer zu einer gemeinsamen Hin- und Herbewegung verkoppelt sind, daß die Kristalle erst dann aus der KristallisationskaEMer in die Schleusenkammer bzw. aus der Schleusenkammer in das. Süblimationsgefäß-fallen, wenn-sieh der untere Stopfen bzw« wenn sich der obere Stopfen in Schließstellung befindet« .'." "■■..■ " - , -."■-■■■ / : .

Bei einer bevorzugten Äusführungsform einer Torrichtung gemäß der !!feuerung "bestellen die Schaber, in der Kristallisationskammer aus. Sparren oder Singen, die auf einem Zylinder sitzen, der mit den Stopfen der- Sehleusenkanimer zu einer Hin- und Herbewegung verkoppelt ist. Der Zylinder ist vorzugsweise mit einer Heizung versehen,., die ein Ansetzen von Kristallen an seiner Oberfläche oder an den aiit ihm verbundenen Schabern verhindert#

3?ür den lall, daß es sich bei den zu reinigenden Gasen Lim solche Gase handelt, wie das Fran(Yl)-I¹IuOrId, das als Verunreinigungen Chlortrifluorid oder Pluorstic&stoff enthält, ist es besonders günstig, die Hin- und Herbewegung des Zylinders mit den Schabern durch e inen pneumatischen Motor bewirken zu lassen. Die dabei- auftretenden Abdichtungsprobleme lassen sich durch die Verwendung von JaItenbälgen lösen»

Zur weiteren Erläuterung der Feuerung wird im folgenden ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung gemäß" der Neuerung besehrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist und alle wesentlichen Einzelheiten der Feuerung erkennen läßt. Bas Ausführungsbeispiel dient jedoch lediglich der Illustration der !Teuerung und schränkt ihren Sehutzbereich in keiner Weise ein.

In der Zeichnung isti

die Fig* 1 ein Axialschnitt durch die G-esamtvor-

die 3?ig. 2 ist ein Axialschnitt durch die Schleusenkammer allein und

die Fig. 3 und 5 schließlich sind drei Axialschnitte

durch die Schleusenkammer, die sie in drei verschiedenen Betriebszustand en zeigt. .

Die Vorrichtung gemäß der Ueuerung Gesteht im wesentlichen aus drei üTbereinanderliegenden Bauteilen (Wig· T)₅ nämlich einer Kristallisationskamffler 1, einer Schleusenkammer 2 und einem Sublimationsgefäß 3# .

Die Schieusedsammer 1 besteht aus einem vertikalen Zylinder, der einen ringförmigen Mantel 4 besitzt, in dem eine KühlflJssigkeit umlaufen kann. Im Innern der Kammer 1 ist ein dazu koaxialer vertikaler Zylinder 5 fest mit einem Steuerstab 6 für die aus den Schabern und den beiden Stopfen gebildete Baugruppe verbunden. Der Zylinder 5, der beispielsweise durch einen pneumatischen Motor angetrieben wird, besitzt auf seinem lußenmantel Schaber, die beispielsweise die Sorm von Sparren oder Hingen 7 aufweisen können. Eine Heizung der Schaber, die jegliehe Kristallbildung an ihrer Oberfläche verhindern soll, kann entweder mittels einer

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elektrischen Widerstandäieizung oder durch Umlauf einer Heizflüssigkeit erreicht werden. Der S-teierstab 6 ist hohl und gestattet die Durchführung von Ansehlußdrähten oder Speiseleitungen 8 für jedes dieser Heizsysteme.

Eine aus zwei -ffaltenbälgen bestehende Vorrichtung gestattet bei Aufrechterhaltung der erforderliehen Dichtigkeit die Übertragung einer Hin-' und Herbewegung durch den Steuerstab 6* Der Boden der KristallisatioiiskamDier 1 öffnet sich nach der Schleusenkammer 2. Diese ist im wesentlichen durch einen Doppelstopfen ausgezeichnet, der die ständige !Trennung der Kristallisationskaoimer 1 von dem Sublimations gefäß 3 garantiert, und zwar entweder durch den oberen Stopfen 10 oder durch den unteren Stopfen 11.

Die Schleusenkammer 2 setzt sich aus einem äußeren Seil .1.7 und einem inneren feil 18 zusammen, wobei der äußere Seil'als Sitz für den oberen Stopfen 10 und der innere !Teil 18 als Sitz für den unteren Stopfen 11 dient*

Auf dem oberen Teil 17 der Schleusenkammer 2 sitzt eine Führung 19_:, die in_ ihrem .Mittelpunkt einen Eeibring 20 trägt, der sich zu dem unteren Bauteil hin durch einen abnehmbaren Stab 22 fortsetzt. An der Verbindungsstelle der beiden Stäbe 21 und ist eine Anschlagseheibe 30 festgeklemmt*

Der abnehmbare Stab 22 durchquert den ob er el Stopfen 10, wobei er durch einen Heibring 25 geführt wird. Der Stopfen 10 trägt außen an seinem Mittelteil "eine Dichtung 24, die den dichten Abschluß der Öffnung garantiert, indem sie sich an den zugehörigen oberen Sitz in dem oberen Teil 17 anlegt*

Innen ist der obere Stopfen 10 in seinem unteren ÜJeil mit einem Eeibring 25 versehen, in dem. sieh der. untere Stopfen 11 verschieben läßt, der s einerseits: an seinem-unteren Teil eine Dichtung 26, trägt, die den dichten Abschluß der Öffnung sicherstellt, indem sie sieh an den -unteren Sitz 18 anlegt,

Zwischen den oberen Stopfen 10 und den unteren Stopfen 11 ist eine Druckfeder 27 eingefügt* Die leder 27 stützt sich oben an einer inneren Schulter des oberen Stopfens TO und unten an

einer Schraube/ab, die fest mit dem unteren Stopfen 11 verbunden: ist* " . . . ■ . . ;'■;"". - . ^:

Der obere Stopfen 1Ό, die Feder 27 und die Anschlagsehrau— be 28 werden .von dem abnehmbaren Stab 22 durchquert, der an seinem unteren Teil eine konisehe Schulter trägt, die sich während der Aufwärtsbewegung des Systems.an der Schraube 28 abstützt und an ihrem-unteren: IeIl mit einer zusätzlichen Feder 29 versehen ist, die sich unten auf den unteren Stopfen 11 abstützt*

Bei der nun folgendenlunktionsbeSchreibung ist als Ausgangspunkt für den Ablauf der-Torgänge der obere 2otpunkt

in der Arbeitsweise des Kristallbildners genommen·

1) Im öfteren Totpunkt der Vorrichtung (Fig. 3) ist der Steuerstal) 21 in der führung 19 soweit wie möglieh naoh oben gestiegen, und die Anschlagseheibe 30 hat sieh Ton dem oberen Stopfen

10 getrennt. Der obere Stopfen 10 wird stark auf seinen Sitz aufgepreßt. Auf diese Weise ist die obere Öffnung mit Sicherheit abgedichtet. Bei dieser oberen üotlage ist die Druckfeder 27 durch das Aufsteigen des unteren Stopfens und seiner Stützschraube 28 aufs äußerste gespannt* Sie Schraube 28 wird zu dem äußeren Totpunkt durch den abnehmbaren Stab 22 gezogen. In diesem Zustand ist die zusätzliche !öder 29 entspannt»

2) Sobald der Steuerstab 21 sich nach unten zu bewegen beginnt, kommt es zu einer progressiven Entspannung der leder 27» die den oberen Stopfen 10 in seiner oberen Stellung zurückhält und den unteren Stopfen 11 entgegen der Wirkung der Schraube 28 nach unten drückt* In dem Augenblick, in dem der untere Stopfen

11 seine Dichtung 26 gegen den unteren Sitz 18 andrückt(der Doppelstopfen 10-11 nimmt dann die in der Hg. 4 dargestellte Stellung ein), stützt sieh die Anschlagscheibe 30 mit einer Verzögerung um einen oder zwei Millimeter auf den oberen Stopfen 10 ab, der sich progressiv nach unten bewegt» Während dieses ÖffnüngsVorganges stehen sowohl die Feder 27 als auch die zusätzliche Feder 29 unter Druck, und die Summe der Feder-

krafte stellt die gute Abdichtungan der. !Erennfuge zwischen dem unteren Sitz 18 und der Dichtung 26 sicher» Der untere Totpunkt ist erreicht, und die zwischen den Sitzen 17 und 18 bzw, den Dichtungen ,24 und 26 liegende Kammer füllt sieh (Fig. 5h' ^:

3) ©er St euer st aft 21 wird: nach oben gezogen« Im ersten Augenblick", stellt, man ein Zurückweichen der Ansehlagscheibe 30 fest, die mit der Baueinheit aus dem Steuerstab 21 und dem abnehmbaren Stab 22 verbunden ist* Daher kommt es zu einer progressiven Entspannung der feder 27 und der leder 29. Der obere Stopfen 10, der durch die Feder 27 nach oben gedruckt .' wird, kommt an seinem oberen Sitz 17 unter Zwischenlage seiner Dichtung 24 zur Anlage· -Die aus den Stäben 21 und 22 bestehende Baueinheit bewegt sich weiter aufwärts» !fit einer Verzögerung um einen oder zwei Millimeter" gegenüber der Kante des oberen Stopfens 10 kommt der konische Hpf des Stabes 22 mit der Schraube 28 in Kontakt und zieht sie mit sieh nach oben» In diesem Augenblick habt sich der untere Stopfen 11 von seinem , Sitz 18 ab, so daß sich die Kammer 2 durch ihre untere Öffnung entleeren kann. Während dieser Öffnung des unteren Stopfens/ die sich bis zum Erreichen des oberen Totpunktes fortsetzt, kommt es zu einer Kompression der Seder 27 nach oben, und die Eeaktion dieser Feder auf den oberen Stopfen 10 liefert den Biehtungsdruck, der zwischen dem Sitz 17 und der Dichtung 24

Ms zum oberen Totpunkt wirksam wird (I¹Ig. J)*

Die Vorrichtung hat auf diese Weise einen Tollständigen Kreislauf durchlaufen, der "beispielsweise durch einen doppeltwirkenden pneumatischen Zylinder gesteuert wird«

Der Ausgang der Schleusenkammer 2 steht mit dem Sublimationsgefäß 3 in Verbindung, in dem eine Prallplatte 12 untergebracht ist, die eine gleichmäßige Verteilung der Kristalle auf die beheizten Oberflächen begünstigt. Die Prallplatte wird beispielsweise durch Plättchen gebildet, wie dies in fig. 1 dargestellt ist. Die Wärmezufuhr wird durch einen Heizwiderstand' 13 sichergestellt.

Bie Funktionsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ist Sie folgendes

Das Gas, das gereinigt werden soll, wird dureh eine Speiseleitung 14 in die Iristallisationskainmer 1 eingeleitet (Pfeil iy). Infolge des Umlaufs einer Kühlflüssigkeit . in dem Mantel 4, die bei 31 (Pfeil P₄) eintritt und: bei 32 (Pfeil T₅) -: austritt, wird die in der Mstallisationskammer 1 herrschende Temperatur auf einem Wert gehalten, der hinreichend -niedrig ist,. damit das zu - reinigende. G-as bei dem Betriebsdruck auskristalli—* siert* !fahrend seiner Aufwärtsbewegung in der Kristall!sations— kammer 1 schlägt sich das (Sas in fester !Form an den Wänden der-

Kammer nieder', während; die Yerunreinigungen in der Gasphase verbleiben und durch das Röhrchen 15 (Pfeil F ) entweichen«-

Die Heizeinrichtung 8 in dem Zylinder 5 verhindert Jegliche

Kristallbildung an dessen Oberfläche*

Die Schaber 7, die auf dem Zylinder5 sitzen, entfernen die festen Kristalle von den Wänden der Kammer T und lassen sie bis zum Eingang der Schleusenkamm«r 2 herunterfallen* Im laufe jedes Arbeitszyklus schließt sich der untere Stopfen 11, während der Zylinder 5 sieh.nach abwärts bewegt, und trennt so. das Sublimationsgefäß 3 von der Kristallisationskammer 1. Bann öffnet sich der obere Stopfen 10 und gestattet eine Anhäufung der Kristalle in der Schleusenkammer 2-(lig. 5)« Während der Wiederaufwärtsbewegung des Zylinders 5 sehließt sich der obere Stopfen 10 von neuem und stellt so die Abdichtung zwischen der Kristallisationskammer 1 und der Schleusenkammer 2 sicherj sodann öffnet sich der untere Stopfen 11 .os(3Pig, 3) und läßt die Kristalle in das SublimatiOnsgefäß 3 ausfließen, wo die von dem Widerstand 13 gelieferte Wärme ihre Sublimation auslöst* Das gereinigte Q-as wird .schließlich durch das Röhrchen 16 (Pfeil 1_) abgesogeh»

In den leitungen 14,15 und 16 liegeninder Zeichnung nicht dargestellte"Ventile, die eine Regelung des im Innern der Kristallisationskammer 1 und des Sublimationsgefäßes 3 herrschenden Druckes gestatten*

Claims (1)

1. RÄ.Ö7515Ö*~9.2.6Z

   m - 11 -

   Sehutzansprüche

   1· Vorrichtung zur kontinuierlichen Befreiung eines Gases mittels direkter Kristallisation; aus dem gasförmigen Zustand von gasförmigen Verunreinigungen, deren, l'ripelpunktso zu dem des gases liegt, daß sie -bei den Betriebsbedingungen in Druck und Temperatur gasformig bleiben,bei der ein Sublimationsgefäß unterhalb einer ICristallisationskamnier angeordnet ist, die mit Schabern und einem unterseitigen Auslaß für die aus dem Gfas gebildeten Kristalle und mit einem Abzug für die gasförmigen Verunreinigungen versehen ist, gekennzeichnet duroh eine zwischen die iOristallisationskammer (1) und das Sublimationsgefäß (3) eingefügte Schleusenkammer (2)-, die mit einem oberen Stopfen (10) zum Versehließen einer in die Kristallisationskammer führenden Öffnung und mit einem unteren Stopfen (11) zum Versehließen einer in das Sublimationsgefaß führenden Öffnung versehen ist, welche Stopfen derart miteinander und mit den Schabern (5>7) in der Kristallisationskammer zu einer gemeinsamen Hin- und Herbewegung verkoppelt sind, daß die Kristalle erst dann.aus der Kristallisationskammer in die Schleusenkammer bzw« aus der Schleusenkammer in das Sublimationsgefäß fallen* wenn sieh der untere Stopfen bzw* wenn sich der obere Stopfen in Schließstellung befindet« .

   2, Vorrichtung naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaber in der Kristallisationskammer (1) aus Sparren oder.

   Ringen (7) bestehen, die auf einem Zylinder (5) sitzen, der mit den Stopfen (10 und 11) der Schleusenkammer (-2) zu einer Hin- und Herbewegung verkoppelt ist.

   3, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (5) mit einer Heizung (8) versehen ist, die ein Ansetzen von Kristallen ah seiner Oberfläche oder an den Bi it ihm verbundenen Schabern (7) verhindert»

   4« Vorrichtung naoh Insprmoh 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, daß als Antrieb für die Hin- und Herbewegung des Zylinders (5) ein pneumatisoher Motor vorgesehen ist*