DE2528868C2

DE2528868C2 - Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches

Info

Publication number: DE2528868C2
Application number: DE19752528868
Authority: DE
Inventors: Makoto Yokohama Moriya
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1974-06-29
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1982-12-16
Also published as: DE2528868A1; GB1510677A; FR2276078A1; FR2276078B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches in deren Komponenten mit einer Vielzahl von Diffusionstrennstufen, welche einen Einlaßraum für das Gemisch und eineu ersten Auslaß für ein mit der ersten Komponente angereichertes erstes Gemisch und einen zweiten Auslaß für mit der zweiten Komponente angereichertes zweites Gemisch aufweisen, wobei der erste Auslaß vom Einlaßraum durch eine erste Membran getrennt ist und der zweite Auslaß vom Einlaßraum durch eine zweite Membran getrennt ist und die Membranen eine unterschiedlich starke Anreicherung in der bevorzugt hindurchgelassenen Gemischkompoiaente bewerkstelligen, so daß das erste Gemisch stärker mii der ersten Komponente angereichert ist als das zweite Gemisch mit der zweiten Komponente, und mit Leitungen zum Fördern des ersten Gemisches zu einer nachfolgenden Diffusionstrennstufe und Leitungen zum Fördern des zweiten Gemisches zu einer vorhergehenden Diffusionstrennstufe.

Das Kühlmittel eines sogenannten schnellen Brutreaktors besteht im allgemeinen aus flüssigem Natrium. Dieser Reaktor ist dabei von Argongas umschlossen, am eine Oxydation des flüssigen Natriums zu verhindern. Die aus dem Kernbrennstoff im Betrieb des Kernreaktors anfallenden Spaltproddukte enthalten radioaktive Gase, wie Xenon und Krypton. Diese radioaktiven Gase vermischen sich dabei mit dem Argongas und werden in Form eines gasförmigen radioaktiven Abfallprodukts abgeführt. Wenn das verbrauchte Argon durch neues Gas ersetzt wird, muß das radioaktive Xenon oder Krypton vom Argon abgetrennt werden, um es für die Wiederverwendung zu reinigen, während das abgetrennte radioaktive Xenon oder Krypton speziellen Verwendungszwecken zugeführt wird oder die radioaktiven Gase aufbewahrt werden, bis ihre Radioaktivität auf einen niedrigen Wert abgeklungen ist.
Die bekannten Vorrichtungen zum Abtrennen von Bestandteilen eines Gasgemisches, wie sie für die Rückgewinnung eines radioaktiven Gases, wie Xenon oder Krypton eingesetzt werden, arbeiten nach dem Prinzip der Extraktion mit Kohlenwasserstoffen oder Chlorfluormethan, der Adsorption an Holzkohle, der Abtrennung durch Tieftemperaturdestillation ;.nd der Abtrennung mittels Membranen. Bei aller. Vorrichtungen, mit Ausnahme der nach dem Membranverfahren arbeitenden, sind dabei jedoch Kühlvorgänge erforderlich. Aus diesem Grund wird die nach dem Membranverfahren arbeitende Vorrichtung bevorzugi, die keiner Kühlung bedarf. Die Bauvorschriften für eine nach dem Membran verfahren arbeitende Gastrennvorrichtung werden unter Berücksichtigung z.B. der Leistung der Vorrichtung, der Oberfläche der Membran(en) und der Zahl der in Kaskade geschalteten Einheiten entsprechend den Eigenschaften der Mernbran(en), beispielsweise ihrer Permeabilität, bestimmt. Der bisher eingesetzten Trennvorrichtung haftet der Nachteil an, daß eine sehr sperrige Membran verwendet werden muß.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines herkömmlichen rviembran-Trennvorrichiung mit sieben in Kaskade geschalteten Zelleneinheiten, die mit Gastrennmembranen Ml bis M7 versehen sind. Die die Zellen verbindenden Rohrleitungen H1 bis H13 sind mit Kompressoren Cl bis C7 und Strömungsregelveniilen. Absperrschiebern und zusätzlichen Rohrleitungen versehen, von denen letztere jedoch nicht näher dargestellt sind. Nach der Verdichtung durch einen Kompressor C4 wird ein Zweikomponenten-Gasgemisch X— Y, wobei die eine Komponente mit A'und die andere mit Kbezeichnet ist, z.B. in die vierte Zelleneinheit A4 eingeleitet, deren Membran M4 das Gemisch X— Y in einen Teil Y(X-n) mit einem hohen Gehalt an der Komponente Y

und einen Teil X (Y- ri) mit einem hohen Gehalt an der Komponente X auftrennt. Dabei bedeutet η jeweils die Menge, um die die jeweils weniger permeirende Gemischkomponente beim ersten Durchlaufen einer Diffusionstrennstufe verringert wird, ri die entsprechende Menge nach dem zweiten Durchlauf usw. Der durch die Membran M4 hindurchgedrungene, F-reiche Teil Y(X-ri) wird über eine Leitung H1 in die fünfte Zelle A5 eingeleitet, nachdem er während seiner Förderung durch einen Kompressor C5 verdichtet wurde. Der durch die Membran M5 der fünften Zelle A5 hindurchdiffundierte und dabei stärker mit der Komponente Y angereicherte Gasanteil Y(X-ri) wird über eine Leitung H2 zur sechsten Zelle A 6 geführt, nachdem er während seiner Förderung durch einen Kompressor C6 verdichtet wurde \vSähnliche Weise wird der Gasanieil YL^v-n"), "-rcner die Membran M6 der sechsten Zelle C& da-^lid'ujgen und dadurch einen noch höheren Gehalt ar ^Λρ\ .omponente Y erhalten hat, über eine Leitung K " ^ die siebente Zelle A7 eingeführt, nachdem er v/äh.cnd seiner Förderung durch einen Kompressor CT < ·> -ichtet wurde. Schließlich wird der durch die Membran M7 der siebenten Zelle A7 hindurchgetretene Gasanteil als reine y-Kompouente rückgewonnen.

Andererseits wird ein abgereicherter Anteil X(Y—n"') des Gasgemisches X— Y, der aus der fünften Zelle A5 austritt, ohne durch deren Membran M5 hindurchgetreten zu sein, über eine Leitung H4 zum vierten Kompressor C4 geführt. Ein ähnlicher abgereicherter Gasanteil X( Y—ri") wird über eine Leitung HS zum fünften Kompressor C 5 geleitet. Ein weiterer abgereicherter Gasanteil X(Y-ri), der von der siebenten Zelle A7 geliefert wird, strömt über eine Leitung H6 zum sechsten Kompressor C 6. Auf ähnliche Weise strömt der aus der vierten Zelle A4 austretende abgereicherte Gasanteil X(Y-n) über eine Leitung H7 zum dritten Kompressor C3. Ein angereicherter Gasanteil Y(X-ri"), der aus der dritten Zelle A3 ausgetragen wurde, wird über eine Leitung H8 zum vierten Kompressor C4 geleitet. Ein aus der dritten Zelle A3 austretender abgereicherter Gasanteil X( Y—ri) wird über eine Lutung H 9 und den zweiten Kompressor C 2 wieder in die zweite Zelle A 2 eingeleitet. Ein angereicherter Gasanteil Y(X- ri'), welcher die Membran M 2 der zweiten Zelle A 2 durchströmt hat, wird über eine Leitung HlO zum dritten Kompressor C 3 geführt. Ein aus der zweiten Zelle A 2 ausgetragener abgereicherter Gi.santeil X(Y-ri') wird über eine Leitung HIl und den ersten Kompressor C \ erneut in die erste Zehe A1 eingeleitet. Ein durch die Membran M1 der ersten Zelle A1 hindurchgetretener angereicherter Gasanteil Y(X-ri) strömt über eine Leitung H12 zum zweiten Kompressor C2. Ein abgereichertes Gaa X{Y—ri") wird über eine Leitung H13 als reine Gaskomponente rückgewonnen.

Bei der herKömmlichen Gas-Trennanlage, deren Zellen jeweils eine einzige Membran verwenden, wird jedoch die eine Komponente eines Gasgemisches fortlaufend angereichert, bevor sie den betreffenden Membranen ήϊ i und M7 zugeführt wird, was eine entsprechende Verringerung der Gastrennfähigkeit zur Folge hat. Außerdem wird dabei die Membran durch den Gasdruck beschädigt, so daß sie ihr stabiles Gastrennvermögen nicht über einen längeren Zeitraum hinweg aufrechterhalten kann. Zur Gewährleistung einer höheren Gastrennung wäre es daher notwendig, eine größere und sperrigere Membran oder eine größere Zahl von Zelleneinheiten und mithin auch von AnschlüsFen zu verwenden, so daß die Gas-Trennanlage schließlich unzulässig sperrig werden würde.

Zur Ausschaltung der dieser bekannten Gas-Trennanlage anhaftenden Nachteile wurde bereits eine andere Anlage vorgeschlagen, die eine Anzahl von in Kaskade geschalteten Zelleneinheiten aufweist. Der Wirkungägrad einer Gas-Trennvorrichtung unter Verwendung von zwei Membranarten mit unterschiedlicher Permeabilität wird im allgemeinen durch die synergistische Wirkung der beiden Membranen bestimmt. Eine solche Trennanlage in Form einer Anzahl von in Kaskade geschalteten Zelleneinheiten mit je zwei Membranarten von wesentlich unterschiedlichem Gastrennvermögen, bei dem die abgetrennten Anteile des Gasgemisches nacheinander in die einander benachbarten Zellen eingeleitet wer den, besitzt jedoch die Eigenart, daß seine Eigenschaften durch

'.5 die niedrigere Permeabilität der einen seiner beiden Membranen bestimmt werden. Dieser Nachteil wird dem Umstand zugeschrieben, daß sich die abgetrennten Gasanteile, die in unterschiedlichen Konzentrationen aus den in Kaskade geschalteten Zellen abgezogen werden,

2C am Konvergenzpunkt einer Anreicherungs- und einer Abreicherungsleitung miteinander vermischen.

Aus der DH-OS 2309 315 ist bereit« eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches der »,,agangs genannten Art bekannt. Dabei ist der erste Auslaß einer Diffusionstrennstufe jeweils mit dem Einlaß der nachfolgenden Diffusionstrennstufe verbunden, während der zweite Auslaß mit dem Einlaß der vorhergehenden Diffusionstrennstufe verbunden ist. Eine Trennvorrichtung dieser Art arbeitet aber nur dann völlig zufriedenstellend, wenn jede Diffusionstrennstufe bezüglich beider Komponenten des Gasgemisches völlig symmetrisch arbeitet, d.h., wenn das erste Gemisch genauso stark mit der ersten Komponente angereichert wird wie das zweite Gemisch mit der zweiten Komponente. Dies trifft jedoch im allgemeinen bei Duffusionstrennstufen nicht zu, bei denen die Auslässe über Membranen verschiedener physikalischchemischer Eigenschaften mit dem Einlaßraum in Verbindung stehen. Unterscheidet sich z. B. das Trennvermögen der Membranen für die erste bzw. zweite Komponente um einen Faktor 10, wobei angenommen werden soll, daß sie starke Anreicherung beim ersten Auslaß err ilten wird, so wird bei dieser bekannten Vorrichtung ein Gemisch zum Einlaßraum der vorhergehenden Diffusionstrennstufe zurückgeführt, dessen Konzentration an erster Komponente fast der am ersten Auslaß dieser vorhergehenden Diffüsionsirennstüfe erhaltenen Konzentration an erster Komponente entspricht. Es wird also insgesamt ein schlechter Trermeffekt erhalten.
Mit der Erfindung wird nun die Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches in seine Komponenten zu verbessern, die aus Diffusicnslrennstufen mit Membranen unterschiedlicher Durchlässigkeit für die Gemischkomponenten aufgebaut ist, wobei aber die Größe der Durchlässigkeit für die erste Komponente bei der ersten Membran von der Durchlässigkeit für die zweite Komponente bei der zweiten fviembrap verschieden isi mn! in üci Regel zusätzlich auch noch die Durchlässigkeit für die jeweils weniger gut durchgelassene Gemischkomponente verschieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches der eingangs genannten Art in einer ersten Ausführungsforrn dadurch gelöst, daß der Auslaß einer jeden Diffusiorstrennstufe, bei dem das nur weniger mit der zweiten Komponente angereicherte zweite Gemisch erhalten wird, jeweils über eine Zweigleitung mit dem Einlaßraum derselben Diffusionstrennstufe verbunden ist.

Bei dieser ersten Lösung wird also ein Teil des zweiten Gemisches, das noch einen großen Anteil der ersten Gemischkomponente enthält, direkt zum Einlaßraum derselben Diffusionstrennstufe zurückgeführt. Damit erhält die entsprechende Menge der ersten Komponente sofort wieder Gelegenheit, durch die erste Membran zum ersten Auslaß zu gelangen und von dort zur nächstfolgenden Diffusionstrcnnstufe. Entsprechend wird zum Einlaßraum der vorhergehenden Diffüsionstrennstufe eine geringere Menge dieser ersten Komponente zurückgeführt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei jeder Diffusionstrennstufe die zum Einlaßraum der vorhergshenden Diffusionstrennstufe führende Leitung und die mit dem Einlaßraum derselben Diffusionstrennstufe verbundene Leitung über einen einstellbaren Verteiler mit dem das zweite Gemisch bereitstellenden Auslaß verbunden sind.

In eineranderen Ausführungsform der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der das mit der ersten Komponente stark angereicherte Gemisch bereitstellende erste Auslaß einer jeden der Diffusicnsstufen mit dem Einlaßraum der übernächsten oder einer noch weiter entfernten Diffusionstrennstufe verbunden ist. Bei dieser Lösung wird die unnötig wiederholte Abtrennung der mit gutem Wirkungsgrad abgetrennten Komponente des Gemisches dadurch vermieden, daß das stark angereicherte erste Gemisch nicht dem Einlaßraum der nächstfolgenden Diffusionstrennstufe zugeführt wird, sondern der übernächsten oder sogar einer noch weiter entfernten Diffusionstrennstufe.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließdiagramm der Kaskadenanordnung bei einer Membran-Trennanlage gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsforrn einer Zelleneinheit bei einer Gas-Trennanlage gemäß der Erfindung.

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Zelleneinheit von Fig. 2.

Fig. 4 ein Fließdiagramm der Kaskadenanordnung von Zelleneinheiten bei einer Gas-Trennanlage gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Fließdiagramm der Kaskadenanordnung von Zelleneinheiten bei einer Gas-Trennanlage gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Zelleneinheit zur Verwendung bei einer erfindungsgemäßen Gas-TrennanJage.

Nachstehend sind anhand von Fig. 2 bis 5 spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

GemäiS Fig. 2 weist eine allgemein mit 10-4 bezeichnete Zelleneinheit ein Gehäuse 11 aus zwei Dichtplatten 12, 13 auf. Das Gehäuse 11 ist mit einer Kammer 14 versehen, in weiche ein Gasgemisch zur Auftrennung eingeführt wird. In den Endabschnitten der Kammer 11 sind einmal eine Gaszufuhr 15 und zum anderen ein mit einem Manometer 37 versehener Zylinder 16 angeordnet. Die Kammer 14 wird dabei durch in den Dichtplatten 12, 13 vorgesehene Hohlräume 21 bzw. 22 festgelegt. Die Dichtplatten 12, 13 besitzen gemäß der Aufsicht von Fig. 3 eine rechteckige Form, und sie sind an der einen Seite offen. In Fig. 3 ist nur die untere Dichtplatte 13 dargestellt, während die obere Dichtplatte 12 abgenommen ist. Die den Teilen von Fig. 2 entsprechenden Teile gemäß Fig. 3 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Dichtplatten 12, 13 weisen rechteckige Hohlräume oder Ausnehmungen 21 bzw. 22 auf, um die herum rechteckige Nutzen 17 bzw, 18 ausgebildet sind, in welche Dichtungen 19 bzw. 20 zur gasdichten Abdichtung der Kammer eingesetzt sind. Die Dichtplatten 12, 13 sind mit mehreren Bohrungen 23 versehen, so daß sie mit Hufe von Schraubbolzen 24 gasdicht gegeneinander verspannt werden können.

ίο In die Ausnehmungen 21,22 der Dichtplatten 12 bzw. 13 sind gasdurchlässige Membranen 25 bzw. 26 eingesetzt, die aus dünnen Membranlagen 27 bzw. 28 mit selektiver Gasdurchlässigkeit bestehen and durch poröse Ssützmaterialien oder -lagen 29 bzw. 30 versteift sind.

Die durch die Membranen 25,26 hindurchdiffundierten, abgetrennten Gasanteile durchströmen durch Ansätze 31 bzw. 32 festgelegte Spalte bzw. Zwischenräume 33, 34 sowie Rohrstutzen 39, 41, die sich durch die Mittelteile der Dichtplatten 12. 13 zu den Membranen 25, 26 erstrecken, so daß diese Gasanteile zu den unmittelbar über bzw. unter der Zelleneir.heit 10-4 befindlichen Zelleneinheiten 10-5 bzw. 10-3 geleitet werden.

In den Endabschnitt der Gaszufuhr 15 ist ein Rohrstutzen 35 eingeschraubt der mit einem Vorrat 36 für das zu trennende Gasgemisch. z.B. mit einem Vorratsbehälter für das Schutzgas, eines sog. schnellen Brüters, verbunden ist. In den Endabschnitt des Zylinders 16 ist ein Rohrstutzen ~8 eingeschraubt, der mit einem Manometer 37 zur Messung des innerhalb der Kammer 14 herrschenden Drucks verbunden ist.

Im folgenden ist nunmehr das Verfahren zum Trennen der Bestandteile eines Gasgemisches, ζ B. aus Argon und Xenon, beschrieben. In diesem Fall sei angenommen, daß die eine Membran 27 der beiden in jeder Zelleneinheit vorgesehenen Membranarten mit unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit aus Silicongummi besteht, während die andere Membran 28 aus Celluloseacetat besteht. Letztere besitzt die Eigenschaft, daß sie für Argon sehr durchlässig, für Xenon dagegen nahezu undurchlässig

■»ο ist. Andererseits ist die Silicongummimembran für Xenon stark durchlässig, für Argon dagegen nahezu undurchlässig. Dies bedeutet, daß keine dieser Membranen für eines der beiden Gase vollkommen undurchlässig ist, sondern eine geringfügige Durchlässigkeit dafür besitzt; d.h., sie besitzt einfach eine erheblich geringere Durchlässigkeit für das eine Gas.

Das Argon in einem Argon-Xenon-Gasgemisch, das vom Gasgemischvorrat 36 in die Kammer 14 eingeleitet wird, strömt über die Celluloseacetatmembran 28, ein poröses keramisches Auskleidungsmaterial 30, den Snalt 34 und den Rohrstutzen 41 in die untere Zelleneinhen 10-3. Das Xenon tritt dagegen über die Silicongummimembran 27, ein poröses Keramik-Auskleidungsmaterial 29, den Spalt 33 und den Rohrstutzen 39 in die obere Zelleneinheit 10-5 ein. Bei der beschriebenen Ausführungsform wurde die Celluloseacetatmembran mit einer Dicke von 0,25 mm und die Silicongummimembran mit einer Dicke von 0,21 mm gewählt. Die Dicke jeder Membran kann jedoch in Abhängigkeit von den Bedingungen des betreffenden Gasgemisches, beispielsweise von der Art der Gasbestandteile, dem Verhältnis, in welchem diese Bestandteile miteinander vermischt sind, und der Temperatur, mit welcher das Gemisch zur betreffenden Zelleneinheit zugeführt wird, frei gewählt werden. Der durch das einströmende Gasgemisch in der Kammer erzeugte Druckanstieg wird im allgemeinen auf 5-20 kg/cm² festgelegt. Die durch die Auskleidungsmaterialien 29, 30 versteiften Membranen 27 bzw. 28 sind

jedoch auch unter solch hohen Drücken vor Beschädigung geschützt. Eine Kaskadenanordnung aus einer Anzahl der vorher beschriebenen Zelleneinheiten vermag tatsächlich die Komponenten eines Gasgemisches mit hohem Reinheitsgrad voneinander zu trennen. Bei einer derartigen Gas-Trennanlage bewirken jedoch die beiden verschiedenen Membranen mit unterschiedlichem Gastrennvermögen, daß der über die Anreicherungsleitung in die b'; effenden Zclleneinheiten eingeführte, abgetrennte Gasanteil und der andere, über die Abreicherungsleitung in diese Zelteneinheit eingeführte, abgetrennte Gasanteil unterschiedliche Konzentrationen besitzen. Da diese beiden abgetrennten Gasanteile mit dieser, erheblich unterschiedlichen Konzentrationen in vermischtem Zustand in die Zelleneinheit einströmen, wird das Trennvermögen einer Gas-Trennanlage bezüglich einer bestimmten Gaskomponente selbstverständlich durch die Eigenschaft derjenigen der beiden Membranen bestimmt, weiche das niedrigere Trennvermögen gegenüber dem Gas besitzt. Zur Ausschaltung der genannten Mangel weist die erfindungsgemäße A nlage gemäß den Fig. 4 und 5 zusätzliche Verbindungsrohe bzw. -leitungen auf, so daß der Konzentrationsunterschied zwischen den beiden abgetrennten Gasanteilen, die über die betreffenden An- bzw. Abreicherungsleitungen in die jeweiligen Zelleneinheiten eingeführt werden, weitgehend vermindert wird.

Im folgenden ist nunmehr eine Ausführ ungsfonn der Erfindung anhand von Fig. 4 beschrieben, die ein Fließdiagramm einer Gas-Trennanlage in Form von sieben in Kasksje geschalteten Zelieneinheiten ίβ-l bis 10-7 zeigt, die jeweils den vorher in Verbindung mit der Zelleneinheit 10-4 beschriebenen Aufbau besitzen. Die den einzelnen, fortlaufend von unten nach oben numerierten Zelleneinheiten 10-1 bis 10-7 zugeordneten Teile sind mit Bezugsziffern bezeichnet, an welche die gleichen Zusatzziffern angehängt sind wie bei den die Zelleneinheiten bezeichnenden Bezugsziftern. Die fünfte bis siebente Zelleneinheit einschließlich ihrer zugeordneten Teile werden gemeinsam als Anreicherungssystem bezeichnet, während die erste bis dritte Zelleneinheit nebst zugeordneten Teilen gemeinsam als Abreicherungssystem angesehen werden. Die Bezugsziffern C-I bis C-7 bezeichnen Kompressoren, die den betreffenden Zelleneinheiten 10-1 bis 10-7 zugeordnet sind. Die ausgezogene Linie 27 in den Kammern 14-1 bis 14-7 stellt eine Silicongummimembran dar, während die entsprechende gestrichelte Linie 28 die jeweilige Celluloseacetatmembran bezeichnet.

Ein zu trennendes, vom Gasgemischvorrat 36 zugeführtes Gasgemisch strömt über eine Rohrleitung 50, um durch einen Kompressor C-4 verdichtet zu werden. Nach der Einstellung eines zweckmäßigen Drucks durch ein nicht dargestelltes Drucfcregelventil strömt das verdichtete Gasgemisch in die Kammer 14-4 der Zelleneinheit 10-4. Die Komponenten des Gasgemisches durchdringen die Silicongummimembran 27 sowie die Celluloseacetatmembran 28 in der Kammer 14-4 mit einer durch die Gasdurchlässigkeitscharakteristik dieser Membranen 27,28 bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, wobei diese Komponenten in einen angereicherten Gasanteil und in einen abgereicherten Gasanteil aufgetrennt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der durch die Silicongummimembran 27 hindurchtretende Gasanteil eines vorgegebenen Gasgemisches als angereicherter Gasanteil and der durch die Celluloseacetatmembran 28 hindurchtretende Anteil als angereicherter Gasanteil bezeichnet. Je nach dfci Art des Gasgemisches kann diese Bezeichnungsweise aber auch umgekehrt werden.

Die Zelleneinheiten 10-1 bis 10-7 sowie die Rohrleitungen von Verteilern B-I bis B-8 sind erforderlichenfalls mit Meßdrucksignalgebern, Strömungsmengenmeßsignalgebern usw. (nicht dargestellt) versehen.
Ein angereicherter Gasanteil durchströmt eine Rohr-Ieitung39fl zur weiteren Verdichtung durch einen fünften Kompressor C-S, und dieser Gasanteil wird nach der Druckregelung durch ein Druckregelventil in die Kammer 14-5 der fünften Zelleneinheit 10-5 eingeführt. Der abgereicherte Gasanteil strömt dagegen über eine Rohrleitung 41 zur Einlaßseite des Verteilers B-4, der mit zwei Auslaßleitungen versehen ist. Die eine dieser Auslaßleitungen ist eine Zweigleitung 42a zur Rückführung des abgereicherten Gasanteils zum Kompressor C-4 der vorhergehenden vierten Zelleneinheit 10-4 über eine Leitung 42a-4. Die andere der beiden Auslaßleitungen ist eine Leitung 42b zur Zufuhr des abgereicherten Gasanteils zum Kompressor C-3 der dritten Zelleneinheit 10-3 über eine Rohrleitung 42b-4. Der durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-5 der fünften Zelleneinheit 10-5 hindurchgedrungene Gasanteil strömt über eine Leitung 39A, um durch den Kompressor C-5 der sechsten Zelleneinheit lfr-6 weiter verdichtet zu werden, und wird dann in die Kammer 14-6 der sechsten Zelleneinheit 10-6 eingeleitet. Der durch die Silicongummimembran der Kammer 14-6 hindurchgetretene Gasanteil wird über eine Leitung 39 c und den Kompressor C-7 der siebten Zelleneinheit 10-7 in deren Kammer 14-7 eingeführt. Der aus der Kammer 14-7 abgeleitete angereicherte Gasanieil durchströmt einen Verteiler B-8, um in gereinigter Form wiedergewonnen za. werden.

Der abgereicherte Gasanteil, welcher die in der Kammer 14-7 der siebten Zelleneinheit 10-7 vorgesehene Celluloseacetatmembran durchströmt hat, gelangt über eine Rohrleitung 41 in einen Verteiler B-7, der einen Teil des abgereicherten Gasanteils über eine Zweigleitung 42a-7 zum siebenten Kompressor C-7 und den Rest über eine Leitung 426-7 im vorgeschriebenen Strömungsverhältnis zum sechsten Kompressor C-6 leitet.

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird der abgereicherte Gasanteil nacheinander den unteren Zelleneinheiten zugeführt, während der angereicherte Gasanteil nacheinander die oberen Zelieneinheiten durchströmt. In den einzelnen Zelleneinheiten werden die einströmenden Gasanteile entsprechend den Gasdurchlässigkeitscharakteristiken der in ihnen vorgesehenen Silicongummi- und Celluloseacetatmembranen an- oder abgereichert, so daß an den endseitigen Zelleneinheiten, nämlich an der siebten Zelleneinheit 10-7 bzw. an der ernten Zelleneinheit 10-1, die Gasanteile mit jeweils hohem Reinheitsgrad austreten. Ersichtlicherweise werden die Gaskomponenten mit um so größerem Reinheitsgrad abgetrennt, je mehr Zelieneinheiten vorhanden sind.

Wie erwähnt, sind bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gas-Trennanlage die Leitungen für einen abgereicherten Gasanteil, der durch die Celluloseacetatmembran 28 hindurchgeströmt ist, mit den Verteilern B-I bis B-7 versehen, von denen jeder zwei Auslaßleitungen aufweist. Die eine der beiden Auslaßleitungen führt einen Teil des abgereicherten Gasanteils über die Zweigleitungen 42a-l bis 42a-7 zu den jeweiligen Zelleneinheiten 10-1 bis 10-7 zurück. Die Leitungen 39 a bis 39/ für den angereicherten Gasanteil, welcher durch die Silicongummimembran 27 hindurchgetreten ist, sind dagegen nicht mit Verteilern versehen. Falls jedoch eine Membran, z. B. eine Colluloseacetatmembran 28, ein höheres Abreicherungsvermögen besitzt als das Anreicherungsvermögen einer anderen

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Membran, ζ. B. einer Silicongummimembran 27, werden die Verteiler in den Leitungen für den angereicherten Gasanteil angeordnet, welcher durch die zuletzt genannte Membran 27 hindurchgeströmt ist.

Falls auf beschriebene Weise ein Unterschied zwischen dem Anreicherungsvermögen der einen der beiden Membranarten und dem Abreicherungsvermögen der anderen dieser beiden Membranen auftritt, werden die An- und Abreicherung dor Gas-Trennanlagen durch Anordnung der Zweigleitungen 42a-l bis 42a-7 gegenüber dem Fall erhöht« in welchem diese Leitungen weggelassen werden.

Im folgenden ist anhand von F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die andere Umgehungen als bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 4 aufweist, um den Unterschied zwischen der Konzentration eines Gasanteils, welcher über die betreffenden Leitungen in die jeweiligen Zelleneinheiten einströmt, und derjenigen eines anderen Gasanteils zu verringern, der über die betreffenden Leitungen in diese Zelleneinheiten eingeführt wird.

Fig. 5 ist ein Fließdiagramm einer Gas-Trennanlage in Form von neun in Kaskade angeordneten Zelleneinheiten 10-1 bis 10-9, die jeweils die gleiche Konstruktion besitzen wie die Zelleneinheit 10-4 gemäß Fig. 2. Die den einzelnen Zelleneinheiten 10-1 bis 10-9, von unten nach oben gezählt, zugeordneten Teile tragen Bezugsziffern mit den gleicher Zusatzziffern wie die entsprechenden Zelleneinheiten. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 werden die sechste bis neunte Zelleneinheit 10-6 bis 10-9 mit ihren zugeordneten Teilen gemeinsam als Anreicherungssystem bezeichnet, während die erste bis vierte Zelleneinheit 10-1 bis 10-4 mit ihren zugeordneten Teilen gemeinsam als Abreicherungssystsm bezeichnet werden. Mit den Bezugsziffern C-I bis C-9 sind den jeweiligen Zelleneinheiten 10-1 bis 10-9 zugeordnete Kompressoren bezeichnet. Eine in den Kammern 14-1 bis 14-9 dargestellte ausgezogene Linie 27 bedeutet eine Silicongummimembran und eine gestrichelte Linie 28 eine Celluloseacetatmembran.

Ein zu trennendes, vom Gasgemischvorrat 36 zugefiihrtes Gasgemisch strömt zur weiteren Verdichtung durch den Kompressor C-5 der fünften Zelleneinheät 10-5 über eine Leitung 50 :nd wird nach Einstellung seines Drucks auf einen entsprechenden Wert durch ein nicht dargestelltes Druckregelventil in die Kammer 14-5 der fünften Zelleneinheit 10-5 eingeleitet. Die Komponenten des Gasgemisches werden in Form von an- und abgereicherten Gasgemischen aufgetrennt, weil die SiIicongummimembran 27 und die Celluloseacetatmembran 28 in der fünften Zelleneinheit 10-5 unterschiedliches Gastrennvermögen besitzen.

Wie im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Umgehungsleitungen erforderlichenfalls mit Meßdrucksignalgebern und Strömungsmengenmeßsignalgebern (nicht dargestellt) versehen.

Der aus der fünften Zelleneinheit 10-5 austretende angereicherte Gasanteil strömt über eine Umgehung 42a, um durch den Kompressor C-7 in der siebenten Zelleneinheit Ϊ0-7 weiter verdichtet zu werden, worauf er nach entsprechender Druckregelung durch ein nicht dargestelltes Druckregelventil in die Kammer 14-7 der siebenten Zelleneinheit 10-7 eingeleitet wird. Andererseits durchströmt ein aus der fünften Zelleneinheit 10-5 ausgetragener abgereicherter Gasanteil eine Leitung 41 a, um durch den Kompressor C-4 der vierten Zelleneinheit 10-4 weiter verdichtet und dann in die Kammer 14-4 der vierten Zelleneinheit 10-4 eingeleitet zu werdet}. Der durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-4 hindurchgedrungene angereicherte Gasanteil strömt über eine Umgehungsleitung 42 b, um durch den Kompressor C-6 der sechsten Zelleneinheit 10-6 weiter verdichtet und dann in die Kammer 14-6 der Zelleneinheit 10-6 eingeleitet zu werden. Der abgereicherte Gasanteil, welcher durch die Celluloseacetatmembran in der Kammer 14-4 der vierten Zelleneinheit 10-4 hindurchgetreten ist, strömt über eine Leitung 41 b, um durch den Kompressor C-3 der dritten Zelleneinheit 10-3 stärker verdichtet zu werden. Dsr durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-3 hindurchgedrungene angereicherte Gasanteil wird über eine Umgehungsleitung 42c zum Kompressor C-5 der fünften Zelleneinheit 10-5 geleitet. Der abgereicherte Gasanteil, welcher die CeIIuloseacetatmembran 28 in der Kammer 14-3 der dritten Zelleneinheit 10-3 durchströmt hat, strömt zu einem Kompressor C-2 der zweiten Zelleneinheit 10-2, um dadurch stärker verdichtet zu werden, und sodann in die Kammer 14-2 der Zelleneinheit 10-2. Der durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-2 hindurchgedrungene angereicherte Gasanteil wird über die Umgehung 43i/zum Kompressor C-4 der vierten Zelleneinheit 10-4 geleitet. Der durch die Celluloseacetatmembran 28 in der Kammer 14-2 der zweiten Zelleneinheit 10-2 hindurchgedrungene abgereicherte Gasanteil strömt über eine Leitung 41 d, um durch den Kompressor C-I der ersten Zelleneinheit 10-1 weiter verdichtet zu werden, worauf er in die Kammer 14-1 der ersten Zelleneinheit 10-1 eingeführt wird. Ein angereicherter Gasanteil, welcher die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-1 durchdrungen hat. strömt über die Umgehungsleitung 42e zum Kompressor C-3 der dritten Zelleneinheit 10-3. Der abgereicherte Gasanteil, welcher schließlich durch die Celluloseacetatmembran 28 in der Kammer 14-1 der ersten Zelleneinheit 10-1 hindurchtritt, wird in hochreiner Form gewonnen.

Der durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-6 der sechsten Zelleneinheit 10-6 hindurchgetretene angereicherte Gasanteil gelangt über eine Umgehungsleitung 42/zum Kompressor C-8 der achten Zelleneinheit 10-8, um hier weiter verdichtet zu werden, und wird sodann in die Kammer 14-8 der achten Zelleneinheit 10-8 eingeleitet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird ein angereicherter Gasanteil, welcher durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-8 der achten Zelleneinheit hindurchgetreten ist, in hochreiner Form gewonnen. Andererseits wird ein abgereicherter Gasanteil, welcher die Celluloseacetatmembran 28 tn der Kammer 14-6 der sechsten Zelleneinheit 10-6 durchströmt hat, über eine Leitung 41 e zum Kompressor C-5 der fünften Zelleneinheit 10-5 überführt. Der durch die Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-7 der siebenten Zelleneinheit 10-7 hindurchdiffundierte Gasanteil strömt über eine Umgehungsleitung 42#, um durch den Kompressor C-9 der neunten Zelleneinheit 10-9 weiter verdichtet und hierauf in die Kammer 14-9 dieser Zelleneinheit eingeleitet zu werden. Der angereicherte Gasanteil hinter der Silicongummimembran 27 in der Kammer 14-9 wird in hochreiner Form gewonnen. Der abgereicherte Gasanteil hinter der Celluloseacetatmembran 28 in der Kammer 14-9 der neunten Zeüeneinheit 10-9 wird über eine Leitung 41Λ dem Kompressor C-8 der achten Zelleneinheit 10-8 zugeführt. Der durch die Celluloseacetatmembran 28 in der Kammer 14-8 der achten Zelleneinheit 10-8 hindurchdiffundierte abgereicherte Gasanteil gelangt über eine Leitung 41g zum Kompressor C-7 der siebenten Zelleneinheit 10-7. Bei FB ist ein Rückführrohr angedeutet, das erforderlichen-

falls an d"n beiden endseitigen Zelleneinheiten, d. h. an de? ersten und an der neunten Zelleneinheit, für die Rückführung der endgültig abgetrennten Gaskompon"'iten vorgesehen ist.

Auf vorstehend beschriebene Weise werden die Komponenten eines aufzutrennenden, in die Gas-Trennaulage der Ausführungsform gemäß F ί g. 5 eingeführten Gasgemisches an- oder abgereichert, weil die beiden in den einzelnen Zelleneinheiten 10-1 bis 10-9 vorgesehenen Membranen jeweils unterschiedliche Gastrenneigenschaften besitzen. Die angereicherten Gasanteile werden an der achten und neunten Zelleneinheit 10-8, 10-9 in hochreiner Form gewonnen. Auf ähnliche Weise wird ein abgereicherter Gasanteil in hochreiner Form an der ersten Zelleneinheit 10—I erhalten. Ersichtlicherweise erfolgt die Trennung der Gaskomponenten um so vollständiger, je mehr Zelleneinheiten vorhanden sind.

Bei der Gas-Trennanlage gemäß Fig. 5 wird ein angereicherter Gasanteil, welcher diejenige der beiden Membranen in den Detreffenden Zelleneinheiten durchdrungen hat, welche die höhere Gasdurchlässigkeit besitzt (bei der dargestellter· Ausführungsform die Silicongummimembran), über eine Reihe von speziell für diesen Zweck vorgesehenen Umgehungsleitungen nacheinander zu einem jeder zweiten oder zumindest jeder dritten Zelleneinheit zugeordneten Speiser für ein zu trennendes Gasgemisch und nicht zur jeweils unmittelbar folgenden Zelleneinheit geführt. Durch diese Anordnung wird der Unterschied zwischen der Konzentration eines abgetrennten Gasanteils, der über die entsprechende Anreicherungsleitung in eine vorgegebene Zelleneiilheit einströmt, und derjenigen eines anderen Gasanteils, welcher über die betreffende Abreicherungsleitung in die Zelleneinhsit einströmt, auf ein Mindestmaß herabgesetzi, wodurch ein besonsders hoher Wirkungsgrad der Gas-Treniidnlage erzielt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 tritt ein abgetrennter Gasanteil nacheinander in jeweils jede dritte Zelleneinheit ein. Es ist jedoch auch möglich, den abgetrennten Gasanteil in jede vierte nachfolgende Zelleneinheit einzuleiten, wobei die dazwischen befindlichen Zelleneinheiten ausgelassen werden. Außerdem können je nach der Art einer abzutrennenden Gaskomis ponente die An- bzw. Abreicherungsleitungen ersichtlicherweise auch gegeneinander ausgetauscht werden.

Nachstehend ist nunmehr ein Fall beschrieben, in welchem ein Gasgemisch aus Krypton und Stickstoff mit Hilfe einer Gas-Trennanlage entsprechend den beiden Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Fig. 4 und 5 in seine Gaskomponenten aufgeteilt wurde.

Die nachstehende Tabelle 1 gibt den Permeabilitätskoeffizienten einer Celluloseacetatmembran für Stickstoff- und Kryptongase, denjenigen einer Silicongummimembran für Stickstoff sowie das Verhältnis der Permeabilitätskoeff-zienten für die beiden Gase an. Dabei ist der Permeabilitätskoeffizient in N — cm³ · cm/cm² - s ■ atm ausgedrückt.

Tabelle 1

N₂-GaS Kr-Gas

^: Tabelle 2

Verhältnis der
Permeabilitätskoeffizienten der
beiden Gase (a°)

Permeabilitätskoeffizient einer	4,15 xlO"⁴	2,51 χ 10"⁴	1,65
Celluloseacetatmembran
Permeabilitätskoeffizient einer	5,67 xlO"⁴	1,87 xlO'⁴	3,03
Silicongummimembran

Verhältnis der	Zahl der erforder	Gesamtmembranflächs
Permeabilitäts	lichen Zelleneinhei	zur Behandlung des
koeffizienten für	ten für lOfache Er	gleichen Gasvolumens
beide Gase	höhung der Konzen
	tration eines abge
	trennten Gasanteils
1,64	9,34
3,03	4,16	1,00
2,68	4,67	1,06
4,96	2,88	0,91
4,76	2,96	0,91

Kaskadenanordnung von Zelleneinheiten mit
nur einer hohlzylindrischen Celluloseacetatmembran

Kaskadenanordnung von Zelleneinheiten mit
nur einer Silicongummimembran
Kaskadenanordnung von Zelleneinheiten mit
sowohl Celluloseacetat- als auch Silicongummimembranen
Ausfuhrungsform gemäß Fig. 4
Ausführungsform gemäß Fig. 5

Anmerkung:

1. Bei einer Gas-Trennanlage der Ausfuhrüngsförm gemäß Fig. 4 wurden zwei abgetrennte Gasanteile durch die Verteiler Bl bis B7 jeweils im gleichen Verhältnis von 1:0,51 aufgeteilt.

2. Die in Tabelle 2 aufgeführten Daten wurden auf der Grundlage derjenigen Daten ermittelt, die bei der Kaskadenanordnung von Zellenfcinheiten mit nur Silicongummimembranen erzielt wurden.

Die nachstehende Tabelle 2 veranschaulicht das Verhältnis der Permeabnitätskoeffizienten für die beiden Gase, die erforderliche ZaM von Zellenemhtften sowie die Gesamtfläche der Membranen bei in Kaskade angeordneten Einzelmembran-Zelleneinheiten mit nur einer Celluloseacetatmembran, in Kaskade geschalteten Einzelmembran-Zelleneinheiten mit nur einer Silicongummimembran, in Kaskade geschalteten Doppelmembran-Zelleneinheiten mit sowohl einer Celluloseacetatrnembran als auch einer Silicongummimembran für die Gastrennung, in Kaskade geschalteten Zelleneinheiten der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sowie in Kaskade angeordneten Zelleneinheiten der Ausführungsform gemäß F i g. 5 zum Vergleich des Wirkungsgrads der herkömmlichen Gas-Trennanlagen mit dem der erfindungsgemäßen Gas-Trennanlage.

Wie »us der vorstehenden Tabelle 2 hervorgeht, kann bei der erfndungsgemäßen Gas-Trennanlage in den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und gemäß Fig. 5 sowohl die erforderliche Zahl an Zelleneinheiten als auch die Gesamtoberfläche der verwendeten Membranen verkleinert werden.

Die nachstehende Tabelle 3 veranschaulicht die Permeabilitatskoeffizienten verschiedener Membranen, wie sie bei in Kaskade angeordneten Einzelmembran-Zelleneinheiten für die Trennung der Bestandteile eines Gasgemisches verwendet werden, die erforderliche Zahl von Zelleneinheiten für die lOfache Erhöhung der Konzentration eines abgetrennten Gasanteils sowie die Gesamtoberfläche der für die Behandlung des gleichen Gasvolumens eingesetzten Membranen.

Die nachstehende Tabelle 4 gibt den Permeabilitätskoeffizienten verschiedener Membranen, wie sie bei in Kaskade angeordneten Doppelmembran-Zelleneinheiten für die Abtrennung der Komponenten eines Gasgemisches eingesetzt werden, die für die lOfache Erhöhung der Konzentration eines abgetrennten Gasanteils erforderliche Zahl von Zelleneinheiten sowie die Gesamtoberfläche der zur Behandlung des gleichen Gasvolumens eingesetzten Membranen an.

Tabelle 3	Permeabilitätskoeffizient	N,	Zaha »on Zellen	Gesamtfläche d.
Membranart	(N—cm³ ■ cm/cm² · s - atm)		einheiten f. 10-	Membranen zur
	Kr		fache Erhöhung	Behandlung des
			d. Konzentration	gleichen Gas
			eines abgetrenn	volumens
		6,76 ΧΙΟ"⁵	ten Gasanteüs
		2,06 xlO"*
I Hohlzylindrische Membran	2,05x10"*	7,39 xlO"⁷	4,52	1,00
S aus Silicongummifasern	4,93 χ 10"*	2,39	3,77	0,371
B Flache Silicongummimembran	4,39 xlO"⁶	1.23XlO"¹	3,00	60,2
I Polyäthylenmembran	1,56	4,78 ΧΙΟ"²	10,60	1,0x10"*
■ Polycarbonatmembran (0,05 μ dick)	7,71 χ 10"²	8,40 xlO"⁵	9,66	2,69 xlO"³
I Polycarbonatmembran {0,03 μ dick)	2,82 xlO"²		8,51	7,50xl0"³
B Tetrafluoräthylenmembran	3,67 xlO"⁵	5,38	6,44
H Tetramethylpentenmembran

Wie aus den obigen Tabellen 3 und 4 hervorgeht, benötigt die Doppelmembran-Gas-Trennanlage gemäß der Erfindung (in den beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und gemäß Fig. 5) eine kleinere Zahl von ZelJeneinheiten sowie eine kleinere Gesamtoberfläche der Membranen für die Behandlung des gleichen Gasvolumens.

Es ist zu beachten, daß die· Gasdurchlaßfläche der Membran pro Volumeneinheit in Abhängigkeit von der Form der Membran variiert. Beispielsweise besitzt eine hohlzylindrische Fasermembran pro Volumeneinheit eine um mindestens das lOfache größere Gasdurchlässigkeitsfläche als eine flache oder gewellte Membran.

Fig. 6 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung einer zeiienemheit, Bei welcher mehrere Hohlzylinder 51 aus der einen Art eines faserigen Membranmaterials sowie eine Anzahl von Hohlzylindern 52 aus einer anderen Art eines faserigen Membranmaterials in ein zylindrisches Gehäuse 53 eingesetzt sind, dessen beide Enden durch Deckel 54,55 abgedichtet sind. Jede der beiden Arten der Fasermembranzylinder ist dabei in einer Gruppe zu mehreren Hundert mit HÜfe eines Klebemittels bzw. einer Vergußmasse 58 an jedem Er.de an inneren Endplatten 56,57 angebracht. Bei der Zelleneinheit gemäß Fig. 6 sind ein Speiser 61 für ein zu trennendes Gasgemisch, ein Auslaßrohr 59 für einen angerei-

cherten Gasanteil und ein Auslaßrohr 60 für einen abgereicherten Gasanteil vorgesehen.

Wie vorstehend beschrieben, besteht die erfindungsgemäße Gas-Trennanlage aus einer Anzahl von in Kaskade angeordneten Zelleneinheiten mit jeweils zwei Membranarten unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit, wobei sie zudem mit einer Anzahl von Anschluß- bzw. Verbindungsrohrleitungen versehen ist, um den Konzentrationsunterschied zwischen einem über die betreffenden Leitungen in die betreffende Zelleneinheit eingeführten, abgetrennten Gasanieil und einem anderen abgetrennten Gasanteil, welcher über die entsprechende Leitung in die Zelleneinheit eingeführt wird, möglichst weitgehend zu verringern. Ein Teil der Verbindungsrohrleitungen wird jeweils durch eine Zweigleitung gebildet, die zur Rückführung eines auftrennten Gasanteils, welcher durch die Membran mit dem geringeren Abtrennvermögen gegenüber Gas hindurchgedrungen ist, zu dem Speiser dient, welcher dergleichen Zelleneinheit das zu trennende Gasgemisch zuführt. Die andere Art von Verbindungsrohrleitungen besteht aus einer Umgehungsleitung, um den anderen abgetrennten Gasanteil, welcher die Membran mit dem höheren Abtrennvermögen durchströmt hat, zum Speiser für das zu trennende Gasgemisch zuzuführen, welcher nicht jeder unmittelbar nachgeschalteten Zelleneinheit, sondern jeder zweiten aufeinanderfolgen-

	Tabelle 4	25	28 868	²-s-atm)	16	Gas	Gesamtfläche d. Mem	Gas
15	Membranart					separator	branen zur Behandlung	separator
				Zahl von Zellenein	von Fig. 5	des gleichen Gas-	von Fig. 5
	PermeabflitätskoeKizient		heiten für lOfache		volumens
	(N-cm³ - cm/cm	N₂	Erhöhung d. Konzen	4,41		0,232
			tration eines abge		Gas
			trennten Gasan'-sils		separator
		6,76 ΧΙΟ"⁵	Gas	4,25	von Fig. 4	0,258
	Kr		separator
Hohlzylindische Membran aus		2,39	vonFig.4		0,729
Silicongummif:Ki.Tn		6,76 xlO-⁵		4,02		0,2'7
Polycarbonai membran (0,05μ dick)	2,05x10"*		3,18
Hohlzyliiiiirische Msmbran aus		1,23x10-»			0,831
Silicons; um mifasern	1,56	6,76 χ ΙΟ"⁵		3,20		1,50
Polycarbonatmembran (0,03 μ dick)	2,05x10-*		3,13
Hohlzylindrische Membran aus		4,78 χ ΙΟ"²		■ι γ/	0,674	8,73
Silicongummifasern	7,71 χ ΙΟ"²	6,76 xlO"⁵		J₉J I		9,62
Tetrafluoräthylenmembran	2,05XlO-⁴		2,95	*■X 09.*		10,9
Hohlzylindrische Membran aus		8,4OxIO-⁵			1,75	17 8
Siliconginnmifasern	2,82 χ 10 "²	7,39 xlO"⁷		3 15
Tetramethylpentenmembran	2,05 χ ί<Γ*	2,39	2,45	J,U	35,8
Polyäthylenmeaibran		7,39 xlO"⁷		2 61	40,1
Polycarbonatmembran (0,05 μ dick)	3,67 xlO"⁵	1,23x10-'	■) Λ-ι		47 5
Polyäthylenmembran	4,39 χ 10"⁶	7,39 xlO"⁷			"/j J
Polycarbonatmembran (0,03 μ dick)	1,56	4,78 xi0~²	2 31		37 3
Polyäthylenmembran	4,39 xlO"⁶	7,39 xlO"⁷			j /,j
Tetrafluoräthylenmembran	7.71 χ ΙΟ"²	8,40 xlO"⁵	2 26
Polyäthylenmembran	4,39 xlO"⁶
Polyc:.rbonatmembran	2,82 xlO"²		1 95
4,39 χ 10 "⁶
3,67 xlO"⁵

den oder zumindest jeder dritten Zelleneinheit zugeordnet ist.

Wie erwähnt, wird die Trennung der Bestandteile eines Gasgemisches bei ihrsm Hindurchdiffundieren durch z. B. zwei Arten von Membranen mit unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit, die in einer einzigen Zelleneinheit angeordnet sind, durch die synergistische Wirkung dieser beiden Membranarten mit unterschiedlichem Gastrennvermögen bestimmt. Bei einer herkömmlichen Gas-Trennanlage in Form einer Anzahl von in Kaskade angeordneten Zeiienemneitcü niii jeweils zwei Arten von Membranen mit unterschiedlichem Gastrennvermögen, bei dem eine abgetrennte Komponente eines Gasgemisches nacheinander eine Reihe von Zelleneinheiten durchströmt, wird die Gastrennung selbstverständlich durch die Eigenschaften derjenigen der beiden Membranen bestimmt, welche das geringere Gastrennverrnögen besitzt, was schließlich zu einer Verringerung der Gastrennung sowie zu einer Verringerung der effektiven Gesamtgasdarchlaßfläche der verwendeten Membranen führt. Diese Nachteile werden auf die Tatsache zurückge-Diese Verringerung der Gastrennung kann jedoch dadurch vermieden werden, daß gemäß der Lehre der Erfindung eine Anzahl von Leitungen vorgesehen wird, um auf diese Weise den Unterschied zwischen der Konzentration eines in die betreffende ZeUeneinheit eingeleiteten abgetrennten Gasanteils und derjenigen eines anderen, in die Zelleneinheit eingeleiteten, abgetrennten Gasanteils möglichst weitgehend herabzusetzen. Der erfmdungsgemäße Gas-Trennanlage, bei dem zwei Arten von Membranen mit unteischiedlichem Gastrennverrnögen in jeder der verschiedenen, in Kaskade angeordneten Zelleneinheiten vorgesehen aind, vermag einen größeren Gastrennfaktor zu gewährleisten als jede der bekannten Vorrichtungen, während gleichzeitig die von den Membranen eingenommene Gesamtfläche verkleinert werden kann, woraus der Vorteil resultiert, daß die Abmessungen der erfindungsgemäßen Gas-Trennan!age auf die Hälfte oder ein Drittel der bisher erforderlichen Abmessungen verkleinert werden können.

Darüber hinaus eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Trennung verschiedenartiger Kompo-

um. unterrunn,

schiedlichen Konzentrationen an den Konvergierungspunkten der An- und Abreicherungsleitungen der einzelnen Zelleneinheiten miteinander vermischen.

i__ _i_ i_

αίου iiivxii nut im

handlung der aus einem Kernreaktor austretenden, radioaktiven verdünnten Gase, sondern auch z. B. der Abgase von chemischen Anlagen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

230 250/213

Claims

Patentansprüche: 25 28 86?

1. Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches in deren Komponenten mit einer Vielzahl von Diffusionstrennstufen, welche einen Emlaßraum für das Gemisch und einen ersten Auslaß für ein mit der ersten Komponente angereichertes erstes Gemisch und einen zweiten Auslaß für mit der zweiten Komponente angereichertes zweites Gemisch aufweisen, wobei der erste Auslaß vom Einlaßraum durch eine erste Membran getrennt ist und der zweite Auslaß vom Einlaßraum durch eine zweite Membran getrennt ist und die Membranen eine unterschiedlich starke Anreicherung in der bevorzugt hindurchgelassenen Gemischkomponente bewerkstelligen, so daß das erste Gemisch stärker mit der ersten Komponente angereichert ist als d.as zweite Gemisch mit der zweiten Komponente, und mit Leitungen zum Fördern de.« erstea Gemisches zu einer nachfolgenden Diffusionstrennstufe und Leitungen zum Fördern des zweiten Gemisches zu einer vorhergehenden Diffusionstrennstufe, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß einer jeden Diffusionstrennstufe (14-1 bis 14-7), bei dem das nur weniger mit der zweiten Komponente angereicherte zweite Gemisch erhalten wird, jeweils über eine Zweigleitung (42a-l bis 42a-7) mit dem Einlaßraum derselben Diffusionstrennstufe verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Diffusionstrennstufe die zum Einlaßraum ötr vorhergehenden Diffusionstrennstufe führende Leitung (42&-Ϊ bis 426-7) und die mit dem Einlaßraum derselben Diffusionstrennstufe verbundene Leitung (42σ-1 bis 42a-7) über einen einstellbaren Verteiler (B1-B7) νη'Λ ^em das zweite Gemisch bereitstellenden Auslaß verbunden sind.

3. Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches in deren Komponenten mit einer Vielzahl von Diffusionstrennstufen, welche einen Einlaßraum für Gemisch und einen ersten Auslaß für ein mit der ersten Komponente angereichertes erstes Gemisch und einen zweiten Auslaß für mit der zweiten Komponente angereichertes zweites Gemisch aufweisen, wobei der erste Auslaß vom Einlaßraum durch eine erste Membran getrennt ist und der zweite Auslaß vom Einlaßraum durch eine zweite Membran getrennt ist und die Membranen eine unterschiedlich starke Anreicherung in der bevorzugt hindurchgelassenen Gemischkomponente bewerkstelligen, so daß das erste Gemisch stärker mit der ersten Komponente angereichert ist als das zweite Gemisch mit der zweiten Komponente, und mit Leitungen zum Fördern des ersten Gemisches zu einer nachfolgenden Diffusionstrennstufe und Leitungen zum Fördern des zweiten Gemisches zu einer vorhergehenden Diffusionstrennstufe,

uci uaa imi uci

uauuiui gcneiiiiz-ciuiuci,

Komponente stark angereicherte Gemisch bereitstellende erste Auslaß einer jeden der Diffusionsstufen mit dem Einlaßraum der übernächsten oder einer noch weiter entfernten Diffusionstrennstufe verbunden ist.