RU2553891C1

RU2553891C1 - Thermal diffusion column

Info

Publication number: RU2553891C1
Application number: RU2013157135/05A
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Дедов; Александр Николаевич Варава; Александр Валентинович Захаренков; Александр Тимофеевич Комов
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to gas or gas isotopes separation by other than chemical processes and can be used in trial or industrial gas separators. Thermal diffusion column comprises body, hot and cold surfaces, adjusting screw secured at hot surface and fixed nut secured in said body. Hot surface is brought to contact with fixed nut by said screw to displace toward cold surface.

EFFECT: adjustable clearance between cold and hot surfaces, higher yield of separated gases.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для нехимического разделения газов или их изотопов и может быть использовано в экспериментальных или промышленных сепараторах газов.The invention relates to devices for the non-chemical separation of gases or their isotopes and can be used in experimental or industrial gas separators.

Традиционная термодиффузионная колонна представляет собой две концентрических цилиндрических поверхности, между которыми формируется температурный перепад. Внутренняя поверхность нагревается, а внешняя охлаждается. Процесс термодиффузии приводит к образованию двух конвективных потоков разделяемых газов, располагающихся вдоль горячей и холодной поверхностей. Отборы, выполненные в соответствующих местах, позволяют осуществить разделение газов (Грю К.Э., Иббс Т.Л. Термическая диффузия в газах, пер. с англ., М., 1956., стр.156.;Рабинович Т.Д. Разделение изотопов и других смесей термодиффузией. Москва, Атомиздат. - 1982 г. - 144 с.).A traditional thermal diffusion column consists of two concentric cylindrical surfaces between which a temperature difference is formed. The inner surface is heated, and the outer is cooled. The thermal diffusion process leads to the formation of two convective flows of separated gases located along hot and cold surfaces. Sampling performed in appropriate places allows gas separation (Grue K.E., Ibbs T.L. Thermal diffusion in gases, trans. From English, Moscow, 1956., p. 156; Rabinovich, T.D. Separation of isotopes and other mixtures by thermal diffusion. Moscow, Atomizdat. - 1982 - 144 p.).

Недостатком известного устройства является зависимость процесса разделения от практически всех параметров процесса, в том числе и от расстояния между нагретой и холодной поверхностями. Для эффективного разделения газов это расстояние необходимо изменять в зависимости от концентрации разделяемых газов, которая, в свою очередь, меняется в процессе разделения.A disadvantage of the known device is the dependence of the separation process on almost all process parameters, including the distance between the heated and cold surfaces. For effective gas separation, this distance must be changed depending on the concentration of the separated gases, which, in turn, changes during the separation process.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода разделяемых газов.The technical result of the invention is to increase the yield of shared gases.

Технической задачей изобретения является регулирование расстояния между нагретой и холодной поверхностями при изменяющейся концентрации разделяемых газов.An object of the invention is to control the distance between the heated and cold surfaces with a changing concentration of shared gases.

Это достигается тем, что известная термодиффузионная колонна, содержащая корпус, нагретую и холодную поверхности, снабжена винтом и закрепленной в корпусе неподвижной гайкой, при этом нагретая и холодная поверхности выполнены в виде плоскостей, а нагретая поверхность винтом контактирует с неподвижной гайкой с возможностью перемещения в направлении холодной поверхности.This is achieved by the fact that the known thermal diffusion column containing the housing, heated and cold surfaces, is equipped with a screw and fixed nut fixed in the housing, while the heated and cold surfaces are made in the form of planes, and the heated surface is screwed in contact with the fixed nut with the possibility of movement in the direction cold surface.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид термодиффузионной колонны, на фиг.2 изображена нагретая поверхность с элементами регулирования взаимного расстояния, а на фиг.3 показаны нагретая и холодная поверхности с карманами отбора разделяемых газов.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a thermal diffusion column, Fig. 2 shows a heated surface with elements for adjusting the mutual distance, and Fig. 3 shows a heated and cold surface with pockets for the selection of shared gases.

Термодиффузионная колонна содержит корпус 1, нагретую и холодную поверхности 2 и 3, регулирующий винт 4, закрепленный на нагретой поверхности с возможностью вращения и контактирующий с неподвижной гайкой 5, шток 6, являющийся продолжением винта 4, проходящий через уплотнение 7 и имеющий регулировочную рукоять 8, стержень 9, неподвижно закрепленный на нагретой поверхности 2 и проходящий через неподвижную втулку 10, неподвижная холодная поверхность 3 имеет тепловой контакт с холодной стороной модулей Пельтье 11, горячая сторона которых охлаждается проточной водой, поступающей и вытекающей из полости 12 охлаждения по штуцерам 13 и 14, нагрев поверхности 2 осуществляется омическим нагревателем 15, отбор компонентов газовой смеси осуществляется с помощью щелевых карманов 16 и 17, расположенных на нагретой и холодной поверхностях 2 и 3 колонны, ввод газовой смеси в колонну осуществляется через штуцер 18, а отбор разделенных компонентов через штуцеры 19 и 20.The thermal diffusion column contains a housing 1, heated and cold surfaces 2 and 3, a control screw 4, mounted on the heated surface for rotation and in contact with a fixed nut 5, a rod 6, which is a continuation of the screw 4, passing through the seal 7 and having an adjusting handle 8, the rod 9, fixedly mounted on the heated surface 2 and passing through the stationary sleeve 10, the fixed cold surface 3 has thermal contact with the cold side of the Peltier modules 11, the hot side of which cools I running water flowing in and out of the cooling cavity 12 through the fittings 13 and 14, the surface 2 is heated by an ohmic heater 15, the selection of the components of the gas mixture is carried out using slotted pockets 16 and 17 located on the heated and cold surfaces of the columns 2 and 3, input the gas mixture into the column through the nozzle 18, and the selection of the separated components through the fittings 19 and 20.

Термодиффузионная колонна работает следующим образом.Thermal diffusion column operates as follows.

При подаче питания к модулям Пельтье 11 и омическому нагревателю 15 между поверхностями 2 и 3 возникает разность температур, которая является необходимым условием термодиффузии. Подача смеси газов через штуцер 18 внутрь корпуса 1 инициирует процесс термодиффузии, при котором молекулы одного газа образуют конвективный поток вдоль нагретой поверхности колонны, а молекулы другого образуют противонаправленный поток вдоль холодной поверхности. Расстояние между нагретой и холодной поверхностями критично для процесса термодиффузии, так как увеличение этого расстояния ведет к удлинению траектории диффузии и, следовательно, к уменьшению скорости разделения смеси, а сближение нагретой и холодной поверхностей ведет к захвату потоком одного газа молекул другого, т.е. к противоположному процессу сепарации и уменьшению коэффициента разделения. Выбор оптимального расстояние между пластинами осуществляется экспериментально для каждого состава смеси и каждой концентрации и задается в процессе работы колонны с помощью рукоятки 8, приводящей ходовой винт 4. Более того, в процессе разделения смеси и уменьшения концентрации одной или обеих составляющих смеси расстояние между нагретой и холодной поверхностями может меняться с целью достижения наиболее эффективного разделения смеси.When power is applied to the Peltier modules 11 and the ohmic heater 15 between surfaces 2 and 3, a temperature difference occurs, which is a necessary condition for thermal diffusion. The supply of a mixture of gases through the nozzle 18 inside the housing 1 initiates the process of thermal diffusion, in which the molecules of one gas form a convective flow along the heated surface of the column, and the molecules of another form an oppositely directed flow along the cold surface. The distance between the heated and cold surfaces is critical for the thermal diffusion process, since an increase in this distance leads to an extension of the diffusion path and, consequently, to a decrease in the separation rate of the mixture, and the approach of the heated and cold surfaces leads to the capture of molecules of the other by a gas flow, i.e. to the opposite separation process and reduction of the separation coefficient. The choice of the optimal distance between the plates is carried out experimentally for each composition of the mixture and each concentration and is set during the operation of the column using the handle 8, leading the spindle 4. Moreover, in the process of separating the mixture and reducing the concentration of one or both components of the mixture, the distance between the heated and cold surfaces can vary in order to achieve the most efficient separation of the mixture.

Отбор газовых составляющих осуществляется с помощью щелевых карманов на поверхностях 2 и 3, заканчивающихся штуцерами 19 и 20.The selection of gas components is carried out using slotted pockets on surfaces 2 and 3, ending with fittings 19 and 20.

Использование изобретения обеспечивает повышение выхода разделяемых газов за счет выполнения поверхностей в виде плоскостей, что позволяет осуществить регулировку расстояния между ними, а это невозможно в случае коаксиального варианта термодиффузионной камеры.The use of the invention provides an increase in the yield of shared gases by making surfaces in the form of planes, which makes it possible to adjust the distance between them, and this is not possible in the case of a coaxial version of the thermal diffusion chamber.

Claims

Thermal diffusion column containing a housing, heated and cold surfaces, characterized in that it is equipped with a screw and a fixed nut fixed in the housing, the heated and cold surfaces are made in the form of planes, and the heated surface is screwed in contact with the fixed nut with the possibility of movement in the direction of the cold surface.