DE2406720A1 - Verfahren und anlage fuer den deuteriumaustausch zwischen wasser und einem im wasser loeslichen austauschmittel - Google Patents

Verfahren und anlage fuer den deuteriumaustausch zwischen wasser und einem im wasser loeslichen austauschmittel

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DE2406720A1
DE2406720A1 DE19742406720 DE2406720A DE2406720A1 DE 2406720 A1 DE2406720 A1 DE 2406720A1 DE 19742406720 DE19742406720 DE 19742406720 DE 2406720 A DE2406720 A DE 2406720A DE 2406720 A1 DE2406720 A1 DE 2406720A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B5/00—Water
    • C01B5/02—Heavy water; Preparation by chemical reaction of hydrogen isotopes or their compounds, e.g. 4ND3 + 7O2 ---> 4NO2 + 6D2O, 2D2 + O2 ---> 2D2O

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

P. 4770
Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, V/interthur / Schweiz
Verfahren und Anlage für den Deuteriumaustausch zwischen Wasser und einem im Wasser löslichen Austausehmittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Deuteriumaustausch zwischen Wasser und einem im Wasser löslichen Austauschmittel, wobei entweder Wasser oder.das Austauschmittel an Deuterium angereichert wird, und das Austauschmittel und das Wasser durch Rektifikation voneinander getrennt werden, wobei einerseits ein Teil des Wassers verdampft und als Abtriebstrom dient, und andererseits das von dem Wasser abgetrennte Austauschraittel kondensiert wird zur Verwendung als Rücklaufflüssigkeit. Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht aus mindestens einem von Wasser und dem Austausehmittel durchströmten Austauschturm, einer Rektifikationskolonne zur Abtrennung des Wassers von dem Austauschmittel und einem Verdampfer zur Erzeugung des Abtriebstromes und einer Rektifikationskolonne zur Abtrennung des Austauschmittels
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vom Wasser und einem Kondensator zur Erzeugung der aus Austauschmittel bestehenden Rücklaufflüssigkeit.
Je nach dem, ob Wasser oder Austauschmittel mit einer höheren Deuterium-Konzentration als Deuteriumquelle vorhanden ist, erfolgt bei derartigen Verfahren eine Deuteriumanreicherung des'an Deuterium ärmeren Austauschmittels, bzw. des an Deuterium ärmeren Wassers.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, mit dem bekannten Deuteriumaustauschverfahren ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte für einen Kälteverbraucher ausserhalb der Anlage zu kombinieren, um die Wirtschaftlichkeit des bekannten Austauschverfahrens zu verbessern, insofern als man nebenbei noch Kälte für einen Kälteverbraucher erzeugen will.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, dass ein Teil des auskondensierten Austauschmittels durch Drosselung entspannt und sodann das hierbei abgekühlte Kondensat in Wärmeaustausch mit einem Kälteverbraucher gebracht wird, wobei das Kondensat verdampft, und dass sodann das verdampfte Austauschmittel mit dem dem Austauschverfahren zuzuführenden Wasser in Kontakt gebracht und hierbei von dem Wasser absorbiert wird, wobei die Lösungswärme abgeführt wird und dass schliesslich
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die Lösung, bevor sie mit dem Austauschmittel in Isotopenaustausch gebracht wird, auf den erforderlichen Verfahrensdruck gebracht wird.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass mit der Deuteriumaustausch-Anlage eine Absorptionskälte-Anlage mit Austauschmittel als Kältemittel verbunden ist, welche eine Drosseleinrichtung, einen Verdampfer und eine Absorptionseinrichtung für die Herstellung einer aus Wasser und Austauschmittel bestehenden Lösung und eine Kühleinrichtung zur Abführung der Lösungswärme und eine Pumpe zur Erhöhung des Druckes der Lösung auf den Verfahrensdruck in der Deuteriumaustausch-Anlage aufweist, wobei deren Rektifikationskolonnen, Kondensator und Verdampfer gleichzeitig als Elemente der Absorptions· anlage verwendet sind.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die angestrebte verbesserte Wirtschaftlichkeit dann erreicht wird, wenn die zwangsweise bei dem bekannten Deuteriumaustausch-Verfahren aufgebrachte thermische Leistung gleichzeitig für die Kälteerzeugung für einen Kälteverbraucher ausgenutzt wird. Diese thermische Leistung besteht in der zur Erzeugung des Abtrieb-
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stromes aufzubringenden Heizleistung mit Hilfe einer fremden Heizquelle, z.B. Heizdampf und in der aufzubringenden Kälteleistung für die Erzeugung des Rücklaufes mit Hilfe einer fremden .Kältequelle, z.B. Kühlwasser. Ausserdem werden die bei dem bekannten Verfahren zwangsweise vorhandenen Anlagenteile, wie Rektifikationskolonnen, Kondensator und Verdampfer auch bei dem Verfahren zur Kälteerzeugung verwendet.
Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Blockschema die Ausführungsform einer bekannten Deuteriumaustausch-Anlage,
während in Fig. 2 in einem Blockschema die erfindungsgemässe Kombination einer Deuteriumaustausch-Anlage mit einer Absorptionskälteanlage dargestellt ist.
Die Austauschanlage gemäss Fig. 1 weist einen Austauschturm 1, eine Rektifikationskolonne 2 zur Abtrennung des Wassers vom Austauschmittel, eine Rektifikationskolonne 3 zur Abtrennung des Austauschmittels vom Wasser und einen Kondensator 4 zur Erzeugung der Rücklaufflüssigkeit auf.
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Durch Leitung 5 wird Austauschmittel und durch Leitung 6 Wasser in den Austauschturm 1 mit verschiedenen Austauschstufen eingespeist, in welchem eine Aufkonzentrierung desjenigen Mediums mit der niedrigeren Deuterium-Konzentration stattfindet.
Wenn beispielsweise Methylamin als Austauschmittel verwendet wird, und dieses eine höhere Deuterium-Konzentration besitzt als das durch Leitung 6 eingespeiste Wasser, welches z.B. nur natürliche Deuterium-Konzentration aufweist, so wird im Austauschturm Wasser an Deuterium angereichert, während das Austauschmittel an Deuterium verarmt.
Da das Austauschmittel in Wasser löslich ist, wird in der Rektifikationskolonne 3 das leichter flüchtige Austauschmittel vom Wasser abgetrennt.
Im Kondensator 4, in welchem ein z.B. von Kühlwasser durchströmter Kühler 4a angeordnet ist, wird das aus Austauschmittel bestehende Kopfprodukt zu einem Teil verflüssigt und als Rücklauf in die Kolonne 3 zurückgeführt, während der gasförmige Anteil des im Ausführungsbeispiel an Deuterium verarmten Austauschmittels durch eine Leitung 7 einem weiteren Verwendungszweck zugeführt wird.
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Von dem im Austauschturra 1 an Deuterium angereicherten Wasser wird das in ihm gelöste Austauschmittel in der Rektifikationskolonne 2 abgetrennt und sodann das aus angereichertem Wasser bestehende Bodenprodukt durch eine Leitung 8 aus der Anlage weggeführt.
Aus einem Teil des Bodenproduktes wird mittels einer z.B. von Heizdampf durchströmten Heizeinrichtung 2a der Abtriebstrom durch Verdampfung erzeugt.
Das Kopfprodukt der Kolonne besteht im wesentlichen aus dampfförmigem Austauschmittel und wird zusammen mit dem durch Leitung 5 eingespeisten Austauschmittel in den Austauschturm 1 eingeleitet.
Die in Fig. 2 dargestellte Deuteriumaustausch-Anlage besteht aus den gleichen Konstruktionselementen wie Fig. 1. Lediglich die Rektifikationskolonne zur Abtrennung des Austauschmittels von dem Wasser benötigt einige Trennstufen mehr als die entsprechende Rektifikationskolonne 3 gemäss Fig. 1.
Da es sich jedoch bei derartigen Rektifikationskolonnen um konstruktiv einfache Bauformen handelt, z.B. Sieb- oder Glockenbodenkolonnen, ist der bauliche Mehraufwand relativ unerheblich.
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Die rait Fig. 1 übereinstimmenden Konstruktionsteile der Deuteriumaustausch-Anlage sind deshalb mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet.
Die Betriebsweise des Deuteriumaustausch-Verfahrens entsprechend Fig. 2 verläuft analog zu derjenigen gemäss Fig. 1, so dass hierauf zur Vermeidung von Wiederholungen nicht eingegangen wird.
Wie bereits erläutert, ist in der in Fig. 2 dargestellten Aus führung s form der Erfindung mit dem Deuteriumaustausch-Prozess ein Kälteprozess verbunden und zwar in der folgenden Weise.
Aus dem Rücklaufkondensator 4 wird ein Teil der aus Austauschmittel bestehenden Flüssigkeit in einem Drosselorgan 10 entspannt und in einem Verdampfer 11 durch Wärmeaustausch mit einem Kälteverbraucher 12 verdampft und sodann in eine Absorptionseinrichtung 13 eingeleitet.
In die Einrichtung 13 wird durch Leitung 6' Wasser eingespritzt und in diesem Wasser das Austauschmittel gelöst.
Zur Abführung der bei dem Absorptionsvorgang entstehenden Lösungswärme ist im Flüssigkeitsraum ein z.B. von Kühlwasser
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durchströmter Kühler 13a angeordnet.
Aus der Absorptionseinrichtung 13 wird die Lösung, nachdem sie mit Hilfe der Pumpe 14 auf den Verfahrensdruck der Deuteriumaustausch-Anlage gebracht worden ist, durch Leitung in den Austauschturm 1 zusammen mit dem Bodenprodukt aus der Rektifikationskolonne 3, das im wesentlichen aus Wasser besteht, eingespeist.
Im folgenden wird ein Zahlenbeispiel für Methylamin (CH3NH2) als Austauschmittel angegeben.
Die Stellen, an denen die Zustandsgrößen wie Durchsatzmenge, Temperatur, Druck und Deuterium-Konzentration von Wasser und Austauschmittel angegeben sind, sind in Fig. 2 mit den Bezugszeichen a - η bezeichnet.
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Zahlenbeispiel
Zeitliche Durchsatzmenge /Mc CH3NH2 48 H2O CH3NH2 t P D + H
(lN= 140 ppir
H2O Dampf 117 Flüssig Flüssig [OC] [bar] 19.8
Dampf 69 1.0
a - 77 — 76 6.5 16.6
b - - 77 0,8 ΙΟ"7 30 5.0 1.05
C 69 - ■ - 163.7 6.6 1.05
d 0,7 ΙΟ"7 35 - . - 44 6.4 1.02
e 0,4 ΙΟ"7 - 77 35 - -9 0.9 16.6
f ■Η« - 84 48 54 6.4 .1.05
g - 117 - - 87 6.5 1.Ό2
h 6 - 84 48 87 6.4 1.05
i 118 - - 87 6.4 1.05
C-I. 1.2 ΙΟ"7 - - 14 44 6.4 1.05
k - 6 13 44 6.4 16.6
1 i - - - 57 6.4 18.5
m 7 - - 102 6.5
7 ' 87 6.5
Bei diesem Zahlenbeispiel wird im Verdampfer 11 eine Kälteleistung von 724 kW bei -90C erzeugt.
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Claims (2)

  1. - ίο -
    Patentansprüche
    \l) Verfahren für den Deuteriumaustausch zwischen Wasser und einem im Wasser löslichen Austauschmittel, wobei entweder Wasser oder das Austauschmittel an Deuterium angereichert wird, und das Austauschmittel und das Wasser durch Rektifikation voneinander getrennt werden, wobei einerseits ein Teil des Wassers verdampft und als Abtriebstrom dient, und andererseits das von dem Wasser abgetrennte Austauschmittel kondensiert wird zur Verwendung als Rücklaufflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des auskondensierten Austauschmittels durch Drosselung entspannt und sodann das hierbei abgekühlte Kondensat in Wärmeaustausch mit einem Kälteverbraucher gebracht wird, wobei das Kondensat verdampft, und dass sodann das verdampfte Austauschmittel mit dem dem Austauschverfahren zuzuführenden Wasser in Kontakt gebracht und hierbei von dem Wasser absorbiert wird, wobei die Lösungswärme abgeführt wird, und dass schliesslich die Lösung, bevor sie mit dem Austauschmittel in Isotopenaustausch gebracht wird, auf den erforderlichen Verfahrensdruck gebracht wird.
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  2. 2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus mindestens einem von Wasser und dem Austauschmittel durchströmten Austauschturm, einer Rektifikationskolonne zur Abtrennung des Wassers von dem Austauschmittel und einem Verdampfer zur Erzeugung des Abtriebstromes und einer Rektifikationskolonne zur Abtrennung des Austauschmittels vom Wasser und einem Kondensator zur Erzeugung der aus Austauschmittel bestehenden Rücklaufflüssigkeit, dadurch ■ gekennzeichnet, dass mit der Deuteriumaustausch-Anlage eine Absorptionskälte-Anlage mit Austauschmittel als Kältemittel verbunden ist, welche eine Drosseleinrichtung, einen Verdampfer und eine Absorptionseinrichtung für die Herstellung einer aus Wasser und Austauschmittel bestehenden Lösung und eine Kühleinrichtung zur Abführung der Lösungswärme und eine Pumpe zur Erhöhung des Druckes der Lösung auf den Verfahrensdruck in der Deuteriumaustausch-Anlage aufweist, wobei deren Rektifikationskolonnen, Kondensator und Verdampfer gleichzeitig als Elemente der Absorptionsanlage verwendet sind.
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    Leerseite
    COPY
DE19742406720 1974-02-08 1974-02-13 Verfahren und Anlage für den Deuteriumaustausch zwischen Wasser und einem im Wasser löslichen Austauschmittel Expired DE2406720C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH175574 1974-02-08
CH175574A CH590184A5 (de) 1974-02-08 1974-02-08

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2406720A1 true DE2406720A1 (de) 1975-08-14
DE2406720B2 DE2406720B2 (de) 1976-04-08
DE2406720C3 DE2406720C3 (de) 1976-11-18

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057225A (en) * 1989-06-09 1991-10-15 The University Of Tennessee Research Corporation Method of enrichment of oxygen-18 in natural water
US5084181A (en) * 1989-06-09 1992-01-28 The University Of Tennessee Research Corporation Enrichment of water in components of heavy water

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FR2260373A1 (de) 1975-09-05
JPS5727841B2 (de) 1982-06-12
CA1073186A (en) 1980-03-11
FR2260373B1 (de) 1978-07-13
JPS50109895A (de) 1975-08-29
CH590184A5 (de) 1977-07-29
DE2406720B2 (de) 1976-04-08
US3986343A (en) 1976-10-19

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