Противоточный масс-диффузионный элемент

 

1. ПРОТИВОТОЧНЫЙ МАССдаФФУЗИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ для разделения газообразных изотопн{11зс смесей, включающий вертикальный цилиндрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими рубасками, испаритель, перфорированную диафрагму, патрубок ввода и патрубок вывода разделяемой смеси, отличающийся тем, что, с целью увеличения разделительной способности за счет создания четырехпоточной схемы течения смеси и-устранения перетока газа через диафрагму и создания ПРОТ.ИВОТОЧНОГО течения газа по обе ее стороны, он снабжен устройством для подачи части разделяемой смеси во внутреннюю полость диафрагмы, вьшолненным в виде эжектора с дополнительным патрубком ввода смеси и расположенным на выходе испарителя. 2. Элемент поп.1,отличаюtn с щ и и с я тем, чтр он снабжён сеткой , установленной на нижнем торце диафрагмы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

69 Oi) ВЩР., В 01 D 59/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ COCP

FlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТИ 1ИЙ И ОТНРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

1 (21) 3539982/23-26 (22). 14.0t.83 (46) 07.05.84. Бюл. 9 17 .(72) В.А. Каминский, Г.А. Сулаберидзе и В.А. Чужинов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт . (53) 621.039.341.7(088.8) (56) t. Авторское свидетепьство СССР

В 807521, кл. В ЯД D 59/ l8, 1980 °

2. Гвердцители Й.Г. и др. Доклад

Р/2086 на П Иеждународной конференции по применению атомной энергии в .мирных целях. Женева, 1968. (54)(57) 1. ПРОТИВОТОЧНЫЙ МАСС

ДИФФУЗИОННЫЙ ЭЛЕИЕНТ для разделения газообразных изотопных смесей, включающий вертикальный цилиндрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими руба ками, испаритель, перфорированную диафрагму, патрубок ввода и патрубок вывода разделяемой смеси, отличающийся тем, что, с целью увеличения разделительной способности за счет создания четырехпоточной схемы течения смеси и "устранения перетока газа через диафрагму .и создания противоточного течения газа по обе ее стороны, он снабжен устройством для подачи части разделяемой смеси во внутреннюю полость диафрагмы, выполненным s виде эжектора с дополнительным патрубком ввода смеси и расположенным íà выходе испарителя.

2. Элемент по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен сеткой, установленной на нижнем торце диафрагмы.

430

1 1090

Изобретение относится к разделению газовых смесей с близкими свойствами, таких как смеси изотопов, методом масс-диффузии.

Известен масс-диффузионный эле- 5 мент для разделения газообразных изотопных смесей, включающий вертикальный цилиндрический корпус, нижний и верхний, конденсаторы с рубашками, испаритель, перфорированную диафрагму, патрубки ввода смеси и вывода фракции, узел для деления потока легкой фракции и потока рабочего газа из испарителя (1 .

Данный элемент характеризуется недостаточно эффективной разделительной способностью. Кроме того в трехпоточных элементах существуют термодинамические потери работы: разделения на изотопное смешивание.

Известен масс-диффузионный элемент, включающий цилиндрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими рубашками, исна-. ритель, перфорированную диафрагму, 25 патрубок ввода и патрубки вывода разделяемой смеси Я . .,Однако необходимым условием обеспечения потока обогащенной фракции является поперечное течение разделя- 30 емой смеси через перфорированную диафрагму. Переток газа через диафрагму приводит к значительному снижению поперечного эффекта обогащения н, следовательно, уменьшению разделительной способности, которая является мерой эффективности элемента и пропорциональна термодинамически необходимой работе, затрачиваемой на увеличение содержания цен- 40 ного изотопа в смеси. Кроме того, .в трехпоточных элементах существуют термодинамические потери работы разделения на изотопное смешивание, обусловленное необходимостью замыкания 45 внутренних циркуляционных потоков на концах аппарата. Уменьшение разделительной способности под влия- нием указанных факторов приводит к увеличению числа элементов в каскаде, а следовательно, и к росту аппаратурных и энергетических затрат на производство изотопной продукции.

Целью изобретения является увеличение разделительной способности масс-диффузионного элемента за счет создания четырехпоточной схемы течения смеси и устранения перетока газа

2 через диафрагму и создание противоточного течения газа по обе ее стороны.

Указанная цель достигается тем, что противоточный масс-диффузионный. элемент, включающий вертикальный цилиндрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими рубашками, испаритель перфорированную диафрагму, патрубок ввода и патрубки вывода разделяемой смеси, снабжен устройством для подачи части разделяемой смеси во внутреннюю полость диафрагмы, выполненным в виде эжектора с дополнительным патрубком ввода смеси и расположенным на выходе исларителя.

Целесообразно элемент снабжать сеткой, установленной на нижнем торце диафрагмы.

Снабжение элемента устройством для ввода части входного потока смеси непосредственно во внутреннюю полость диафрагмы устраняет необходимость перетока газа через диафрагму. Поскольку- в масс-диффузионном элементе имеется источник рабочего пара, это устройство целесообразно выполнить. в виде эжектора с дополнительным патрубком ввода разделяемой смеси.

Эжектор установлен на выходе испарителя и несет тройную функциональную нагрузку: служит для нагнетания газа в область повышенного давления; создает противоточное течение по обе стороны диафрагмы и обеспечивает обмен газом между разделительными элементами при их соединении в каскад.

Ламинаризирующая сетка выполняет вспомогательную роль решетки для разрушения струйного течения из эжектора и улучшения однородности продольного потока парогазовой смеси во внутренней полости.

Условия течения парогазовой смеси в элементе выбираются так, чтобы результирующий переток газа через диафрагму был близок или равен нулю.

При таком режиме между восходящим и нисходящим потоками происходит обмен только компонентами разделяемой смеси, что приводит к росту градиента концентрации компонентов на диафрагме и увеличению поперечного коэффициента обогащения. Одновременно переход от трехпоточной к четырехпоточной схеме течения смеси уменьшает термодинамические потери 1090430 работы: разделения, вызванные нзотопным смешением на концах элемента. Реализация указанных эффектов приводит к росту разделительной спо- собности элемента. 5

На чертеже схематически изображен масс-диффузионный элемент. Масс-диффузионный элемент включает цилиндрический корпус 1, нижний

2 и верхний 3 конденсаторы с охлаждающими рубашками, испаритель 4, перфорированную диафрагму 5. Диафрагма установлена соосно в нижнем конденсаторе и контактирует имеющимся на ее верхнем конце кольцевым выступом с конденсирующей поверхностью. Нижний конец диафрагмы герметизирован с помощью гидрозатвора.

Элемент имеет патрубок 6 ввода одной части разделяемой смеси (питающего потока) в зазор между диафрагмой и конденсатором, дополнительный патрубок 7 ввода другой части питающего нотока во внутреннюю полость диафраг" мы, патрубок вывода 8 обогащенной и патрубок вывода 9 обедненной фракций. Ввод питающего потока во внутреннюю полость диафрагмы осуществля- . ется через эжектор 10, назначение которого состоит в нагнетании газа в ЗО область повышенного давления. Для разрушения струи из эжектора и ламинаризации восходящего потока парогазовой смеси над эжектором на нижнем торце диафрагмы помещена сетка

11 из нержавеющей стали.

Устройство работает следующим об-. разом.

Пар из испарителя 4 через эжектор

10 подается во внутреннюю полость gg диафрагмы 5,откуда одна его часть перетекает через диафрагму и конден- сируется в нижнем конденсаторе 2, а другая поступает в верхний конденсатор 3-, 1 45

Газ поступает в элемент через входные патрубки 6 и 7. Элементарный ° эффект обогащения достигается за счет различия коэффициентов диффузии молекул компонентов смеси в процессе 5О ее диффузии против потока пара через диафрагму. Обедняемый легким компонентом поток течет в зазоре между диафрагмой 5 и конденсатором 2 и выводится из аппарата через патрубок 9.

Обогащаемый поток, нагнетаемый эжектором 10, вместе с паром подается во внутреннюю полость диафрагмы, поступает в верхний конденсатор 3, откуда после конденсации пара выводится через патрубок 8.

Подача питающего потока смеси во внутреннюю полость диафрагмы позволяет осуществлять процесс разделения в режиме сбалансирования диффузии, когда диффузионный поток газа через диафрагму уравновешивается противоположным ему конвективным потоком. При таком режиме между восходящим и нисходящим потоками происходит обмен только компонентами разделяемой смеси, что приводит к росту градиента концентрации компонентов на диафрагме и увеличению поперечного коэффициента обогащения.

Противоточное течение обогащаемого и обедняемого потоков приводит к, умножению элементарного эффекта обогащения и к росту величины общего коэффициента разделения. Режим работы элемента следует устанавливать таким, чтобы количество газа, переносимое из внешнего зазора молекулярной диффузией, компенсировалось обратным конвективным переносом газа, сопровождающим течение парогазовой смеси через диафрагму под действием перепада парциального давления пара.

Отсутствие результирующего поперечного перетока газа способствует уст" ранению внутреннего изотопного смешения и более полной реализации работы разделения, создаваемой элементом.

Таким образом, введение в конструкцию известного элемента — устройства для подачи разделяемой смеси во внутреннюю полость диафрагмы — превращает его из трехпоточного в четырехпоточный с двумя входными и двумя выходньяи потоками с принципиально отличным режимом течения восходящего и нисходящего потоков смеси. В четырехпоточном элементе наряду с устранением поперечного перетока газа через диафрагму отпадает надобность в создании внутреннего замкнутого циркуляционного течения, применяемого для умножения элементарного поперечного эффекта обогащения.

Составитель Г. Урусова

Редактор М. Бандура Техред Л.Инкеа Корректор И. Зрдейн

Заказ 2980/8 . Тирам 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4./5

Филиал ППП "Патент", г. Уигород, ул. Проектная, 4