DE2406720B2

DE2406720B2 - Verfahren und anlage fuer den deuteriumaustausch zwischen wasser und einem im wasser loeslichen austauschmittel

Info

Publication number: DE2406720B2
Application number: DE19742406720
Authority: DE
Inventors: Mehmet Sahabettin Dipl.-Ing. Zollikerberg Ergenc (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1974-02-08
Filing date: 1974-02-13
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE2406720A1; FR2260373A1; JPS5727841B2; US3986343A; FR2260373B1; JPS50109895A; CH590184A5; CA1073186A

Description

wird zur ^rwendung a, S

^ au^^^^ « SSnJuzufüh.nden£^J

Drosselung entspannt und sodann das hierbei ab- und hierbei von dem Wasser absorbiert wird
gekühlte Kondensat in Wärmeaustausch mit einem die Lösungswarme abgeführt wird, und daßi sch eß,hch Kälteverbraucher gebracht wird, wobei das Kon- die Lösung, bevor sie mit dem Austauschmittel m densat verdampft, und daß sodann das verdampfte Isotopenaustausch gebracht wird, auf den erforder-Austauschmittel mit dem dem Austauschverfahren ao liehen Verfahrensdruck gebracht wird,
zuzuführenden Wasser in Kontakt gebracht und Eine Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens ist

hierbei von dem Wasser absorbiert wird, wobei die nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß nut Lösungswärme abgeführt wird, und daß schließlich der Deutenumaustausch-Anlage eine Absorptionsdie Lösung, bevor sie mit dem Austauschmittel in kälte-Anlage mit Austauschettel als Kältemittel ver-Isotopenaustausch gebracht wird, auf den erforder- »5 bunden ist, welche eine Drosselemnchtung einen Verliehen Verfahrensdruck gebracht wird. dämpfer und eine Absorptionsemrichtung fur die Her-2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens stellung einer aus Wasser und Austauschmittel benach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stehenden Lösung und eine Kühleinrichtung zur Abmit der Deuteriumaustausch-Anlage eine Absorp- führung der Lösungswärme und eine Pumpe zur tionskälte-Anlage mit Austauschmittel als Kälte- 30 Erhöhung des Druckes der Losung auf den Verfahmittel verbunden ist, welche eine Drosseleinrich- rensdruck in der Deuteriumaustausch-Anlage aufweist, tung (10), einen Verdampfer (11) und eine Absorp- wobei deren Rektifikationskolonnen, Kondensator tionseinrichtung (13) für die Herstellung einer aus und Verdampfer gleichzeitig als Elemente der Absorp-Wasser und Austauschmittel bestehenden Lösung tionsanlage verwendet sind.

und eine Kühleinrichtung (13a) zur Abführung 35 Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die der Lösungswärme und eine Pumpe (14) zur Er- angestrebte verbesserte Wirtschaftlichkeit dann erhöhung des Druckes der Lösung auf den Ver- reicht wird, wenn die zwangsweise bei dem bekannten fahrensdruck in der Deuteriumaustausch-Anlage Deuteriumaustausch-Verfahren aufgebrachte thermiaufweist, wobei deren Rektifikationskolonnen (1,2), sehe Leistung gleichzeitig für die Kälteerzeugung für Kondensator (4) und Verdampfer (2 a) gleichzeitig 40 einen Kälteverbraucher ausgenutzt wird. Diese therals Elemente der Absorptionsanlage verwendet sind. mische Leistung besteht in der zur Erzeugung des

Abtriebstromes aufzubringenden Heizleistung mit HiWe einer fremden Heizquelle, z. B. Heizdampf und in der aufzubringenden Kälteleisfung für die Erzeugung

45 des Rücklaufes mit Hilfe einer fremden Kältequelle,

z. B. Kühlwasser.

Bei dei Erfindung wird demnach Kälte für einen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage Verbraucher ohne zusätzlichen Aufwand an Energie für den Deuteriumaustausch zwischen Wasser und erzeugt, außer der im Vergleich zu anderen separaten einem im Wasser löslichen Austauschmittel, wobei ent- 50 Kälteanlagen unerheblichen Antriebsenergie der Pumweder Wasser oder das Austauschmittel an Deuterium pe. Bekanntlich benötigt jede separat für sich aufangereichert wird, und das Austauschmittel und das gestellte Kälteanlage Energie zur Erzeugung von Wasser durch Rektifikation voneinander getrennt Kälte, wie z. B. eine Kaltdampfmaschine die Verwerde n, wobei einerseits ein Teil des Wassers ver- dichertleistung. Diese Verdichterleistung ist jedoch bei dampft und als Abtriebstrom dient und andererseits 55 gleicher Kälteleistung wesentlich höher (z. B. etwa das von dem Wasser abgetrennte Austauschmittel 95%) als die aufzubringende Pumpenleistung gemäß kondensiert wird zur Verwendung als Rücklauf- der Erfindung. Schließlich ist die erfindungsgemäß flüssigkeit. verwendete Absorptionseinrichtung baulich äußerst

Je nachdem, ob Wasser oder Austauschmittel mit einfach, da sie z. B. als Behälter mit einer Sprühdüse einer höheren Deuterium-Konzentration als Deu- 60 für die Zuführung von Wasser und einem beispielsweise teriumquelle vorhanden ist, erfolgt bei derartigen Ver- von Kühlwasser durchströmten Kühler bestehen kann, fahren eine Deuteriumanreicherung des an Deuterium Außerdem werden die bei dem bekannten Aus-

ärmeren Austauschmittels bzw. des an Deuterium tausch-Verfahren zwangsweise vorhandenen Anlagenärmeren Wassers. teile, wie Rektifikationskolonnen, Kondensator und Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, mit 65 Verdampfer auch bei dem Verfahren zur Kälteerzeudem bekannten Deuteriumaustauschverfahren ein Ver- gung verwendet.

fahren zur Erzeugung von Kälte für einen Kältever- An Hand der Zeichnung wird im folgenden ein

braucher außerhalb der Anlage zur kombinieren, um Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem Blockschema die Ausfühnrogsform einer bekannten Deuteriumaustausch-Anlage, während in

F i g. 2 in einem Blockschema die erfindungsgemäße Kombination einer Deute riumaustausch-Anlage mit einer Absorptionskälteanlage dargestellt ist.

Die Austauschanlage gemäß F i g. 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.

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 4 a 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.

Von dem im Austauschturm 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 la 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. 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 F i g. 2 mit den Bezugszeichen a bis η bezeichnet.

Zahlenbeispiel	Zeitliche DurchsatzmenKe	CHjNH	(Mol/Sekunde)	CH₅NH₂	t	P	^D in N
	H₁O	Dampf	H₂O	flüssig			wobei
	Dampf	69	flüssig		(⁰C)	(bar)	N = 140 · 10-·
		—		—	76	6,5	19,8
ü	_._		77	0,8 10-'	30	5,0	1,0
b	_	69	77	—	163,7	6,6	16,6
c	0,7 10-'	35	—	—	44	6,4	1,05
d	0/ 10-'		—	35	-9	0,9	1,05
e	,		77	48	54	6,4	1,02
f		117	84	—	87	6,5	16,6
J σ	6			48	87	6,4	1,05
ö h		118	84	—	87	6,4	1,02
I	1,2 10-'		—	14	44	6,4	1,05
				13	44	6,4	1,05
k		48	6	—	57	6,4	1,05
ι	7	117		—	102	6,5	16,6
m	7		—		87	6,5	18,5
η

Bei diesem Zahlenbeispiel wird im Verdampfer 11 eine Kälteleistung von 724 kW bei —9° C erzeugt.

Die in F i g. 2 dargestellte Deuteriumaustausch-Anlage besteht aus den gleichen Konstruktionselementen wie F i g. 1. Lediglich die Rektifikationskolonne zur Abtrennung des Austauschmittels von dem Wasser benötigt einige Trennstufen mehr als die entsprechende Rektifikationskolonne 3 gemäß F i g. 1.

Da es sich jedoch bei derartigen Rektifikationskolonnen um konstruktiv einfache Bauformen handelt, z. B. Sieb- oder Glockenbodenkolonnen, ist der bauliche Mehraufwand relativ unerheblich. 65 Die mit F i g. 1 übereinstimmenden Konstruktionsteile der Deuteriumaustausch-Anlage sind deshalb mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 bezeichnet. Die Betriebsweise des Deuteriumaustausch-Verfah-

rens entsprechend F i g. 2 verläuft analog zu derjenigen gemäß F i g. 1, so daß hierauf zur Vermeidung von Wiederholungen nicht eingegangen wird.

Wie bereits erläutert, ist in der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform 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 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 15 in den Austauschturm 1 zusammen mit dem Bodenprodukt aus der Rektifikationskolonne 3, das im wesentlichen aus Wasser besteht, eingespeist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Erfindung der Deuteriumaustausch zwischen Wasser und dem Austauschmittel mit dem gleichen Effekt wie bei

ίο der in F i g. 1 dargestellten Deuteriumaustausch erfolgt, und zwar in bezug auf die Größe der in Austausch miteinander gebrachten Mengenströme im Austauschturm 1 sowie in bezug auf die gleich große Wärmemenge, die im Verdampfer la aufzubringen

»5 ist. Die Größe der Mengenströme, welche die Rektifikationskolonne 2 und den Austauschturm 1 durchsetzen, stimmen in beiden Fällen völlig überein. Außerdem muß im Kondensator 4 in beiden Fällen die gleiche Menge am Austauschmittel verflüssigt

so werden, und zwar in Anbetracht der Erfordernisse im Austauschturm 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

die Wirtschaftlichkeit des bekannten Austauschverfahrens zu verbessern, insofern als man nebenbei noch Patentansprüche: ™ fflr einen Kälteverbraucher erzeugen will. Tm vnrlieeenden Fall besteht eine besonders vorteil-

1. Verfahren für den Deutenumaustausch zwi- im ve· » _{m &t} _erzeugte Kälte darin, diese

sehen Wasser und einem im Wasser löslichen Aus- 5 üaite μ e Schwerwassergewinnungs-

tauschmittel, wobei entweder Wasser oder das fur aen js.diicucu

tauschmittel, wobei entweder Wasser oder da

Austauschmittd an Deuterium angereichert wird antege ausz . ^^ ^ ^
und das Austauschmittel und das Wasser durch Die Losung ω β auskondensierten AusRektifikation voneinander getrennt werden, wöbe. ^SA dSiTDroadung entspannt und sodann emerseits ein Teil des Wassers verdampft und als » ^^u™^_b^_kühlte Kondensat in Wärmeaustausch