DE2657362A1

DE2657362A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen trennen einer gasfoermigen mischung

Info

Publication number: DE2657362A1
Application number: DE19762657362
Authority: DE
Inventors: Joost Smid
Original assignee: Ultra Centrifuge Nederland NV
Current assignee: Ultra Centrifuge Nederland NV
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1977-08-18
Also published as: NL170810C; DE2657362C2; JPS5277886A; AU503130B2; AU2040676A; NL7514822A; JPS5739171B2; GB1552977A; US4119418A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 2,

PA Dr. Zumstein et al, Brauhausstraße 4, BOOO München 2 BRAUHAUSSTRASSE 4

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 TELEGRAMME: ZUMPAT TELEX 529979

6/Li

RCN 195 Dui.

Ultra Centrifuge Nederland N.V., Den Haag Niederlande

Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen einer gasförmigen Mischung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen einer gasförmigen Mischung oder einer Mischung aus gasförmigen Isotopen mit Hilfe einer Anzahl von kaskadenförmig verbundenen Trenneinheiten zum Anreichern der Mischung (d.h. ein Rektifizierer) und einer Anzahl von kaskadenförmig verbundenen Trenneinrichtungen zum Abreichern der Mischung (ein sogenannter Stripper), bei der die Trenneinheiten jeweils einen Zulaufanschluß für die zu separierende Mischung und zwei Anschlüsse für den getrennten Auslaß der separierten Bestandteile der Mischung aufweisen. 709833/0809

PO015 ''.Mf-CKKONTO- MÜNCHEN Q1133 803. DIiC 70010O00 ■ RANKKONTO' BANKHAUS H. AUFHÄUSF.R KTO. NR. 337997. BLZ 7003060

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus "NUCLEAR ENGINEERING HANDBOOK, H.Etherington, McGraw-Hill Book Company Inc., 1958, Kapitel 14, Seite 39, Fig. 2, bekannt.

Die hierbei vorgesehenen Trenneinheiten beziehen sich auf eine Vorrichtung, die sich unabhängig zum Anreichern und/oder Abreichern einer Mischung einer Zusammensetzung verwenden läßt. Weitere Vorrichtungen sind beispielsweise in der Veröffentlichung von Ir.F.E.T.Kelling "Methoden voor uranium-verrijking" (Methods of uranium enrichment) in der Zeitschrift Atoomenergie en haar toepassingen (Atomic Energy and Its Applications), Dezember 1972, Seiten 297 bis 312, beschrieben. Diese Veröffentlichung gibt an, daß eine Trenneinheit ein Diffusionsgefäß bzw. eine Diffusionszelle, ein Wärmediffusionsgefäß bzw. eine Wärmediffusionsζeile usw. vorgesehen sein kann.

Bei der vorliegenden Erfindung ist als eine Trenneinrichtung ebenfalls eine Anordnung einer Gruppe derartiger Gefäße bzw. Zellen zu verstehen.

Eine solche Anreicherungsvorrichtung bzw. Anreicherungsanlage kann unter anderem zur Anreicherung von Uranverbindungen bestimmt sein. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß die verschiedenen Benutzer von Anreicherungsanlagen ein unterschiedliches Maß von Urananreicherung benötigen. Die Anreicherung ist dabei abhängig von dem Reaktortyp, für den das angereicherte Uran bestimmt ist, sowie von der Konstruktion des Reaktorcores. Abhängig von diesen Größen werden Uranverbindungen benötigt, deren Anreicherungsgrad sich innerhalb ungefähr 1,5% bis ungeführ k% ändern kann.

Die bisher bekannten Anreicherungskaskaden weisen insbesondere die Nachteile auf, daß, wenn diese Erzeugnisse mit Erzeugniskonzentrationen, die vom optimalen Wert abweichen, zugeführt werden, das Gas in der Kaskade nicht mehr so strömt, wie dies

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beim Idealfall der Fall ist. Verschiedene Stufen nehmen Stufenströme auf, die zu hoch sind, oder andere erhalten Stufenströme, die zu gering sind, so daß die Trennelemente eine verringerte Trennleistung erbringen. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so ausgebildet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Trenneinheiten zeitweise von einer Stufe der Kaskade zu der anderen Stufe der Kaskade übertragen. Die Erfindung zielt insbesondere auf das Übertragen von Trenneinheiten am Oberteil oder in der Nähe des Oberteils der Anreicherungskaskade zu einem niedrigeren Bereich der Gesamtkaskade oder umgekehrt zum Übertragen von Trenneinheiten von dem Stripper zu einem höheren Bereich der Kaskade ab.

Ein unterer Bereich bezieht sich hier auf wenigstens den Teil, Sjuf den zuvor als sogenannter Stripper Bezug genommen wurde. Andererseits kann es jedoch erforderlich sein, wenigstens einen Teil der zuvor genannten Trenneinheiten teilweise zu der untersten Stufe der Anreicherungskaskade zu übertragen (d.h. zum Boden des Rektifizierers).

Die Übertragung einer Anzahl von Trenneinheiten kann auf zwei verschiedene Art und Weisen erfolgen.

Einmal läßt sich diese Übertragung schematisch so darstellen, daß die Trenneinheiten ihre geometrische Lage beibehalten, und daß sie nur einem anderen Teil der Kaskadenanordnung durch zeitweises Abändern der Leitungsverbindungen zugeordnet sind. Diese Möglichkeit läßt sich vorzugsweise so ausbilden, daß mit jeder Trenneinheit reversible, verzweigte Verbindungsleitungen derart verbunden sind, daß beim Schließen eines Verschließelementes in jeder Zweigleitung und beim Öffnen eines Verschließelementes in der anderen Zweigleitung die Trenneinrichtung nicht weiter mit dem ursprünglich vorgesehenen Teil der Kaskade zusammenarbeitet, sondern mit einem anderen Teil der Gesamtkaskade.

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Bei einer anderen Ausführungsform werden zeitweise bestimmte Trenneinheiten von der Kaskade abgekoppelt und dann geometrisch zu einem anderen Bereich der Anreicherungsanlage transportiert,indem sie wiederum mit der Kaskade so verbunden werden, daß sie nunmehr als der gleiche Teil der Gesamtkaskade dienen.

Die vielseitige Verwendungsmöglichkeit der Kaskade läßt sich ferner dadurch verbessern, daß man die Beschickungsstelle ebenfalls reversibel ausbildet. Weiterhin können Rohrleitungen oder Rohrleitungsanordnungen in der Kaskade vorgesehen sein, um jede erforderliche Umsteuerung bzw. Umkehrung mit Hilfe der vorhandenen Leitungsanordnung verwirklichen zu können, so daß die zeitraubenden und teurei Austauschvorgänge in den Kaskanden entfallen können.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine ideale Kaskadengestalt;

Fig. 2 ist eine Kaskade, die aus drei geradlinigen Teilstücken besteht;

Fig. 3 ist eine Kaskade, die aus neun geradlinigen Teilstücken zusammengesetzt ist, wobei die Teilstücke von dem Rektifizierer und dem Stripper vertauscht werden können;

Fig. 4 ist eine ähnliche Kaskade, bei der sich ein Teilstück von dem Stripper zu dem Rektifizierer vertauschen läßt;

Fig. 5 ist eine vereinfachte Leitungsanordnung der Kaskade gemäß Fig. 1 zur Umsteuerung und Umkehrung; und

Fig. 6 ist eine ähnliche Leitungsanordnung nach der Umsteuerung.

Die in Fig. 1 gezeigte idealte Kaskade weist am oberen Endabschniti einen Rektifizierer 1 auf, der kegelförmig gestaltet ist. Die zu trennende, gasförmige Mischung wird über die Leitung 2 in die

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die Gesamtkaskade eingespeist, wobei der Zustrom bei 3 derart verzweigt wird, daß ein Teil des Stroms nach oben in den Rektifizierer gelangt, während der andere Teil nach unten in den Stripper 4 gelangt. Das angereicherte Produkt wird bei 5 abgezogen, während das .Abfallprodukt oder der Abfall über die Leitung 6 abgezogen wird. Wie in der eingangs zitierten Veröffentlichung von Ir.F.E.T.Kelling angegeben, ist die Breite einer Kaskade durch die erforderliche Ausbeute in kg/s bestimmt. Da alle Trennelemente in einer Kaskade ungefähr mit gleichen Mischungsmengen beschickt werden, bestimmt die Breite ebenfalls die Anzahl von Trenneinheiten, die parallel geschaltet sind. In einer idealen Kaskade weist deshalb jede Stufe eine verschiedene Anzahl von Elementen auf. Die ideale Kaskadenform kann in der Praxis annähernd erreicht werden, indem "eine begrenzte Anzahl von geradlinigen Kaskadenabschnitten in Serie geschaltet werden* Fig. 2 zeigt eine derartige Anordnung in vereinfachter Form, die drei gestreckte bzw.gerade Bereiche aufweist, die mit 7,8 und 9 bezeichnet sind.

Eine weit genauere und umfangreichere Unterteilung ist jedoch in der Praxis erforderlich, so daß ein Kaskadenaufbau beispielsweise die Gestalt, die schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, einnehmen kann. Die Gesamtkaskede besteht hierbei aus den .'geradlinigen bzw. gestreckten Abschnitten 10 bis 18, wobei die Bezugsziffern sich auf die Rechtecke beziehen, die den Innenraum der durchgezogenen Linien bilden.

Fig. 3 zeigt die tatsächliche Ausbildungsform des Innenraums der Kaskade innerhalb der * geschlossenen _ "Linien.

Das Umschalten oder Umkehren auf den umgekehrten Zustand läßt sich dadurch erreichen, daß die Trenneinheiten der Stufe 10 zu der Stufe 16 übertragen werden (siehe Leitung 19, die diese Verschiebung schematisch andeutet), während die Trenneinheiteri der Stufe 11 auf dieselbe Art und Weise über die Leitung 20

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zu der Stufe 15 übertragen v/erden. Die verschobenen Trenneinheiten sind in gebrochenen Linien in den Stufen 15 und 16 dargestellt. Das gleiche gilt für die schraffierten Teile der Stufen 12 und 13 > die zu den Stufen 17 und 18 entsprechend mit Hilfe von Ubertragungsleitungen 21 und 22 übertragen werden.

Nach der sogenannten "Verschiebung" dieser Trenneinheiten weist die Gesamtkaskade eine Gestalt auf, die freigelassen ist und im Unterteil der Gesamtkaskade durch gebrochene Linien eingezeichnet ist. Wie sich insbesondere Fig. 3 entnehmen läßt, reicht es aus, nur kleine Teile der Trenneinheiten zu verschieben, und die größeren Teile der Kaskade können unverändert bleiben.

Wie zuvor angegeben, kann man die Leitungen 19,20,21 und 22 auf zwei verschiedene Arten ausbilden, d.h. als eine Anzeige, wie die Trenneinheiten zusätzlich zu den bezeichneten Stellen der Kaskade zugeschaltet werden, oder als Verschiebungslinien, die anzeigen, wie die Trenneinheiten zeitweise örtlich zu einem unteren Bereich der Gesamtkaskade transportiert werden müssen.

Die Zufuhrleitung 2 verzweigt sich bei 35 in drei Leitungsabschnitte 36,37 und 38, die Absperrventile aufweisen. Wenn eines der Ventile geöffnet wird, verschiebt sich die Beschickungsstelle wie erforderlich von 39 nach 40 oder 41.

Die in der Figur gezeigte Kaskade ist aus Übersichtlichkeitsgründen schematisch dargestellt. Dies bedeutet, daß die Kaskadenteile 23 und 24 zusammengehören, und daß sie in Verbindung miteinander längs der Verschiebungsleitung 21 zu der Kaskadenstufe 17 verschiebbar sind, die durch die Kaskadenteile 33 und 34 gebildet wird, und zwar erfolgt die Verschiebung derart, daß das Teil 23 in der Größe gleich dem Teil 33 und das Teil 24 gleich dem Teil 34 ist. Dieselben Ausführungen beziehai sich analog auch auf die anderen Trenneinheiten,

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die zu verschieben sind.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Kaskade, deren ursprüngliche Gestalt als durchgehende Umrißlinien dargestellt ist. Die Beschickung erfolgt hierbei an der Beschickungsstelle 42, was mit F₁ angedeutet ist. Das Abfallprodukt wird bei 43 abgezogen. Es ist mit P₁ bezeichnet.

Bei der Durchführung eines Umsteuerungsvorgangs werden die Stripperteile 44 und 45 längs der Verschiebungsleitungen 46 und 47 zu den Stellen 48 und 49 der Rektifizierstufe 50 verschoben. Gleichzeitig wird die Beschickung Fp zu dem Beschickungspunkt 51 verschoben.

In Fig. 5 ist die in Fig. 4 gezeigte Kaskade in einer etwas abgewandelten Ausführungsform gezeigt, wobei sechs Rektifizierstufen R^ bis R^ und drei Stripperstufen S₁ bis S^ vorgesehen sind.

Nach dem Umsteuern erhält man die in Fig. 6 gezeigte Lage. Hierbei sind sieben Rektifizierstufen R₁ bis R₇, wobei R₁

1 11 in zwei parallele Teile R₁ und R₁ unterteilt ist und nur eine Stripperstufe S₁ vorgesehen.

In Fig. 5 sind die Bezugsziffern 53»54 und 55 für Umschaltleitungen vorgesehen, die Asperrventile und Verbindungsstellen (nicht gezeigt) aufweisen. Diese Leitungen sind weiterhin so ausgelegt, daß ein Teil der Leitung 53 als Verbindung 56 in Fig. 6 dienen kann. Eine ähnliche Leitung 54 kann für 57 und eine Leitung 55 für 58 vorgesehen sein. Die Teilstücke der Leitungen 53,54 und 55, die nicht benötigt werden, werden bezüglich der anderen Teile mit Hilfe von Blindflanschen bzw. Verschlußflanschen oder Absperrventeilen getrennt.

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AO Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen einer gasförmigen Mischung oder einer Mischung aus gasförmigen Isotopen mit Hilfe einer Anzahl von kaskadenförmig. gestalteten Trenneinheiten zum Anreichern der Mischung, des sogenannten Rektifizierers und einer Anzahl von kaskadenförmig gestalteten Trenneinheiten zum Abreichern der Mischung, dem sogenannten Stripper, bei der die Trenneinheiten jeweils mit einem Zufuhranschluß für die zu trennende Mischung und zwei Anschlüssen für den getrennten Abzug der sparierten Bestandteile der Mischung vorgesehen sind, wobei die Kaskade mit einer zu trennenden Mischung über eine Leitung beschickt wird, die in eine Verbindungsleitung zwischen der Kaskade zum Anreichern und zum Abreichern mündet und bei der das Oberteil der Anreicherungskaskade mit einer Abzugleitung und der Boden der Abreicherungskaskade mit einer Abzugsleitung für die abgereicherte Mischung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine zeitweise Übertragung der Trenneinheit en von einer Stufe der Kaskade zu einer anderen Stufe der Gesamtkaskade gestattet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung von einer sich verzweigenden Verbindungsleitung gebildet wird, die ein Verschlußelement aufweist, daß das Verschlußelement eine Umsteuerung bzw. Umschaltung der Trenneinheit nach Maßgabe des Schließens des Schließelementes in einer Abzweigung und nach Maßgabe des Öffnen des Schließelementes in der anderen Abzweigung ermöglicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der bestimmte Trenneinheiten Verbindungsleitungen aufweisen, die voneinander

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-β -

* V

abkoppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von einem Transportwerkzeug gebildet wird, welches die entsprechenden Trenneinheiten geometrisch von dem Oberteil der Kaskade zu dem unteren Teilabschnitt der Gesamtkaskade transportiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskade wenigstens eine dreifache Umkehrleitung aufweist, die Verbindungsstellen und Verschlußelemente enthält, welche die entsprechenden Trenneinheiten nach Maßgabe einer vorgegebenen Umschaltfolge unterschiedlicher Kaskadenschaltungen gestatten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsstelle der Kaskade umsteuerbar ist.

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