RU2069165C1 - Device for separation of isotopes - Google Patents
Device for separation of isotopes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069165C1 RU2069165C1 SU5040847A RU2069165C1 RU 2069165 C1 RU2069165 C1 RU 2069165C1 SU 5040847 A SU5040847 A SU 5040847A RU 2069165 C1 RU2069165 C1 RU 2069165C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- contact sections
- separation
- bores
- central
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области устройств для разделения веществ, в частности, к устройствам для разделения изотопов. The invention relates to the field of devices for the separation of substances, in particular, to devices for the separation of isotopes.
Известна установка для разделения изотопа, включающая секционированную колонну, нагреватель, трубопроводы, соединяющие санкционированную колонну и вентиль ввода разделяемой смеси (см. Авторское свидетельство СССР N 540535, кл. В 01 D 59/00, 1976 непубликуемое). A known installation for isotope separation, including a sectioned column, a heater, pipelines connecting an authorized column and a valve for introducing a shared mixture (see USSR Author's Certificate N 540535, class 01 D 59/00, 1976, is not published).
Недостаток установки заключается в том, что относительный противоток участвующих в процессе разделения фаз достигается за счет периодического перемещения нагревателя вдоль секционированной колонны вручную. The disadvantage of the installation is that the relative countercurrent of the phases involved in the separation process is achieved by periodically moving the heater along the sectioned column manually.
Известно также устройство для разделения изотопа, включающее секционированную колонну, нагреватель, трубопроводы, соединяющие секционированную колонну и вентиль ввода смеси, в котором каждая контактная секция снабжена двумя запорными кранами и шлифовыми разъемами для соединения контактных секций между собой (см. Журнал физической химии, 1982, т. 56, No.2, с. 349 352) прототип. A device for separating an isotope is also known, including a sectioned column, a heater, pipelines connecting a sectioned column and a mixture inlet valve, in which each contact section is equipped with two shut-off valves and grinding connectors for connecting the contact sections to each other (see Journal of Physical Chemistry, 1982, T. 56, No.2, p. 349 352) prototype.
Основным недостатком этого устройства является недостаточно высокие степень разделения и производительность (отбор продукта производится периодически один раз в течение нескольких полных циклов после полного заполнения абсорбера продуктом). The main disadvantage of this device is the insufficiently high degree of separation and performance (product selection is carried out periodically once for several complete cycles after the absorber is completely filled with product).
Задачей, положенной в основу изобретения, является создание аппаратуры для разделения изотопов, позволяющей обеспечить высокую степень разделения, высокую производительность, а также компактность оборудования. The task underlying the invention is the creation of apparatus for the separation of isotopes, which allows for a high degree of separation, high productivity, as well as compact equipment.
Поставленная задача решается устройством для разделения изотопов, включающим секционированную колонну с узлами обращения потоков фаз, выполненных в виде последовательно расположенных контактных секций, заполненных твердым материалом, а трубопроводы для ввода и вывода реагентов. Контактные секции дополнительно оборудованы единым запорно-распределительным узлом, включающим три цилиндрические пластины расположенные соосно одна над другой, центральная из которых установлена с возможностью вращения относительно оси, причем в теле указанного запорно-распределительного узла выполнены сквозные каналы для сообщения внутренней поверхности внешней пластины с трубопроводами, внутренней поверхности нижней пластины с контактными секциями и внутренних поверхностей центральной пластины между собой. The problem is solved by a device for the separation of isotopes, including a partitioned column with nodes for reversing the flow of phases, made in the form of successively arranged contact sections filled with solid material, and pipelines for input and output of reagents. The contact sections are additionally equipped with a single locking and distributing unit, including three cylindrical plates located coaxially one above the other, the central of which is mounted for rotation about an axis, and through channels are made in the body of the said locking and distributing unit to communicate the inner surface of the external plate with pipelines, the inner surface of the lower plate with contact sections and the inner surfaces of the Central plate between them.
Сквозные каналы в верхней пластине соединяют трубопроводы ввода и вывода реагентов с кольцевыми концентрическими проточками, выполненными на внутренней поверхности пластины. Through channels in the upper plate connect the pipelines of input and output of reagents with ring concentric grooves made on the inner surface of the plate.
Число каналов в центральной пластине равно числу кольцевых концентрических проточек и каналы предназначены для сообщения кольцевых концентрических проточек и в верхней неподвижной пластине со входами и выходами контактных секций через сквозные каналы в неподвижной нижней секции. The number of channels in the central plate is equal to the number of concentric annular grooves and the channels are intended for communication of the concentric annular grooves in the upper fixed plate with the inputs and outputs of the contact sections through the through channels in the stationary lower section.
На нижней поверхности центральной пластины выполнены ходовые проточки для сообщения входа и выхода рядом расположенных контактных секций и число указанных проточек определяется из условия X ≅ Y N 1, где Х число хордовых проточек, Y число контактных секций, N число контактных секций в зонах обращения потоков фаз. Running grooves are made on the bottom surface of the central plate to communicate the entry and exit of adjacent contact sections and the number of indicated grooves is determined from the condition X ≅ Y N 1, where X is the number of chordal grooves, Y is the number of contact sections, N is the number of contact sections in the zones of phase flow reversal.
Хордовые проточки в центральной пластины могут быть выполнены в теле центральной пластины и сообщены с ее поверхностью дополнительными каналами. The chordal grooves in the central plate can be made in the body of the central plate and communicated with its surface with additional channels.
Преимуществом предлагаемого изобретения является обеспечение высокой степени разделения и высокой производительности при компактном устройстве для разделения изотопов и возможности его работы в автоматическом режиме. The advantage of the invention is the provision of a high degree of separation and high performance with a compact device for the separation of isotopes and the possibility of its operation in automatic mode.
Конструктивной особенностью заявленных устройств является наличие единого для всех контактных секций запорно-распределительного узла, который позволяет проводить разделение непрерывно и в автоматическом режиме. A design feature of the claimed devices is the presence of a single locking and distribution unit for all contact sections, which allows separation to be carried out continuously and automatically.
Устройство для разделения изотопов являются компактными, имеют низкое энергетическое потребление и большой ресурс непрерывной работы. Устройство может быть создано на основе отдельных блоков и позволяет останавливать, прерывать и вновь начинать процесс разделения без использования дополнительного оборудования. Isotope separation devices are compact, have low energy consumption and a long resource of continuous operation. The device can be created on the basis of individual blocks and allows you to stop, interrupt and restart the process of separation without the use of additional equipment.
Возможность реализации изобретения подтверждается следующими конкретными вариантами его использования. The possibility of implementing the invention is confirmed by the following specific options for its use.
Пример 1. Example 1
На фиг. 1 5 представлен общий вид установки, возможные варианты расположения проточек на поверхности верхней и центральной пластин, а также схема устройства для пояснения принципа его работы. In FIG. 1 5 presents a general view of the installation, possible options for the location of grooves on the surface of the upper and central plates, as well as a diagram of the device to explain the principle of its operation.
На фиг. 1 показан общий вид устройства. Оно состоит из запорно-распределительного узла, имеющего неподвижные верхнюю 1 и нижнюю 2 пластины, в которых выполнены каналы. В верхней пластине каналы 3 соединяют трубопроводами 4 ввода и вывода газа с внутренней поверхностью пластины. В нижней пластине каналы 5 соединяют входы и выходы жестко подсоединенных к ней контактных секций 6 с внутренней поверхностью пластин. In FIG. 1 shows a general view of the device. It consists of a locking and distribution unit having fixed upper 1 and lower 2 plates in which the channels are made. In the upper plate, the channels 3 are connected by gas inlet and outlet pipes 4 to the inner surface of the plate. In the lower plate, channels 5 connect the inputs and outputs of the contact sections 6 rigidly connected to it with the inner surface of the plates.
По внутренней поверхности верхней пластины выполнены кольцевые концентрические проточки 8, соединенные через каналы 9 с трубопроводами ввода и вывода газа. Расположение кольцевых проточек показано на фиг. 2. On the inner surface of the upper plate, annular concentric grooves 8 are made, connected through channels 9 to the gas inlet and outlet pipelines. The arrangement of the annular grooves is shown in FIG. 2.
Расположение каналов в нижней пластине показано на фиг. 3. The arrangement of the channels in the bottom plate is shown in FIG. 3.
Расположение хордовых проточек на нижней поверхности центральной пластины показано на фиг. 4. The location of the chordal grooves on the lower surface of the central plate is shown in FIG. 4.
Перемещение нагревательного элемента 11 и охлаждающего элемента (ванны) 12 с термостатирующей жидкостью относительно неподвижных контактных секций 6 происходит путем поворота платформы 13 с установленными на ней нагревательным и охлаждающим элементами на угол, равный 360o/Y. Перед началом поворота платформа 13 опускается, а после завершения поворота поднимается. Таким образом, теплонагревательный элемент и охлаждающий элемент последовательно проходят через все секции колонны.The movement of the heating element 11 and the cooling element (bath) 12 with thermostatic fluid relative to the stationary contact sections 6 occurs by rotating the platform 13 with the heating and cooling elements installed on it by an angle equal to 360 o / Y. Before starting the rotation, the platform 13 lowers, and after the completion of the rotation rises. Thus, the heating element and the cooling element sequentially pass through all sections of the column.
Схема установки изображена на фиг. 5. Питающая газовая смесь из баллона 14 по трубопроводу 15 подается к верхней пластине и через один из каналов 3 (фиг. 1) поступает в кольцевую проточку 9 питающего газа (поз. 8, фиг. 1, 2). Из кольцевой проточки по каналу 16 в центральной пластине (фиг. 1) питающий газ поступает в канал 17 (фиг. 1), соединяющий внутреннюю поверхность нижней пластины со входом контактной секции 18 (поз. 18а, секцию 18 и через проточку 9 (фиг. 1,4), соединяющую выход секции 18 (поз. 18б, фиг. 3) со входом 19а секции 19. Секции 18, 19 находятся в зоне разделения, а секции 20 и 21 в зонах сорбции и десорбции, соответственно (фиг. 5). Газ, выходящий из зоны разделения, через каналы 5 в нижней и 9 центральной пластин, поступает в кольцевую проточку 22 (фиг. 2), предназначенную для сбора газа, выходящего из зоны разделения. Из кольцевой проточки 22 через один из каналов 3 в верхней пластине газ поступает в трубопровод 23 (фиг. 5), соединяющей зону разделения с зоной сорбции. Из трубопровода 23 по одному из каналов 3 в верхней пластине газ поступает в кольцевую проточку 24 (фиг. 2) в верхней пластине, предназначенную для сбора газа, идущего в зону сорбции. Из проточки 24 по одному из каналов в центральной пластине и каналу в нижней пластине газ поступает на вход 20а секции 20 (фиг. 3), находящейся в зоне сорбции, и поглащается сорбентом в секции. Секция 21, находящаяся в зоне десорбции, нагревается и газ, которым насыщен сорбент в секции, выделяется из сорбента. Выделившейся газ через выход 21б секции 21, канал в нижней платине, канал в центральной пластине поступает в кольцевую проточку 25 (фиг. 2), предназначенную для сбора выделившегося в зоне десорбции газа, и из нее по одному из каналов 3 в верхней пластине приходит в трубопровод 26 (фиг. 5) для удаления газа из зоны десорбции. The installation diagram is shown in FIG. 5. The feed gas mixture from the
Питающий поток газа подается из баллона 14 в зону разделения, часть газа из зоны разделения отводится в виде одного из продуктов по трубопроводу 27 (фиг. 5), а из зоны десорбции газ отводится в виде другого продукта по трубопроводу 26 (фиг. 5) практически непрерывно, т.к. длительность поворота центральной пластины на угол 360o/Y много меньше времени ее покоя между поворотами.The feed gas stream is supplied from the
Описанный режим работы с сорбционным узлом обращения потоков фаз соответствует режиму работы устройства, выбранного в качестве прототипа. Кроме того, предлагаемое устройство без каких-либо принципиальных изменений может работать в режимах с десорбционным и с двумя узлами обращения потоков фаз. The described mode of operation with a sorption unit for reversing phase flows corresponds to the mode of operation of the device selected as a prototype. In addition, the proposed device without any fundamental changes can work in modes with desorption and with two nodes of the circulation of phase flows.
Проточки согласно изобретению могут быть выполнены, например в варианте, представленном на фиг. 1, 2, 4. Grooves according to the invention can be made, for example, in the embodiment shown in FIG. 1, 2, 4.
Пример 2. Работа предлагаемого устройства поясняется по схеме на фиг. 5. Перед началом работы устройства секции 18, 19 и 20 из баллона 14 по трубопроводам 15, 28 заполняется исходной смесью. Движение газа в пластинах запорно-распределительного устройства и контактных секциях описано в примере 1. После заполнения сорбента в секциях 18, 19 зоны разделения и секции 20 зоны сорбции начинается работа устройства в режиме разделения изотопов. Example 2. The operation of the proposed device is illustrated by the scheme in FIG. 5. Before starting the operation of the device,
Центральная пластина поворачивается на угол 360o/Y. Направление вращения центральной пластины показано на фиг. 4 стрелкой. В результате поворота зона сорбции из позиции секции 20 переходит в позицию секции 21, зона разделения из позиции секции 18, 19 в позицию секций 19, 20, зона десорбции из позиции секции 21 в позицию секции 18.The central plate rotates through an angle of 360 o / Y. The rotation direction of the central plate is shown in FIG. 4 arrow. As a result of rotation, the sorption zone from the position of section 20 moves to the position of section 21, the separation zone from the position of
С использованием устройства, описанного в примерах 1, 2, осуществляют разделение изотопов следующим образом. Using the device described in examples 1, 2, carry out the separation of isotopes as follows.
Пример 3. Example 3
Смесь изотопов водорода протий-дейтерий ( содержание дейтерия 2 ат) подают в разделительную колонну, контактные секции которой заполнены неподвижным слоем гидридообразующего материала. В качестве гидрообразующего материала используют палладий. Температура секций в зоне разделения и сорбции комнатная, температура секции в зоне десорбции водорода из гидрида - 20oC.A mixture of hydrogen isotopes of protium-deuterium (deuterium content of 2 at) is fed into a separation column, the contact sections of which are filled with a fixed layer of hydride-forming material. Palladium is used as a hydroforming material. The temperature of the sections in the separation and sorption zone is room temperature, the temperature of the sections in the zone of hydrogen desorption from hydride is 20 o C.
Разделительная колонна работает в режиме концентрирования дейтерия. Количество секций в зоне разделения 3, в зоне сорбции 1, в зоне десорбции 1. Высота слоя гидридообразующего материала в каждой секции 5.5 см. Питающий поток подается в первую секцию зоны разделения. Обогащенный продукт отбирали на анализ из потока газа, идущего из зоны разделения в зону сорбции. The separation column operates in deuterium concentration mode. The number of sections in separation zone 3, in sorption zone 1, in desorption zone 1. The layer height of hydride-forming material in each section is 5.5 cm. The feed stream is fed into the first section of the separation zone. The enriched product was selected for analysis from a gas stream coming from the separation zone to the sorption zone.
Степень разделения в стационарном режиме работы разделенной колонны устройства составляет 1740,
Пример 4.The degree of separation in the stationary mode of operation of the divided columns of the device is 1740,
Example 4
Разделение изотопов в жидкой среде проводили путем химического изотопного обмена RNH4 с NH4OH (где R-ионит) следующим образом. Пять контактных секций, заполненных ионитом КУ 2*8 в RH-форме, насыщали раствором гидроксида аммония (NH4OH), содержащего разделяемые изотопы азота. В конкретную секцию первой зоны обращения потоков фаз непрерывно подавали поток ионов натрия (в виде раствора NaOH), имеющим более высокое сродство к иониту, чем ионы аммония. При этом ионы аммония, содержащие разделяемые изотопы, вытеснялись в жидкую фазу в виде гидроксида аммония. При полном насыщении ионита в первой зоне обращения потока фаз ионами натрия с помощью запорно-распределительного узла производится переключение жидких потоков за счет перемещения точек ввода и вывода жидких потоков в направлении движения жидкости к контактных секциях. Секция с ионитом в RNа-форме регенерируется соляной кислотой с переводом ионита в RН-форму, промывается водой путем подачи в секции соответствующих потоков за счет перемещения зон обращения потоков фаз и синхронно с ними перемещения точек ввода и вывода соответствующих потоков соляной кислоты, воды и вывода потоков водных растворов хлорида натрия и соляной кислоты. К регенерированной, таким образом, контактной секции подходит вторая зона обращения потоков фаз для насыщения ионита ионами аммония путем ионного обмена RH с NH4OH.Isotopes were separated in a liquid medium by chemical isotopic exchange of RNH 4 with NH 4 OH (where R is an ion exchanger) as follows. Five contact sections filled with KU 2 * 8 ion exchanger in the RH form were saturated with a solution of ammonium hydroxide (NH 4 OH) containing separated nitrogen isotopes. A stream of sodium ions (in the form of a NaOH solution) having a higher affinity for an ion exchanger than ammonium ions was continuously fed into a specific section of the first zone of phase flow reversal. In this case, ammonium ions containing separated isotopes were displaced into the liquid phase in the form of ammonium hydroxide. When the ion exchanger is completely saturated in the first zone of phase flow reversal by sodium ions, the liquid flows are switched by means of a shut-off and distribution unit by moving the entry and exit points of the liquid flows in the direction of fluid movement to the contact sections. The section with the ion exchanger in the RN-form is regenerated with hydrochloric acid with the conversion of the ion exchanger into the RH-form, washed with water by supplying the appropriate flows to the sections by moving the zones of circulation of phase flows and simultaneously moving the points of entry and exit of the corresponding flows of hydrochloric acid, water and output streams of aqueous solutions of sodium chloride and hydrochloric acid. Thus, the second zone of phase flow reversal is suitable for the contact section regenerated in this way to saturate the ion exchange resin with ammonium ions by ion exchange of RH with NH 4 OH.
В зоне разделения тяжелый изотоп (15N) концентрируется в твердой фазе, легкий (14N) в жидкой. Обогащенный изотопом 15N продукт отбирали из потока NH4OH, выходящего из контактной секции первой зоны обращения потоков фаз, обедненный изотопом 15N продукт из потока NH4OH, идущего во вторую зону обращения потоков фаз. При общей длине слоя ионита в зоне разделения 35 см при комнатной температуре степень разделения составила 2.05 (при коэффициенте разделения α 1.025).In the separation zone, the heavy isotope ( 15 N) is concentrated in the solid phase, the light ( 14 N) in the liquid phase. Isotopically enriched 15 N product stream withdrawn from NH 4 OH, leaving the contact section of the first treatment zone flows phase depleted in the isotope 15 N product stream of NH 4 OH, coming into the second treatment zone flows phases. With a total length of the ion exchanger layer in the separation zone of 35 cm at room temperature, the degree of separation was 2.05 (with a separation coefficient α 1.025).
При реализации изобретения обеспечиваются следующие преимущества:
увеличение степени разделения;
увеличение производительности за счет непрерывного отбора продуктов;
уменьшение времени достижения стационарного состояния разделительной колонны и накопления изотопа в устройстве за счет уменьшения объема коммуникаций;
компактность устройства;
возможность остановки или прекращения процесса разделения при сохранении достигнутого эффекта разделения;
простота автоматизации процесса разделения.When implementing the invention provides the following advantages:
increased degree of separation;
increased productivity through continuous product selection;
reducing the time to reach the stationary state of the separation column and the accumulation of the isotope in the device by reducing the volume of communications;
compactness of the device;
the possibility of stopping or terminating the separation process while maintaining the achieved separation effect;
ease of automation of the separation process.
Claims (4)
X ≅ Y-N-1,
где Х число хордовых проточек;
Y число контактных секций;
N число контактных секций в зонах обращения потоков фаз.3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that in the central plate the number of through channels is equal to the number of concentric annular grooves, and the lower surface of the plate is additionally equipped with chord grooves to communicate the output of the previous contact section with the input of the next and the number of these grooves is determined from the condition
X ≅ YN-1,
where X is the number of chordal ducts;
Y is the number of contact sections;
N is the number of contact sections in the zones of circulation of the phase flows.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040847 RU2069165C1 (en) | 1992-05-05 | 1992-05-05 | Device for separation of isotopes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040847 RU2069165C1 (en) | 1992-05-05 | 1992-05-05 | Device for separation of isotopes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2069165C1 true RU2069165C1 (en) | 1996-11-20 |
Family
ID=21603570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5040847 RU2069165C1 (en) | 1992-05-05 | 1992-05-05 | Device for separation of isotopes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2069165C1 (en) |
-
1992
- 1992-05-05 RU SU5040847 patent/RU2069165C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Андреев Б.М., Полевой А.С. Непрерывное противоточное разделение изотопов водорода в системе водород - палладий. Журнал физической химии.- 1982, т. LVI, N 2, с.349 - 352. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0190739B1 (en) | Water-deionizing system | |
US4421725A (en) | Process for purifying a gas containing hydrogen sulfide and carbon dioxide and apparatus therefor | |
US10381121B2 (en) | Decontamination of tritiated water | |
CA1114530A (en) | Isotope separation | |
CN100475330C (en) | Fluid reactor | |
JPH07299304A (en) | Method and device for continuous separation of boron isotope | |
RU2069165C1 (en) | Device for separation of isotopes | |
US4548802A (en) | Continuous flow separation with moving boundary sorption | |
US6001262A (en) | Cascade ion exchange for high purity water production | |
US3728843A (en) | Process for continuous separation of liquid or gas mixtures on a fixed bed of solids | |
US5176885A (en) | Isotope separation of weak acid forming elements by utilization of thermal regeneration of ion exchange resin | |
RU2069166C1 (en) | Device for separation of isotopes | |
US4917873A (en) | Process and apparatus for cleaning hot gases | |
US4773979A (en) | Equipment for purifying gases and liquids | |
JP2740780B2 (en) | Simulated moving bed equipment | |
US5094755A (en) | Purification of fluid mixtures by a thermal swing adsorption recycle system | |
RU2069083C1 (en) | Method of hydrogen isotopes in gas mediums separation | |
US4126548A (en) | Ion exchange process | |
JPS56158121A (en) | Concentrating and removing apparatus for injurious component | |
US4612405A (en) | Continuous sorption process | |
US20230415071A1 (en) | Low temperature decontamination of tritiated water | |
RU2676635C1 (en) | Device for adsorption | |
SU138226A1 (en) | Method for conducting ion-exchange two-temperature mixture separation processes | |
JPS61230724A (en) | Method and apparatus for concentrating hydrogen isotope bonded in water | |
SU1175535A1 (en) | Apparatus for integraction of gas with liquid |