DE2406720C3 - Process and system for the exchange of deuterium between water and a water-soluble exchange medium - Google Patents

Process and system for the exchange of deuterium between water and a water-soluble exchange medium

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DE2406720C3 DE19742406720 DE2406720A DE2406720C3 DE 2406720 C3 DE2406720 C3 DE 2406720C3 DE 19742406720 DE19742406720 DE 19742406720 DE 2406720 A DE2406720 A DE 2406720A DE 2406720 C3 DE2406720 C3 DE 2406720C3
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Mehmet Sahabettin Dipl.-Ing. Zollikerberg Ergenc (Schweiz)
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Description

F i g. 1 zeigt in einem Blockschema die Ausführungsfonn einer bekannten Deuteriumaustausch-Anlage, während inF i g. 1 shows the embodiment in a block diagram a known deuterium exchange system, while in

F i g. 2 in einem Blockschema die erfindungsgemäße Kombination einer Deuteriumaustausch-Anlage mit einer Absorptionskälteanlage dargestellt ist.F i g. 2 shows the combination according to the invention of a deuterium exchange system in a block diagram is shown with an absorption refrigeration system.

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.The replacement system according to FIG. 1 has an exchange tower 1, a rectification column 2 for separating the water from the exchange medium, a rectification column 3 for separating the exchange medium from the water and a condenser 4 for generating the reflux liquid.

Durch Leitung 3 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.Through line 3 exchange medium and through line 6 water in the exchange tower 1 with different Exchange stages fed, in which a concentration of that medium with the lower deuterium concentration takes place.

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.For example, if methylamine is used as a substitute and this has a higher deuterium concentration has than the water fed through line 6, which z. B. only natural Has deuterium concentration, water is enriched in deuterium in the exchange tower, while the exchange agent is depleted in deuterium.

Da das Austauschmittel in Wasser löslich ist, wird in der Rektifikationskolonne 3 das leichter flüchtige Austauschmittel vom Wasser abgetrennt.Since the exchange agent is soluble in water, the more volatile one is in the rectification column 3 Exchange agent separated from the water.

Im Kondensator 4, in welchem ein z. B. von Kühlwasser durchströmter Kühler Aa angeordnet ist, wird das aus AustauschmiUel bestehende Kopfprodukt zu einem Teil verflüssigt und als Rücklauf in die Kolonne 3 zurückgeführt, während der gasförmige Anteil des im Ausführungsbeispiel an Deuterium verarmten Aunauschmittels durch eine Leitung 7 einem weiteren Verwendungszweck zugeführt wird.In the capacitor 4, in which a z. B. is arranged through cooler Aa through which cooling water flows, part of the top product consisting of exchange fluid is liquefied and returned as reflux to the column 3, while the gaseous portion of the exchange medium depleted in deuterium in the exemplary embodiment is fed through a line 7 for a further purpose.

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.From the water enriched in deuterium in the exchange tower 1, the exchange agent dissolved in it becomes separated in the rectification column 2 and then that consisting of enriched water Bottom product carried away from the plant through a line 8.

Aus einem Teil des Bodenproduktes wird mittels einer z. B. von Heizdampf durchströmten Heizeinrichtung la der Abtriebstrom durch Verdampfung erzeugt. From a part of the soil product is made by means of a z. B. through which heating steam flows heating device la the output stream generated by evaporation.

Das Kopfprodukt der Kolonne besteht im wesentlichen aus dampfförmigem Austauschmittel und wird zusammen mit dem durch Leitung 5 eingespeisten Auslauschmittel in den Austauschturm I eingeleitet. Im folgenden wird ein Zahler.beispiel für Methylamin (CH3NHo) als Austauschmittei angegeben.The top product of the column consists essentially of vaporous exchange agent and is introduced into exchange tower I together with the exhaust agent fed in through line 5. In the following a counter example for methylamine (CH 3 NHo) is given as an exchange medium.

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 /i bezeichnet.The points at which the state variables such as throughput rate, temperature, pressure and deuterium concentration of water and exchange medium are given are shown in FIG. 2 denoted by the reference symbols a to / i.

ZahlenbeispielNumerical example Zeitliche DurchsatzmengeTemporal throughput CH3NH2
DampfCH 3 NH 2
steam (Mol/Sekunde)(Mole / second) CH3NH1
flüssigCH 3 NH 1
fluid tt PP. D in V D in V Η,Ο
DampfΗ, Ο
steam 6969 H2O
flüssigH 2 O
fluid __ (0C)( 0 C) (bar)(bar) D + H
wobei
.V 140 · ΙΟ"» D + H
whereby
.V 140 · ΙΟ "» —- __ —- 7676 6,56.5 19,819.8 aa —- —- 7777 0,8 10-'0.8 10- ' 3030th 5,05.0 1,01.0 bb —- 6969 7777 —- 163,7163.7 6,66.6 16,616.6 CC. 0,7 10-'0.7 10- ' 3535 —- —- 4444 6,46.4 1,051.05 dd 0,4 10-'0.4 10- ' —- —- 3535 -9-9 0,90.9 1,051.05 ee —- —- 7777 4848 5454 6,46.4 1,021.02 ff —- 117117 8484 —- 8787 6,56.5 16,616.6 88th 66th —- —- 4848 8787 6,46.4 1,051.05 hH —- 118118 8484 —- 8787 6,46.4 1,021.02 ii 1,2 10-'1.2 10- ' —- 1414th 4444 6,46.4 1,051.05 —- —- 1313th 4444 6,46.4 1,051.05 kk —- 4848 66th —- 5757 6,46.4 1,051.05 II. 77th 117117 —- 102102 6,56.5 16,616.6 mm 77th 8787 6,56.5 18,518.5 ηη

Bei diesem Zahlenbeispiel wird im Verdampfer 11 eine Kälteleistung von 724 kW bei —9° C erzeugt.In this numerical example, a cooling capacity of 724 kW at -9 ° C. is generated in the evaporator 11.

Die in F i g. 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 F i g. 1.The in F i g. 2 shown deuterium exchange system consists of the same structural elements As in FIG. 1. Only the rectification column for separating the exchange medium from the water requires a few more separation stages than the corresponding rectification column 3 according to FIG. 1.

Da es sich iedoch bei derartigen Rektifikationskolonnen um konstruktiv einfache Bauformen handelt, z. B. Sieb- oder Glockenbodenkolonnen, ist der bauliche Mehraufwand relativ unerheblich.
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-Since it is iedoch such rectification columns to structurally simple designs, z. B. sieve or bubble cap columns, the additional structural effort is relatively insignificant.
The with F i g. 1 matching structural parts of the deuterium exchange system are therefore given the same reference numerals as in FIG. 1 referred to. The mode of operation of the deuterium exchange process

5 J 65 J 6

rens entsprechend F i g. 2 verläuft analog zu der- sung, nachdem sie mit Hilfe der Pumpe 14 auf denrens according to FIG. 2 is analogous to that after it has been switched to the with the aid of the pump 14

jenigen gemäß F i g. 1, so daß hierauf zur Vermeidung Verfahrensdruck der Deuteriumaustausch-Anlage ge-those according to FIG. 1, so that thereupon to avoid process pressure of the deuterium exchange system

von Wiederholungen nicht eingegangen wird. bracht worden ist, durch Leitung 15 in den Austausch-of repetitions is not received. has been brought into the exchange through line 15

Wie bereits erläutert, ist in der in F i g. 2 darge- turm 1 zusammen mit dem Bodenprodukt aus derAs already explained, is in the in F i g. 2 darge tower 1 together with the soil product from the

stellten Ausführungsform der Erfindung mit dem 5 Rektifikationskolonne 3, das im wesentlichen auspresented embodiment of the invention with the 5 rectification column 3, which essentially consists of

Deuteriumaustausch-Prozeß ein Kälteprozeß verbun- Wasser besteht, eingespeist,Deuterium exchange process a cold process connected water exists, fed in,

den, und zwar in der folgenden Weise. Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Er-den, in the following way. It should also be pointed out that in the

Aus dem Rücklaufkondensator 4 wird ein Teil der findung der Deuteriumaustausch zwischen Wasser undThe reflux condenser 4 is part of the discovery of the deuterium exchange between water and

aus Austauschmittel bestehenden Flüssigkeit in einem dem Austauschmittel mit dem gleichen Effekt wie beiliquid consisting of exchange medium in one of the exchange medium with the same effect as in

Drosselorgan 10 entspannt und in einem Verdampfer io der in F i g. 1 dargestellten DeuteriumaustauschThrottle member 10 relaxed and in an evaporator io the in F i g. 1 shown deuterium exchange

11 durch Wärmeaustausch mit einem Kälteverbraucher erfolgt, und zwar in bezug auf die Größe der in Aus-11 takes place through heat exchange with a cold consumer, in relation to the size of the

12 verdampft und sodann in eine Absorptionseinrich- tausch miteinander gebrachten Mengenströme im tung 13 eingeleitet. Austauschturm 1 sowie in bezug auf die gleich große12 evaporated and then brought together in an absorption device exchange mass flows in device 13 initiated. Exchange tower 1 as well as in relation to the same size

In die Einrichtung 13 wird durch Leitung 6' Wasser Wärmemenge, die im Verdampfer la aufzubringenIn the device 13 is through line 6 'water amount of heat to apply in the evaporator la

eingespritzt und in diesem Wasser das Austausch- 15 ist. Die Größe der Mengenströme, welche die Rektifi-injected and in this water the exchange 15 is. The size of the mass flows that the rectifi-

mittel gelöst. kationskolonne 2 und den Austauschturm 1 durch-medium solved. cation column 2 and the exchange tower 1 through

Zur Abführung der bei dem Absorptionsvorgang setzen, stimmen in beiden Fällen völlig überein,To remove the set in the absorption process, agree completely in both cases,

entstehenden Lösungswärme ist im Flüssigkeitsraum Außerdem muß im Kondensator 4 in beiden FällenThe resulting heat of solution is in the liquid space. In addition, the condenser 4 must be in both cases

ein z. B. von Kühlwasser durchströmter Kühler 13a die gleiche Menge am Austauschmittel verflüssigta z. B. through which cooling water flows through cooler 13a liquefies the same amount of the exchange medium

angeordnet. 20 werden, und zwar in Anbetracht der Erfordernisse imarranged. 20, taking into account the requirements in

Aus der Absorptionseinrichtung 13 wird die Lö- Austauschturm 1.The extinguisher exchange tower 1 becomes the absorption device 13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 die Wirtschaftlichkeit des bekannten Austauschverfah- Patentansorüche· rens zu verbessern, insofern als man nebenbei noch Patentansprüche. ^.^ ^ ^^ Kälteverbraucher erzeugen will. h i bd Paten Patentanpü ^^ ^ ^^ Kälteverbrauche g1 2 to improve the economic viability of the known exchange method, insofar as patent claims. ^. ^ ^ ^^ wants to generate refrigeration consumers. h i bd patents patent applications ^^ ^ ^^ cooling consumption g 1. Verfahren für den Deuteriumaustausch zwi- Im vorliegenden Fall^besteht eine besonders vorteilschen Wasser und einem im Wasser löslichen Aus- 5 hafte Anwendung fur die erzeugte Kalte dann, d.ese tauschmittel, wobei entweder Wasser oder das für den Kältebedarf emer Schwerwassergewmnungs-Austauschmittel an Deuterium angereichert wird, anlage auszunutzen.1. Process for the deuterium exchange between- In the present case there is a particularly advantageous one Water and a water-soluble compound. Application for the generated cold then, i.e. medium of exchange, with either water or the medium of heavy water drifting for cold water is enriched in deuterium to exploit plant. und das Austauschmittel und das Wasser dureft Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfin-and the exchange medium and the water are allowed. The solution to this problem is according to the invention Rektifikation voneinander getrennt werden, wobei dung darin, daß ein Teil des auskondensierten Auseinerseits ein Teil des Wassers verdampft und als io tauschmittels durch Drosselung entspannt und sodann Abriebstrom dient und andererseits das von dem das hierbei abgekühlte Kondensat in Wärmeaustausch Wasser abgetrennte Austauschmittel kondensiert mit einem Kälteverbraucher gebracht wird, wobei das wird zur Verwendung als Rücklaufflüssigkeit, Kondensat verdampft, und daß sodann das verdadurchgekennzeichnet, daß ein Teil dampfte Austauschmittel mit dem dem Austauschdes auskondensierten Austauschmittels durch x5 verfahren zuzuführenden Wasser in Kontakt gebracht Drosselung entspannt und sodann das hierbei ab- und hierbei von dem Wasser absorbiert wird, wobei gekühlte Kondensat in Wärmeaustausch mit einem die Lösungswärme abgeführt wird, und daß schließlich Kälteverbraucher gebracht wird, wobei das Kon- die Lösung, bevor sie mit dem Austauschmittel in densat verdampft, und daß sodann das verdampfte Isotopenaustausch gebracht wird, auf den erforder-Austauschmittel mit dem dem Austauschverfahren so liehen Verfahrensdruck gebracht wird, zuzuführenden Wasser in Kontakt gebracht und Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens istRectification are separated from each other, whereby part of the condensed out on the one hand evaporates part of the water and relaxes as an exchange medium by throttling and then serves the abrasion flow and on the other hand the exchange medium separated from the condensate cooled in heat exchange water is condensed with a cold consumer is, which is evaporated for use as reflux liquid, condensate, and that then this denotes that a part of the vaporized exchange medium is brought into contact with the water to be supplied to the exchange of the condensed exchange medium by x 5 process the water is absorbed, with cooled condensate being dissipated in heat exchange with a heat of solution, and that finally cold consumers are brought, with the condensate evaporating before it with the exchange medium in the densate, and that then the v evaporated isotope exchange is brought to the required exchange medium with the process pressure so lent to the exchange process, brought into contact with water to be supplied and a system for carrying out the process is hierbei von dem Wasser absorbiert wird, wobei die nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mit Lösungswärme abgeführt wird, und daß schließlich der Deuteriumaustausch-Anlage eine Absorptionsdie Lösung, bevor sie mit dem Austauschmittel in kälte-Anlage mit Austauschmittel als Kältemittel ver-Isotopenaustausch gebracht wird, auf den erforder- »5 bunden ist, welche eine Drosseleinrichtung, einen Verliehen Verfahrensdruck gebracht wird. dämpfer und eine Absorptionseinrichtung für die Her-this is absorbed by the water, which according to the invention is characterized in that with Heat of solution is removed, and that finally the deuterium exchange system an absorption die Solution before being isotopic exchange with the exchange medium in refrigeration system with exchange medium as refrigerant is brought to the required »5 is bound, which a throttle device, a award Procedural pressure is brought. damper and an absorption device for the 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 Austauschmiltel als Kälte- 30 Erhöhung des Druckes der Lösung 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.2. Plant for the implementation of the process position one of water and exchange medium adjacent Claim 1, characterized in that standing solution and a cooling device for Abmit the deuterium exchange system an absorption of the heat of solution and a pump for tion refrigeration system with exchange medium as refrigeration 30 increasing the pressure of the solution on the process medium is connected, which has a throttle device pressure in the deuterium exchange system, device (10), an evaporator (11) and an absorption, with their rectification columns, condenser tion device (13) for the production of a from and evaporator at the same time as elements of the Absorp-Wasser and exchange means existing solution plant are used. und eine Kühleinrichtung (13α) 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 (2a) gleichzeitig 40 einen Kälteverbraucher ausgenutzt wird. Diese therals Elemente der Absorptionsanlage verwendet sind. mische Leistung besteht in der zur Erzeugung desand a cooling device (13α) for discharge 35 The invention is based on the knowledge that the the heat of solution and a pump (14) for the desired improved economic efficiency then increase the pressure of the solution on the is sufficient if the compulsory with the known driving pressure in the deuterium exchange plant shows the deuterium exchange process applied thermal, where their rectification columns (1,2), see power for the refrigeration for the same time Condenser (4) and evaporator (2a) at the same time 40 a refrigeration consumer is used. These therals Elements of the absorption system are used. mixed performance consists in the generation of the Abtriebstromes aufzubringenden Heizleistung mit Hilfe einer fremden Heizquelle, z. B. Heizdampf und in der aufzubringenden Kälteleistung für die Erzeugung 45 des Rücklaufes mit Hilfe einer fremden Kältequelle, z. B. Kühlwasser.Output current to be applied heating power with the help of an external heat source, z. B. heating steam and in the cooling capacity to be applied to generate 45 the return with the help of an external cold source, z. B. cooling water. Bei dei Erfindung wird demnach Kälte für einenWith the invention, therefore, becomes cold for you Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage Verbraucher ohne zusätzlichen Aufwand an Energie für den Deuteriumaustausch zwischen Wassier 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 auf- »ngereichent 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 η, 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 Wasse.1 abgetrennte Austauschmittel 95%) als die aufzubringende Pumpenleistung gemäß kondensiert wird zur Verwendung als Rücklauf- der Erfindung. Schließlich ist die erfindungsgemäß flüssigkeit. verwendete Absorptionseinrichtung baulich äußerstThe invention relates to a method and a system consumer without additional expenditure of energy for the deuterium exchange between water and generates, in addition to the compared to other separate, a water-soluble exchange medium, whereby ent- 50 refrigeration systems insignificant drive energy of pumping water or the exchange medium of deuterium pe. As is well known, each needs to be collected separately for itself, and the exchange medium and the refrigeration system provided energy for generating water by rectification are separate from each other. B. a cold steam engine the use η, on the one hand part of the water verdichertleistungs. This compressor output is, however, when steaming and serves as an output flow and, on the other hand, the same refrigeration output is significantly higher (e.g. about 95% of the exchange medium separated from the water. 1 ) than the pump output to be applied is condensed for use as a return flow of the invention. Finally, the liquid according to the invention. used absorption device structurally extremely 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 teriumquelie 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-Depending on whether water or replacement agent with simply because they z. B. as a container with a spray nozzle a higher deuterium concentration than Deu- 60 for the supply of water and one example teriumquelie is present, occurs with such a type of radiator through which cooling water flows, drive a deuterium enrichment of the deuterium In addition, the in the known 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.poorer exchange medium or the inevitably available system poorer in the deuterium exchange process Water. parts, such as rectification columns, condenser and The invention has set itself the task of using 65 evaporators also in the process of cold earths known deuterium exchange process is used. fahren zur Erzeugung von Kälte für einen Kältever- An Hand der Zeichnung wird im folgenden eindrive to generate cold for a Kältever- On the basis of the drawing is a below braucher außerhalb der Anlage zur kombinieren, um Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.Consumers outside of the plant to combine to explain the embodiment of the invention.
DE19742406720 1974-02-08 1974-02-13 Process and system for the exchange of deuterium between water and a water-soluble exchange medium Expired DE2406720C3 (en)

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