DE2233846C3 - Method and device for the enrichment of deuterium in a bithermal process - Google Patents

Method and device for the enrichment of deuterium in a bithermal process

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DE2233846C3
DE2233846C3 DE19722233846 DE2233846A DE2233846C3 DE 2233846 C3 DE2233846 C3 DE 2233846C3 DE 19722233846 DE19722233846 DE 19722233846 DE 2233846 A DE2233846 A DE 2233846A DE 2233846 C3 DE2233846 C3 DE 2233846C3
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Mehmet Sahabettin Dipl.- Ing. Zollikerberg Ergenc (Schweiz)
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B4/00Hydrogen isotopes; Inorganic compounds thereof prepared by isotope exchange, e.g. NH3 + D2 → NH2D + HD

Description

Austauschstufe austretenden Gas-Dampf-Gemisches mindestens ein Kondensator dient und durch mindestens einen Verdampfer zur Verdampfung der aus der untersten Destillationsvorrichtung austretenden Flüssigkeit. Exchange stage exiting gas-vapor mixture serves at least one condenser and through at least an evaporator for evaporating the liquid emerging from the lowest distillation device.

Es sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäß angewandten Deslillationsvorrichtungen im Gegensatz zu Austauschstufen wesentlich weniger aufwendige Einrichtungen sind. Bekanntlich ist die Kinetik zwischen einem flüssigen Austauschmittel und einem gasförmigen Austauschmittel bedeutend kleiner als die Kinetik einer flüssigen Phase mit ihrem eigenen Dampf. Deshalb sind in den Austauschstufen größere Verweilzciten erforderlich, was größere Austauschvolumen im Gegensatz zu Destillationsvorrichtungen nach sich zieht.It should be noted that, in contrast, the distillation devices used in accordance with the invention are much less expensive facilities at exchange levels. It is well known that the kinetics between a liquid exchange medium and a gaseous exchange medium is significantly smaller than the kinetics of a liquid phase with its own vapor. Therefore are in the exchange stages larger residence times are required, resulting in larger exchange volumes in contrast to distillation devices entails.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung dienen für bitherm arbeitende Anlagen, bei denen durch Isotopenaust2usch zwischen einem aus Wasserstoff oder Wasserstoff als Verbindungs- oder Gemischkomponente enthaltenden Einspeisestrom mit der flüssigen Phase letztere an Deuterium angereichert, sodann in einer kalten Kolonne durch Isotopenaustausch mit der gasförmigen Phase weiter an Deuterium angereichert, und schließlich in einer warmen Kolonne durch Isotopenaustausch mit der gasförmigen Phase an Deuterium abgereichert wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung wird derart ausgeführt, daß die flüssige Phase nach Deuteriumabreicherung in der warmen Kolonne in den Kopf der Extraktionskolonne zurückgefördert wird und daß die aus dem Kopf der kalten Kolonne austretende, an Deuterium abgereichcrte gasförmige Phase in den Boden der warmen Kolonne gefördert wird. Nachdem sie hierin in den einzelnen Trennstufen an Deuterium angereichert worden ist, gelangt sie zum Boden der kalten Kolonne zurück. In den zwischen den einzelnen Trennstufen angeordneten Destillationsvorrichtungen wird der von der gasförmigen Phase mitgeführte Dampf — der aus der flüssigen Phase stammt — durch Deuteriumaustausch mit der im Kreislauf zirkulierenden Flüssigkeit auf mindestens annähernd die gleiche Deuteriumkonzentration der flüssigen Phase der nächstoberen Trennstufe angereichert.The method and the device of the invention are used for bithermal systems in which by Isotope exchange between one of hydrogen or hydrogen as a compound or mixture component containing feed stream with the liquid phase, the latter enriched in deuterium, then in a cold column further enriched in deuterium through isotope exchange with the gaseous phase, and finally in a warm column by isotope exchange with the gaseous phase of deuterium is depleted. The method according to the invention is carried out such that the liquid Phase after deuterium depletion in the warm column returned to the top of the extraction column and that the column emerging from the head of the cold column is depleted of deuterium gaseous phase is conveyed into the bottom of the warm column. Having dealt with herein in each When the separation stages have been enriched in deuterium, it is returned to the bottom of the cold column. In the distillation devices arranged between the individual separation stages is that of the gaseous Phase entrained vapor - which comes from the liquid phase - by deuterium exchange with the circulating liquid to at least approximately the same deuterium concentration enriched in the liquid phase of the next upper separation stage.

Für bitherme Anlagen existieren verschiedene Ausführungsformen. So gibt es z. B. Fälle, bei welchen keine separate Extraktionskolonne vorhanden ist. Es kann daher auch zweckmäßig sein, außer dem sogenannten warmen Turm auch den sogenannten kalten Turm in der erfindungsgemäßen Weise auszubilden.There are various designs for bithermal systems. So there are z. B. Cases in which there is no separate extraction column. It can therefore also be useful, in addition to the so-called warm tower, also the so-called cold tower Train tower in the manner according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich an Hand des in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Fließschemas.Further features of the invention emerge with reference to that shown in the drawing and in the following explained flow charts.

Die dargestellte Anlage dient zur Durchführung eines bithermen Prozesses und weisi als wesentliche Anlageteile eine Extraktionskolonne 1, eine kalte Austauschkolonne 2 und eine warme Austauschkolonne 3 auf, die in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist.The system shown is used to carry out a bithermal process and is essential Plant parts an extraction column 1, a cold exchange column 2 and a warm exchange column 3, which is formed in the manner according to the invention.

Der Betrieb dieser bithermen Anlage erfolgt in der nachstehenden Weise.The operation of this bithermal system takes place in the following way.

In die Extraktionskolonne 1 wird ein aus Wasserstoff bestehender Einspeisestrom mit z. B. natürlicher Deuteriumkonzentration durch die Leitung 4 eingeleitet. An Deuterium verarmt, verläßt dieser die Kolonne an ihrem oberen Ende durch die Leitung 5.In the extraction column 1 is a feed stream consisting of hydrogen with z. B. more natural Deuterium concentration initiated through line 4. Depleted in deuterium, it leaves the column at its upper end through the line 5.

In das obere Ende der Kolonne 1 wird durch Leitung 6 nach Kühlung auf die Betriebstemperatur im Kühler 7 die flüssige, an Deuterium verarmte Phase z. B. Methylamin, eingeleitet. In der Kolonne 1 er folgt eine Übertragung von Deuterium aus dem Ein Speisestrom 4 auf die flüssige Phase, so daß diesi Kolonne 1 am unteren Ende in angereichertem Zu stand verläßt. Sie wird durch Leitung 8 in die kalti Kolonne 2 eingespeist. Hier wird durch Austauscl mit der entgegenströmenden gasförmigen Phase, ζ. Β Wasserstoff, die flüssige Phase weiter an DeuteriunIn the upper end of the column 1 is through line 6 after cooling to the operating temperature in Cooler 7 the liquid, deuterium-depleted phase z. B. methylamine initiated. In column 1 he there follows a transfer of deuterium from the feed stream 4 to the liquid phase, so that diesi Column 1 at the lower end in enriched to stand leaves. It is through line 8 in the Kalti Column 2 fed. Here, through exchange with the countercurrent gaseous phase, ζ. Β Hydrogen, the liquid phase continues to Deuteriun

ίο angereichert und nach Erwärmung im Gegenstrom wärmeaustauscher 10 und im Erwärmer 11 durcl Leitung 9 in die warme Kolonne 3 eingespeist.ίο enriched and after heating in countercurrent heat exchanger 10 and in the heater 11 fed into the warm column 3 through line 9.

In dieser Kolonne wird die flüssige Phase in ein zelnen Trennstufen im Gegenstrom zu der gasförmi gen Phase an Deuterium abgereichert, wie an nach stehender Stelle noch im Detail erläutert wird, unc schließlich durch Leitung 6 über den Wärmeaustauscher 10 und Kühler 7 mit Hilfe der Pumpe 12 wiedei in die ExtraktionskoJonne 1 zurückgefördert.In this column the liquid phase is in a individual separation stages in countercurrent to the gaseous phase depleted in deuterium, as in after standing point will be explained in detail, unc finally through line 6 via the heat exchanger 10 and cooler 7 are conveyed back into the extraction column 1 with the aid of the pump 12.

Die Kolonne 3 ist in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einzelnen Trennstufen 13a bis 13d und Destillationskolonne!! 14« bis 14r. Alle Elemente können beispielsweise in einem geschlossenen Behälter angeordnet sein, wie dieses durch die strichpunktierte Linie schematisch angegeben ist. Die Trennstufen, in welchen ein Deuteriumaustausch zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase stattfindet, können in bekanntet Weise mit Überläufen und zur Herbeiführung einer innigen Durchmischung der beiden Phasen mit Mischvorrichtungen, z. B. Ejektoren und Flüssigkdtsgasabscheidern versehen sein und erforderlichenfalls einen Katalysator enthalten. Die Destillationskolonnen, in welchen ein Deuteriumaustausch zwischen dem Dampf der flüssigen Phase und einer Flüssigkeit derselben Art stattfindet, können z. B. als Glockenoder Siebbodenkolonnen ausgebildet sein. Die Betriebsweise der Kolonne 3 erfolgt in der nachstehenden Weise.The column 3 is formed in the inventive manner and consists essentially of individual plates 13a to 13 d and distillation column !! 14 «to 14r. All elements can be arranged, for example, in a closed container, as is indicated schematically by the dash-dotted line. The separation stages, in which a deuterium exchange between the liquid and the gaseous phase takes place, can in a known manner with overflows and to bring about an intimate mixing of the two phases with mixing devices, e.g. B. ejectors and liquid gas separators and if necessary contain a catalyst. The distillation columns, in which a deuterium exchange between the vapor of the liquid phase and a liquid of the same type takes place, can, for. B. be designed as bubble or sieve tray columns. The column 3 is operated in the following manner.

In die unterste Trennstufe 13 d wird durch eine Leitung IS nach erfolgter Erwärmung in einem Wärmeaustauscher 16 auf die Betriebstemperatur der Kolonne 3 ein Gas-Dampf-Gemisch eingeleitet.After heating in a heat exchanger 16 to the operating temperature of the column 3, a gas-vapor mixture is introduced into the lowest separation stage 13 d through a line IS.

Dieses Gemisch besteht einmal aus der an Deuterium abgereicherten gasförmigen Phase, die aus dem oberen Ende der Kolonne 2 durch Leitung 17 mit Hilfe des Gebläses 18 abgezogen und zum Boden der Kolonne 3 gefördert wird, und zum anderen aus Dampf der Flüssigkeit, welche aus der untersten Destillationskolonne 14 c entnommen, und durch Leitung 19 mit Hilfe der Pumpe 20 in den Verdampfer 21 gefördert und dort durch Wärmeaustausch verdampft wird. Restbestandteile an nichtverdampfter Flüssigkeit werden im Wärmeaustauscher 16 verdampft. Dieses an Deuterium abgereicherte Gas-Dampf-Gemisch tritt in der Trennstufe 13 ti mit der aus der Trennstufe 13 c herabströmenden flüssigen Phase in Kontakt, wobei Deuterium aus der flüssigen Phase auf die gasförmige Phase übertragen wird. Der Dampfanteil des Gas-Dampf-Gemisches weist dieselbe Deuteriumkonzentration wie die flüssige Phase in dieser Stufe auf. Das Gas-Dampf-Gemisch wird sodann in die Destillationskolonne 14 c eingeleitet und mit in der Kolonne abwärts strömender Flüssigkeit, im Ausführungsbeispiel Methylamin, in Kontakt gebracht, wobei von der Flüssigkeit Deuterium an den Dampf übertragen wird (die gasförmige Phase ist bei diesem Austauschvoreane auasi als »Ballast« zuThis mixture consists of the deuterium-depleted gaseous phase, which consists of the withdrawn the upper end of the column 2 through line 17 with the aid of the fan 18 and to the bottom of the Column 3 is promoted, and on the other hand from vapor of the liquid, which from the lowest Distillation column 14 c removed, and through line 19 with the aid of the pump 20 in the evaporator 21 is promoted and evaporated there by heat exchange. Residual components of non-evaporated Liquids are evaporated in the heat exchanger 16. This gas-vapor mixture depleted in deuterium occurs in the separation stage 13 ti with the liquid flowing down from the separation stage 13 c Phase in contact, with deuterium being transferred from the liquid phase to the gaseous phase. Of the The vapor fraction of the gas-vapor mixture has the same deuterium concentration as the liquid phase at this stage. The gas-vapor mixture is then introduced into the distillation column 14 c and with liquid flowing downwards in the column, in the exemplary embodiment methylamine brought, with deuterium being transferred from the liquid to the vapor (which is the gaseous phase in this exchange process auasi as "ballast"

betrachten und nimmt am Austausch nur unwesentlich teil). Der Dampf wird mindestens nahezu auf die Deuteriumkonzentration der flüssigen Phase in der nächstoberen Trennstufe 13 c angereichert. Da der Isotopenaustausch zwischen Dampf und Flüssigkeit der gleichen Art rasch erfolgt, können Kolonnen einfacher Bauart, d. h. ohne zusätzliche Mischeinrichtungen, verwendet werden.and only takes part in the exchange to an insignificant extent). The steam is at least almost on the Deuterium concentration of the liquid phase in the next upper separation stage 13 c enriched. Since the Isotope exchange between vapor and liquid of the same type takes place quickly, columns can be simpler Type of construction, d. H. can be used without additional mixing devices.

Das Gas-Dampf-Gemisch wird sodann in die Trennstufe 13 c eingeleitet, in welcher der gleiche Vorgang wie in der Trennstufe 13 d stattfindet. Selbstverständlich sind die Deuteriumkonzentrationen der flüssigen und der gasförmigen Phase von denjenigen in der Trennstufe 13 d verschieden.The gas-steam mixture is then introduced into the separation stage 13 c, in which the same process takes place as in the separation stage 13 d. Of course, the deuterium concentration of the liquid and the gaseous phase are different from those of d in the separation stage. 13

Ohne die Anordnung der Destillationskolonne 14 c würde der aus der Trennstufe 13 d austretende Dampf die gleiche Konzentration wie die flüssige Phase in der Trennstufe 13ö" aufweisen. Dies würde bedeuten, daß die Deuteriumkonzentration der flüssigen Phase in der Trennstufe 13 c durch eine Art Kurzschlußeffekt erniedrigt und hierdurch der Trenneffekt in der Trennstufe verschlechtert würde.Would c without the arrangement of the distillation column 14 the d emerging from the separation step 13 steam having the same concentration as the liquid phase in the separation stage 13ö ". This would mean that the deuterium concentration of the liquid phase in the separation stage 13 c by a kind of short-circuit effect of lowered and this would worsen the separation effect in the separation stage.

Der Deuteriumaustausch zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase und dem Dampf der flüssigen Phase und Flüssigkeit der gleichen Art erfolgt in der gleichen Weise in den Trennstufen 13 b, 13a und Ub, Ua. The deuterium exchange between the liquid and the gaseous phase and the vapor of the liquid phase and liquid of the same type takes place in the same way in the separation stages 13b, 13a and Ub, Ua.

Aus dem oberen Ende der Trennstufe 13 a wird das an Deuterium angereicherte Gas-Dampf-Gemisch, im Ausführungsbeispiel Wasserstoff und Methylamin-Dampf, durch eine Leitung 22 in den Wärmeaustauscher 23 eingeleitet und hier der Dampf auskondensiert. Das Kondensat gelangt über Leitung 24 in die oberste Destillationskolonne 14 a. From the upper end of the separation stage 13 a, the deuterium-enriched gas-steam mixture, in the exemplary embodiment hydrogen and methylamine steam, is introduced through a line 22 into the heat exchanger 23 and the steam is condensed out here. The condensate reaches the uppermost distillation column 14 a via line 24.

Die gasförmige Phase wird durch Leitung 25 nach Auskondensation der noch in dem Gas verbliebenen Dampfreste in einem Nachkühler 26 in den unteren Teil der kalten Kolonne 2 eingespeist.The gaseous phase is passed through line 25 after the condensation still remaining in the gas Steam residues are fed into the lower part of the cold column 2 in an aftercooler 26.

Das Kondensat aus dem Nachkühler 26 wird über Leitung 27 mit dem aus dem Wärmeaustauscher 23 kommenden Kondensat gemischt.The condensate from the aftercooler 26 is over Line 27 mixed with the condensate coming from the heat exchanger 23.

Im Ausführungsbeispiel sind der Kondensator 23 und der Verdampfer 21 als eine kombinierte Einheit ausgebildet, derart, daß zwischen beiden ein indirekter Wärmeaustausch stattfindet. Dies ist in thermodynamischer Beziehung äußerst vorteilhaft.In the exemplary embodiment, the condenser 23 and the evaporator 21 are a combined unit designed in such a way that an indirect heat exchange takes place between the two. This is in thermodynamic Relationship extremely beneficial.

Aus der Anlage kann an der Stelle größter Deuteriumanreicherung, beispielsweise an den Stellen A1 eine Teilmenge der mit Deuterium angereicherten flüssigen Phase und/oder an der Stelle B1 eine Teilmenge der mit Deuterium angereicherten gasförmigen Phase entnommen und als Einspeisestrom in eine nicht dargestellte Anlage üblicher Ausführung zu einer weiteren Aufkonzentrierung und Gewinnung von schwerem Wasser eingeleitet werden.At the point of greatest deuterium enrichment, for example at points A 1, a subset of the deuterium-enriched liquid phase and / or at point B 1 a subset of the deuterium-enriched gaseous phase can be withdrawn from the system and used as a feed stream into a system (not shown) Execution to a further concentration and extraction of heavy water can be initiated.

Die in der Anlage an Deuterium abgereicherten Teilmengen werden an einer Stelle A2 bzw. B2 wieder in die Leitung 9 bzw. 25 zurückgeführt.The partial quantities depleted of deuterium in the plant are returned to the line 9 and 25 at a point A 2 or B 2, respectively.

ZahlenbeispieleNumerical examples

Zum Nachweis der Wirtschaftlichkeit der Erfindung sind drei Zahlenbeispiele (Ia, Ib; II a, Hb; HI a, IIIb) im folgenden angegeben.To demonstrate the economic viability of the invention, three numerical examples (Ia, Ib; II a, Hb; HI a, IIIb) given below.

In den Beispielen I a, Ib, Ha sind für jeweils eine erfindungsgemäß ausgebildete Anlage gemäß Fließschema und in den Beispielen lib, HIa, IIIb jeweils für eine bisher übliche Anlage die errechneten Bezugsgrößen angegeben, wobei jeweils die gleichen Bedingungen hinsichtlich Anlagendruck, Temperatur und dieselbe Deuterium-Konzentration zur Weiteraufbereitung von schwerem Wasser vorgegeben wurden. In Tabelle I sind die Bezeichnungen der in den Zahlenbeispielen eingetragenen Bezugsgrößen erläutert. In Examples I a, Ib, Ha are each for one Plant designed according to the invention according to the flow diagram and in Examples lib, HIa, IIIb, respectively the calculated reference values are given for a system that has been customary up to now, with the same in each case Conditions in terms of system pressure, temperature and the same deuterium concentration for further processing were given by heavy water. In Table I, the names of the Numerical examples of registered reference values are explained.

Die Wirtschaftlichkeit der Erfindung kommt durch die Zahlenbeispiele deutlich zum Ausdruck. Eine Gegenüberstellung der Zahlenbeispiele zeigt Taao belleil.The economic viability of the invention is clearly demonstrated by the numerical examples. One A comparison of the numerical examples shows Taao belleil.

Tabelle ITable I.

Erläuterung zu den in den Zahlenbeispielen
eingefügten Bezeichnungen
Explanation of the in the numerical examples
inserted designations

ρ — Druck ρ - pressure

t = Temperatur t = temperature

κ = Austausch- bzw. Trennfaktor κ = exchange or separation factor

x= D2-Konzentration in der Flüssigkeitsphase x = D 2 concentration in the liquid phase

y = D2-Konzentration in der Gasphase y = D 2 concentration in the gas phase

IW = 144-10-« Peuteriumatome
Wasserstoffatome
IW = 144-10 " peuterium atoms
Hydrogen atoms

= Anzahl der Mole des zirkulierenden Gas stromes= Number of moles of circulating gas flow

nfl = Anzahl der Mole der zirkulierenden Flüssigkeit (bezogen auf die H2-Molekeln der Flüssigkeit, die D2 austauschbar sind) n fl = number of moles of the circulating liquid (based on the H 2 molecules of the liquid which D 2 are exchangeable)

ζ = Anzahl der Austauschstufenζ = number of exchange levels

in 2in 2

Tabelle IITable II

BetriebsOperating BetriebsOperating Rafr iplicRafr iplic Anzahlnumber temperaturtemperature temperaturtemperature DClI ICUjDClI ICUj
druckpressure
Austhe end
ZahlenCounting der kaltenthe cold one der warmenthe warm tauschexchange beispieleexamples Austauschexchange Austauschexchange stufen ζ step ζ kolonne t column t kolonne /column / P [Bar]P [bar] (0C)( 0 C) (0C)( 0 C) 300300 3838 IaYes -23-23 5050 300300 5656 IbIb -23-23 5050 300300 3232 HaHa -23-23 9797 300300 5858 HbMan -23-23 9797 200200 3232 III aIII a -23-23 9797 200200 129129 IIIbIIIb -23-23 9797

Hierzu 7 Blatt ZeichnungenIn addition 7 sheets of drawings

Claims (2)

1 2 anreicherung mil weniger Trennstufen und einem ge Patentansprüche: ringeren Energiebedarf. Bei den bekannten Deuterium-Austauschverfahren1 2 enrichment with fewer separation stages and a ge patent claims: lower energy requirement. With the known deuterium exchange process 1. Verfahren zur Anreicherung von Deuterium die nach dem Gegenstromprinzip arbeiten, wobei ζ. Β in einem bithermen Prozeß, in welchem eine 5 Wasser als flüssige Phase und Schwefelwasserstoff als Wasserstoff als Verbindungskomponente enthal gasförmige Phase oder Wasser oder Methylamin und tende Flüssigkeitsphase im Gegenstrom zu einer gasförmiger Wasserstoff im Gegenstrom geführt und aus Wasserstoff oder Wasserstoff als Verbindungs- in den Trennstufen in Kontakt gebracht werden, isl oder Gemischkomponente enthaltenden gasför- es unvermeidlich, daß aus der abwärts strömenden migen Phase geführt ist, und beim Austausch bei io Flüssigkeit ein Teil verdampft und von der gasförmieiner tieferen Temperatur Deuterium von der gen, aufwärts strömenden Phase in die jeweils nächstgasförmigen Phase auf die flüssige Phase und bei obere Trennstufe mitgerissen wird. Da dieser aus dei1. Process for the enrichment of deuterium that work according to the countercurrent principle, where ζ. Β in a bithermal process in which a 5 water as the liquid phase and hydrogen sulfide as Hydrogen as a connecting component enthal gaseous phase or water or methylamine and Tending liquid phase in countercurrent to a gaseous hydrogen in countercurrent and from hydrogen or hydrogen as a connection in the separation stages are brought into contact, isl or mixture component containing gas conveying it inevitably that from the downward flowing In the case of a liquid, part of it evaporates and of the gaseous one lower temperature Deuterium from the gene, upward-flowing phase to the next gaseous phase Phase is entrained on the liquid phase and at the upper separation stage. Since this from dei •einer höheren Temperatur Deuterium von der Flüssigkeit entstandene Dampf die gleiche Konzenflüssigen Phase auf die gasförmige Phase über- tration aufweist wie die Flüssigkeit, ändert sich die tragen wird, dadurch gekennzeichnet, 15 Deuteriumkonzentration der Flüssigkeit der nächstdaß der bei dem Austausch aus der flüssigen oberen Trennstafe. Damit wird der Trenneffekt der Phase entstehende Dampf zwischen Austausch- Austauschkolonne schlechter, als wenn kein Dampf stufen in Destillationsvorrichtungen mit der entstünde, der eine Rückvermischung der Isotopen Flüssigkeit des Dampfes in Deuteriumaustausch von einer Stufe zur anderen bewirkt,
gebracht wird, wobei die Flüssigkeit, welche die 20 Aus diesem Grunde erfordern mehrstufige Aus-Destillationsvorrichtungen durchströmt, in einem tauschkolonnen der bisher üblichen Bauart eine unter Kreislauf zirkuliert und aus dem die oberste Aus- Umständen erhebliche Anzahl von Trennstufen, um tauschstufe verlassenden Dampf-Gas-Gemisch als den erzielbaren Trenneffekt, d. h. den Anreicherungs-Kondensat gewonnen wird, dann die in Serie an- grad, zu erreichen.
• a higher temperature deuterium from the liquid vapor has the same concentrated liquid phase to the gaseous phase transfer as the liquid, changes the carry, characterized by 15 deuterium concentration of the liquid next to that of the exchange from the liquid upper separating stage . This means that the separation effect of the vapor between the exchange and exchange column is worse than if there were no vapor stages in the distillation device with the one that causes the isotopic liquid of the vapor to be backmixed in deuterium exchange from one stage to the other,
is brought, with the liquid, which flows through the 20 multi-stage distillation devices required for this reason, circulates in an exchange column of the hitherto customary design and from which the uppermost circumstances a considerable number of separation stages, by vapor-gas leaving the exchange stage -Mixture as the achievable separation effect, ie the enrichment condensate is obtained, then the in series an- grad to achieve.
geordneten Destillationsvorrichtungen von oben 25 Hieraus ergibt sich, daß die bisher üblichen Vernach unten durchströmt, nach Austritt aus der fahren um so unwirtschaftlicher sind, je höher die untersten Destillationsvorrichtung verdampft, und Betriebstemperatur der Austauschkolonne ist. In solmit der der untersten Austauschstufe zugeführten chen Fällen können ja Teile der flüssigen Phase verPhase vereinigt wird. dampfen und von der gasförmigen Phase in die obe-ordered distillation devices from above 25 This shows that the previously usual Vernach flows through below, after leaving the drive, the more uneconomical, the higher the lowest distillation device evaporates, and operating temperature of the exchange column is. In solmit of the small cases fed to the lowest exchange stage can of course phase out parts of the liquid phase is united. vapor and from the gaseous phase to the upper
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 3° ren Trennstufen mittransportiert werden. Das Verrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch hältnis der Dampfmenge zur Gasmenge hängt hierbei mehrere in Serie angeordnete Austauschstufen vom Totaldruck im System ab und nimmt mit steigen-(13a bis 13d), durch zwischen den Austausch- der Temperatur nicht nur linear sondern mit einer stufen angeordnete Destillationsvorrichtungen höheren Potenz zu.2. Device for carrying out the process 3 ° ren separation stages are also transported. The Verrens according to claim 1, characterized by the ratio of the amount of steam to the amount of gas depends on this several exchange levels arranged in series decreases from the total pressure in the system and increases with increasing (13a to 13d), through the exchange of temperature not only linear but with a rank arranged distillation devices to higher potency. (14a bis 14c), mindestens einen Kondensator (23, 35 Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die 26), sowie mindestens einen Verdampfer (21) zur Konzentrationsänderungen, die auf Grund der vorVerdampfung der aus der untersten Destillations- stehend beschriebenen Verdampfung von Flüssigkeit vorrichtung (14 c) austretenden Flüssigkeit. entstehen, von Trennstufe zu Trennstufe mindestens(14a to 14c), at least one capacitor (23, 35) The invention has set itself the task of the 26), as well as at least one evaporator (21) to change the concentration due to the pre-evaporation the evaporation of liquid from the lowest distillation described above device (14 c) escaping liquid. arise, from separation stage to separation stage at least annähernd auszugleichen, so daß der gleiche Trenn-40 effekt mit einer wesentlich geringeren Anzahl von Trennstufen erreicht werden kann.approximately equalize, so that the same separating 40 effect can be achieved with a significantly lower number of separation stages. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-This object is achieved according to the invention löst, daß der bei dem Austausch aus der flüssigensolves that the exchange from the liquid Phase entstehende Dampf zwischen Austauschstufen 45 in Destillationsvorrichtungen mit der Flüssigkeit des Dampfes in Deuteriumaustausch gebracht wird, wobei die Flüssigkeit, weiche die Destillationsvorrich-Phase resulting vapor between exchange stages 45 in distillation devices with the liquid of the Vapor is brought into deuterium exchange, the liquid soft the distillation device Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreiche- tungen durchströmt, aus dem die oberste Austauschrung von Deuterium in einem bithermen Prozeß, in stufe verlassenden Dampf-Gas-Gemisch als Kondenttelchem eine Wasserstoff als Verbindungskompo- 50 sat gewonnen, die in Serie angeordneten Destillations-Hente enthaltende Flüssigkeitsphase im Gegenstrom vorrichtungen von oben nach unten durchströmt, nach (tu einer aus Wasserstoff oder Wasserstoff als Verbin- Austritt aus der untersten Destillationsvorrichtung «lungs- oder Gemischkomponente enthaltenden gas- verdampft, und mit der der untersten Austauschstufe förmigen Phase geführt ist und beim Austausch bei zugeführten Phase vereinigt wird. Die Flüssigkeit wird *iner tieferen Temperatur Deuterium von der gas- 55 somit im Kreis geführt.The invention relates to a method for enrichment flows through which the uppermost exchange of deuterium in a bithermal process, in a steam-gas mixture leaving the stage as a condenser a hydrogen as a compound composite is obtained, the series-arranged distillation units containing liquid phase flows through devices in countercurrent from top to bottom, according to (Do one made of hydrogen or hydrogen as a connection outlet from the lowest distillation device «Lung or mixture component containing gas vaporized, and with that of the lowest exchange stage shaped phase is performed and is combined in the exchange at the supplied phase. The liquid will * In a lower temperature deuterium from the gas 55 thus circulated. lörmigen Phase auf die flüssige Phase und bei einer Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver-L-shaped phase to the liquid phase and a device for carrying out this process höheren Temperatur Deuterium von der flüssigen fahrens ist gekennzeichnet durch mehrere in Serie Phase auf die gasförmige Phase übertragen wird, und angeordnete Austauschstufen, welche von oben nach Öie mit Deuterium angereicherte Phase zur Gewin- unten direkt von der flüssigen Phase und von unten nung von schwerem Wasser benutzt wird. Die Erfin- 60 nach oben von der gasförmigen Phase und dem aus dung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh- der flüssigen Phase entstandenen Dampf durchströmt rung des Verfahrens. werden, und durch zwischen den Austauschstufenhigher temperature deuterium from liquid driving is characterized by several in series Phase is transferred to the gaseous phase, and arranged exchange stages, which from top to Oil phase enriched with deuterium to the bottom directly from the liquid phase and from below use of heavy water. The invention 60 upwards from the gaseous phase and from Application also relates to a device for performing the liquid phase flowing through the resulting vapor initiation of the procedure. and through between the exchange levels Die Erfindung hat sich ein Verfahren und eine angeordnete Destillationsvorrichtungen, die im Strö-Vorrichtung zur Deuteriumanreicherung zum Ziel ge- mungsweg der gasförmigen Phase und des aus der setzt, die einen gegenüber den bisher üblichen Ver- 65 flüssigen Phase entstandenen Dampfes liegen, wobei fahren weit geringeren Aufwand hinsichtlich Dirnen- diese Destillationsvorrichtungen außerdem im Strösionierung der Vorrichtung ermöglicht, insbesondere mungsweg einer Flüssigkeit angeordnet sind, zu deren durch die Erzielung der gewünschten Deuterium- Erzeugung aus dem Dampf des aus der oberstenThe invention has a method and an arranged distillation apparatus, which in the Strö apparatus for deuterium enrichment to the goal of the gaseous phase and the from the sets, which are a vapor produced compared to the previously usual liquefied phase, whereby drive far less effort in terms of prostitutes - these distillation devices also in Strösionierung the device enables, in particular, a liquid flow path are arranged to their by achieving the desired generation of deuterium from the vapor of the uppermost
DE19722233846 1972-06-30 1972-07-10 Method and device for the enrichment of deuterium in a bithermal process Expired DE2233846C3 (en)

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