DE2428577A1

DE2428577A1 - Trennverfahren

Info

Publication number: DE2428577A1
Application number: DE19742428577
Authority: DE
Inventors: Arno Kersting; Hansjoachim Dipl Chem Niemann; Eberhard Dipl Chem Dr Schuster
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1975-12-18
Also published as: CA1050925A; FR2279446A2; AU496829B2; DE2428577C3; ZA753311B; DE2428577B2; US3969204A; AU8162175A; GB1497328A; FR2279446B2; IL47330A

Description

1974

Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Erlangen,

Werner-von-Siemens-Str.67

VPA 74/9420 Mü/Ant

Trennverfahren

(Zusatz zur Patentanmeldung P 23 24 779.2 - VPA 73/9423) - Geheim

Das Hauptpatent hat ein Verfahren zur Trennung von vorzugsweise gasförmigen Stoff-, insbesondere Isotopengemischen unter Verwendung von Laserstrahlen zur Ermöglichung einer gezielten chemischen Reaktion eines Gemischanteiles mit einem Reaktionspartner zum Gegenstand, wobei die Moleküle des abzutrennenden Stoffes in an sich "bekannter Weise durch schmalbandige Lichtquellen angeregt werden und dem anderen Reaktionspartner die zur Ermöglichung der chemischen Reaktion "benötigte Restenergie zugeführt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens war vorgesehen, die chemische Reaktion im gleichen Gefäß ablaufen zu lassen, in welchem auch die Moleküle des abzutrennenden Stoffes durch einen Laserstrahl angeregt wurden. Der Reaktionspartner konnte auch außerhalb dieses G_efäßes mit der zur Ermöglichung der chemischen Reaktion benötigten Restenergie versehen werden, beispielsweise durch Erwärmung.

Bei der Weiterentwicklung dieses Verfahrens hat es sich nun herausgestellt, daß die selektive Anregung unter Umständen auf Schwierigkeiten stoßen kann, wenn durch den gleichen Laserstrahl auch Teile des Reaktionspartners in ihrem Energiezustand beeinflußt werden. Eine individuelle Einstellung der Reaktionsbedingungen, wie z.B. Druck, Temperatur usw., wie sie für einen optimalen Ablauf der chemischen Reaktion wünschenswert sind, kann daher manchesmal nicht möglich sein. Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Verfahrensführung zu finden, die eine

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individuelle und optimale Einstellung der Verfahrensdaten erlaubt und damit wesentlich verbesserte Trennergebnisse erwarten läßt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anregung des abzutrennenden Stoffes oder Isotopes sowie die Zuführung der Restenergie zum Reaktionspartner in getrennten Räumen durchgeführt wird und diese Stoffe anschließend auf kürzestem Wege in einem Misch- und Reaktionsgefäß zusammengebracht werden. Es ist dabei zweckmäßig, das Misch- und Reaktionsgefäß als kreisrunde Kammer mit tangentialen Einführungen der für die Reaktion vorgesehenen Stoffe auszubilden und mit wenigstens einem Auslaß für die Reaktionsprodukte zu versehen.

Diese Verbesserung des ursprünglichen Verfahrens macht Gebrauch von der Erkenntnis, daß die angeregten Zustände nur für kurze Zeit existieren. Bei der Infrarotanregung in der Gasphase beträgt ihre Lebensdauer beispielsweise einige m sek. Diese Zeiten sind wohl sehr kurz, sie ermöglichen aber dennoch die Durchführung dieses Verfahrens. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß die Verbindungswege zwischen dem Reaktionsgefäß und den Anregungsgefäßen möglichst kurz sind und einen möglichst geringen Strömungswiderstand besitzen. Die Misch- und Reaktionskammer muß außerdem so gebaut sein, daß der Mischvorgang möglichst rasch vor sich geht. Geeignete Konstruktionen hierfür sind aus der Experimentiertechnik zur Erfassung der chemischen Kinetik bekannt, so z.B. zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Prozesse, siehe z.B. das Buch W. I. Moore, De Gruyter Verlag Berlin 1973, Seiten 360 und 361.

Zur weiteren Erläuterung dieses Verfahrens sei auf die Figur verwiesen, in der ein derartiges Punktionsschema dargestellt ist. Das Laserlicht L durchsetzt in Form einer fortschreitenden oder stehenden Welle einen Bestrahlungsraum BR, der auf der

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einen Seite mit einer Zuführungsleitung für das zu tennende Gemisch ZG versehen ist. Am anderen Ende dieses Bestrahlungsraumes führt eine kurze Leitung zur Mischkammer MK. Diese Mischkammer MK ist einer weiteren Leitung angeschlossen, die an den Heizraum H angeschlossen ist. In diesen Heizraum H wird über die Leitung ZR der Reaktionspartner zugeführt. Über die Leitung A werden die Reaktionsprodukte aus der Mischkammer MK in einen Sammelraum S geleitet.

Die Zuführungsleitungen aus dem Bestrahlungsraum BR und aus dem Heizraum H münden auf kürzestem Wege und tangential in die Mischkammer MK, so daß eine äußerst rasche Vermischung dieser Stoffe stattfindet.

Um eine Vorstellung von den Größenordnungen derartiger Apparaturen zu geben, sei erwähnt, daß der Durchmesser des Bestrahlungsraumes BR z.B. 20 mm betragen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases aus diesem Raum zur Mischkammer MK beträgt beispielsweise 50 m pro Sekunde. Wenn die Lebensdauer der angeregten Teilchen 4 ms beträgt, dann wäre noch eine Länge der Verbindungsieitung zwischen dem Bestrahlungsraum und der Mischkammer von etwa 20 cm möglich. Bei einer Lebensdauer der Teilchen von 1 ms ergäbe sich dann eine Länge von 5 cm. Derartige Abmessungen lassen sich aber konstruktiv leicht darstellen, sie können wenn nötig, auch ohne Schwierigkeiten noch verkleinert werden.

Mit einer derartigen Verfahrensführung sind zunächst folgende Vorteile verbunden: Die Fenster des Bestrahlungsraumes können von einem evtl. korrodierend wirkenden Reaktionspartner nicht angegriffen werden. Auch ausfallende Reaktionsprodukte können sich nicht auf diesen Fenstern absetzen. Außerdem wird eine Störung der Anregung durch eine zufällige Lichtabsorption des Reaktionspartners vermieden. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Temperatur des Bestrahlungsraumes so eingestellt werden kann, daß ein Beschlagen der Wandungen und der Fenster durch das

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zu trennende Stoffgemisch nicht möglich ist. Diese Temperatureinstellbarkeit ermöglicht aber auch die Herbeiführung einer für die Anregung optimalen Temperatur des Stoffgemisches. Auch die anderen Gefäße, die Mischkammer MK sowohl als auch das Gefäß H für die Aufheizung des Reaktionspartners können für sich getrennt auf optimale Temperaturwerte eingestellt werden. Dies bedeutet, daß Anregung und Reaktion bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden können. Zum Beispiel kann die Anregung im Bestrahlungsraum BR bei niedrigerer Temperatur als die Reaktion in der Mischkammer MK durchgeführt werden um die Dopplerbreite der Spektrallinien möglichst klein zu halten. Eine nichtgewünschte, zufällige Absorption von laserenergie durch Reaktionspartner oder Reaktionsprodukte wird mit Sicherheit vermieden.

In diesen Beispielen wurde dem Reaktionspartner die benötigte Restenergie durch zusätzliche Beheizung zugeführt. Dies wäre jedoch, wie auch im Hauptpatent dargestellt, auf andere Weise, z.B. ebenfalls durch eine Laseranregung möglich. Die Art der chemischen Reaktion ist selbstverständlich ebenfalls die gleiche, wie bereits im Hauptpatent beschrieben. Daraus ergibt sich, daß selbstverständlich auch noch Variationen im Aufbau der für die Durchführung eines solchen Verfahrens benötigten Einrichtungen möglich sind. Diese haben sich in jedem Fall nach der für die jeweilige beabsichtigte Stofftrennung vorgesehenen chemischen Reaktion zu richten.

2 Patentansprüche

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Claims

- 5 - VPA 74/9420 Patentansprüche

1. Verfahren zur Trennung von vorzugsweise gasförmigen Stoff-, insbesondere Isotopengemischen unter Verwendung von Laserstrahlen·zur Ermöglichung einer gezielten chemischen Reaktion eines Gemischanteiles mit einem Reaktionspartner nach Hauptpatent (amtl. Aktenzeichen: P 23 24 779.2 VPA 73/9423), wobei die Moleküle des abzutrennenden Stoffes in an sich bekannter Weise durch schmalbandige Lichtquellen angeregt werden und dem anderen Reaktionspartner die zur Ermöglichung der chemischen Reaktion benötigte Restenergie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des abzutrennenden Stoffes oder Isotopes sowie die Zuführung der Restenergie zum Reaktionspartner in getrennten Räumen durchgeführt wird und diese Stoffe anschließend auf kürzestem Wege in einem Misch- und R_eaktionsgefäß zusammengebracht werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Misch- und Reaktionsgefäß als kreisrunde Kammer mit tangentialen Einführungen der für die Reaktion vorgesehenen Stoffe ausgebildet und mit wenigstens einem Auslaß für die Reaktionsprodukte versehen ist.

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