DE2039648A1 - Verfahren zum Trennen der Komponenten eines stroemungsfaehigen Gemisches - Google Patents

Description

Verfahren zum Trennen der Komponenten eines strömungs-

fähigen Gemisches

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines strö*- mungsfähigen,· vorzugsweise natürlichen Gemisches, insbesondere eines Gasgemisches, in seine Komponenten, z.B. in seine Isotopen, unter Ausnutzung der verschiedenen spezifischen Gewichte der Komponenten des Gemisches. Die Erfindung bezweckt, die Trennung der Komponenten unter Bedingungen durchzuführen, die wesentlich einfacher und weniger kostspielig sind, als die bisher bekannten Methoden zur Trennung der Komponenten, wie z.B. Methoden, die Ultrazentrifugen, Massenspektrometer mit Vielfachkammern, Isotrone etc. verwenden.

Gemäß der Erfindung verwendet man zur Trennung der Komponenten eines Gemisches Mittel zur Erzeugung von Gemischströmen, die die Quelle von Schwingungsvorgängen bilden und für Zwecke bekannt sind, die nichts mit.der Trennung der Komponenten eines Gemisches zu tun haben, sondern mit thermischen Vorgängen, wie z.B. mit der Kälteerzeugung.

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Mittel zur Erzeugung thermischer Erscheinungen sind in den franzäischen Patenten 1 540 320 vom 1.3.67 und 1 555 617 vom 7.9*67 und auch in der französischen Patentanmeldung vom 5.8.68 mit dem Titel "Dispositiv de refroidissement de gaz et ses applications'* (Einrichtung zur Kühlung von Gras und ihre Verwendungen) beschrieben und in einer dazugehörigen Zusatzanmeldung vom 6.6.69. Man verwendet dort Schwingungsrohre, in die abwechselnd Gasstromimpulse gerichtet werden, vorzugsweise mit Hilfe einer statischen Gasweiche, die auf einen kontinuierlich in die Vorrichtung eintretenden Gasstrom einwirkt. Die vorliegende Erfindung betrifft also eine neue Anwendung solcher bekannter Mittel zur Trennung der Komponenten eines Gemisches.

Es scheint, daß man die Trennung der Komponenten des Gemisches den sehr starken und wiederholten Beschleunigungen und Verzögerungen zurechnen muß, denen die Moleküle des Gemisches unter Einwirkung der in den Schwingungsrohren erzeugten Schwingungen unterworfen werden. In der Tat können die Beschleunigungen, denen die Moleküle innerhalb einer Kompressionswelle unterworfen sind, Werte in der Größenordnung

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von 10-10 m/sec erreichen. Aufgrund ihrer Massenträgheit erhalten schwere und leichte Moleküle verschiedene Geschwindigkeiten und erfahren so eine Gruppierung. Man erhält am Eintritt des Schwingungsrohres ein mit schweren Bestandteilen angereichertes und am Austritt der Rohre ein mit leichten Bestandteilen angereichertes Gemisch.

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Die Erfindung und ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigen :

Fig. 1 ein Prinzipschema für eine Trennvorrichtung

mit nur einer Trennstufe, Fig. 2 eine weiter ausgestaltete Vorrichtung für die

Durchfiüirung der Erfindung, und zwar im Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 3, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III der

Fig. 2 und
Fig. 4 einen Teil der Fig. 2 in größerem Maßstab.

Wie Fig. 1 schematisch zeigt, fließt ein kontinuierlicher Strom eines Gasgemisches durch eine Leitung A zu einer Düse B, von wo aus der Strahl mit Hilfe einer statischen Gasweiche C abwechselnd in das eine oder in das andere von zwei Rohren D gelenkt wird. Diese Rohre werden so zur Quelle von Schwingungsvorgängen. Ein Entnahmebehälter E ist in der Zone zwischen den Rohren und weiteren Entnahmebehältern F angebracht, die am strömungsabwärts liegenden Ende der Rohre D angebracht und durch eine Leitung mit einem Ausströmrohr H verbunden sind.

Man stellt fest, daß das bei G aus dem Behälter E entnommene Gas mit schweren Komponenten und umgekehrt das bei H aus den Behältern F entnommene mit leichten Komponenten angereichert ist, und zwar entsprechend dem Gehalt des durch die Leitung eingeführten Gai?-;s. Die relative Am sicherung Imrni progressiv"

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dadurch gesteigert werden, daß mehrere schematisch in Fig. dargestellte Trennvorrichtungen in Kaskade geschaltet werden.

Von der Anmelderin durchgeführte Versuche ergaben, daß Luft in Sauerstoff und Stickstoff und Argon in Isotopen 36 und Isotopen 40 getrennt wurden. Bei den Versuchen wurden Anreicherungen von mehreren zehnfachen Prozent je Stufe festgestellt, was in Hinsicht auf die Einfachheit der Vorrichtung bemerkenswert ist. Darüberliegende Ergebnisse können mit weiter ausgestalteten Vorrichtungen erreicht werden, wie sie in der genannten Zusatzanmeldung erwähnt und in den Fig. 2 bis 4 dargestellt sind.

Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Vorrichtung hat eine Düse 1, die durch ein Rohr 2 mit einem Druckgas gespeist wird und mit einem rechteckigen Rohransatz 3 geringer Dicke e und Höhe h versehen ist. Das den Rohransatz passierende Druckgas bildet in der Kammer 4 einen Strahl. Die Kammer ist in Hinsicht auf den Rohransatz 3 durch die Eintrittsöffnungen 5 eines Rohrbündels 6 begrenzt, dessen Rohre zur Aufnahme des Strahles dienen. Die öffnungen 5 sind ebenfalls rechteckig von der Höhe h und der Breite e¹. Sie sind Seite an Seite angeordnet, bilden einen Bogen in Bezug auf die Achse XX¹ der Düse 1 und sind durch scharfe Kanten 7 getrennt. Die Rohre 8 des Bündels 6 liegen in Fächerform und haben jedes einen Teil 8a mit rechteckigem Querschnitt wie ihre Öffnung 5 und sind verbunden mit einem Toil 8b mit rundem Querschnitt, der bei 8c endet.

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Zwei Steuerkreise 9 und 10, angeordnet zu beiden Seiten der Düse 1, münden jeder in die Kammer 4 mit einer öffnung 11, die vom Ansatzrohr 3 durch einen gemeinsamen Schirm 3a und von einer Austrittsöffnung 12 der Kammer durch einen Schirm 13 mit einer scharfen Kante 14 getrennt sind. Jeder der Steuerkreise hat ein Rohr 15, das an einer Seite mit der Öffnung 11 und an der anderen Seite mit einem Behälter 16 verbunden ist und eine Einschnürung 17 besitzt. Von jeder Austrittsöffnung 12 geht ein Rohr 18 aus. Es gestattet, das in der Kammer 4 mit schweren Komponenten angereicherte Gas zu entnehmen.

Sobald das Rohr 2 mit einem unter Druck stehenden Gas gespeist wird, schwingt der aus dem Rohransatz 3 austretende Strahl in der Kammer 4 mit einer ihm von den Steuerkreisen 9 und 10 aufgezwungenen Frequenz zwischen zwei schematisch mit 19 und 20 angedeuteten Lagen (Fig, 4). Bei dieser schwingenden Bewegung streicht der Strahl über die Eintrittsöffnungen 5 und erzeugt in den Rohren 8 Stöße, die wie zuvor beschrieben eine Gruppierung der Gasmolekel entsprechend ihrer Masse bewirken. Eine mit schweren Komponenten angereicherte Gasmenge wird an den Austrittsöffnungen 12 und den Rohren 18 erhalten, während eine mit leichten Bestandteilen angereicherte Gasmenge an der Mündung 8c der Rohre 8 abgenommen werden kann.

Die Rohre 8 haben vorzugsweise eine ungerade Anzahl, um die Instabilität des Gasstromes zu unterstützen und demgemäß die Auslösung von Schwingungen.

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Die Kanten 14 bilden mit der Wand 3a der Düse die Eintrittsöffnungen der Resonatoren 9 und 10. Ihre Stellung in Bezug auf die Düse und auf die Aufnahmeöffnungen 5 hat einen bestimmenden Einfluß auf die Erregung von Schwingungen des Strahles und auf seine extremen Lagen 19 und 20.

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Claims (3)

Patentansprüche ;

1. Verfahren zum Trennen der Komponenten eines strömungsfähigen Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in Form von Stromimpulsen abwechselnd einem oder mehreren Rohren (D) zugeführt wird, in diesen Rohren durch die Stromimpulse Schwingungen erzeugt werden und ein mit schweren Komponenten angereichertes Gemisch an der Eintrittsstelle der Rohre und ein mit leichten Komponenten angereichertes am Ende der Rohre abgenommen wird»

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Rohr (1) besteht, dem ein kontinuierliches und zu trennendes Gemisch zugeführt wird und das mit einem oder mehreren in der Verlängerung des Rohres angebrachten Rohren (3) verbunden ist, aus Mitteln (9» 10), um den kontinuierlichen Strom in Stromimpulse umzuwandeln, aus Rohren (8) zur Aufnahme der Stromimpulse land zur Erzeugung von Schwingungen, aus einem Entnahmegefäß für schwere Komponenten in der Eintrittszone der Rohre und einem Entnahmegefäß für leichte Komponenten in der Austrittszone»

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Umwandlung des kontinuierlichen Gasstromes in Gasimpulse aus einer statischen Gasweiche (9, 10) bestehen, die am Austritt (3) des Zuführungsrohres (1, 2) angeordnet ist.

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