Противоточный масс-диффузионный элемент Советский патент 1984 года по МПК B01D59/18 

со

о 4;

с Изобретение относится к разделению газовых смесей с близкими свойствами, таких как смеси изотопов, методом масс-диффузий. Известен маес-диффузионный элемент для разделения газообразных изотопных смесей, включаюпщй 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 рабо чего газа из испарителя fjj. Дайный элемент характеризуется недостаточно эффективной разделительной способностью. Кроме того в трехпоточных элементах существуют термодинамические потери работы; разделения на изотопное смешивание. Известен масс-диффузионньй элемент, включающий щшин;дрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающие рубашками, испа ритель, перфорированную диафрагму, патрз ок ввода я патрубки вывода разделяемой смеси 2j, . .Однако необходимым-условием обес печения потока обогащенной фракции является поперечное течение разделя емой смеси через перфорированн5гю диафрагму. Переток газа через диафрагму приводит к. значительному сни жению поп ер еч«ого эффекта обогащения и, следовательно, уменьшению разделительной способности, которая является мерой эффективности элемента и пропорциональна термодинами чески необходимой работе, затрачиваемой на увеличение содержания цен ного изотопа в смеси. Кроме того, в трехпоточных элементах существуют термодинамические потери работы раз деления на изотопное смешивание, об ловленное необходимостью замыкания внутренних циркуляционных потоков на концах аппарата. Уменьшение разделительной способности под влиянием указанных факторов приводит к увеличению числа элементов в каскаде, а следовательно, и к росту аппа ратурных- и энергетических затрат на производство изотопной продукции. Цепью изобретения является увели чение раздепительной способности масс-диффузионного элемента за счет создания четырехпоточной схемы тече ния смеси и устранения перетока газ через диафрагму и создание противоточного течения газа по обе ее стороны. Указанная цель достигается тем, что противоточный масс-диффузионный элемент, включакящй 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 диа фзгмы, выполненным в виде эжектора с дополнительным патрубком ввода смеси и расположенным на выходе испарителя. 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 маес-диффузионном элементе имеется источник рабочего пара, это устройство целесообразно вьиолнить. 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 повьппенного давления; создает противоточное течение по обе стороны диафрагмы и обеспечивает обмен газом между разделительными элементами при их соединении в каскад. Ламинаризирующая сетка выполняет вспомогательнзто 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 работы разделения, вызванные изотопным смешением на концах элемента. Реализация указанных эффектов приводит к росту разделительной спо собности элемента. , На чертеже схематически изображен масс-диффузионный элемент. Масс-диффузионный элемент включает цилиндрический корпус 1, нижни 2 и верхний 3 конденсаторы с охлаждающими рубашками, испаритель 4, перфорированную диафрагму 5. Диафрагма установлена соосно в нижнем конденсаторе и контактирует имеющим ся на ее верхнем конце кольцевым выступом с конденсирующей поверхностью. Нижний конец диафрагмы герметизирован с помощью гидрозатвора. Элемент имеет патрубок 6 ввода одно части разделяемой смеси (питающего потока) в зазор между диафрагмой и конденсатором, дополнител.ьный пат рубок 7 ввода другой части питающег потока во внутреннюю полость диафра мы, патрубок вьшода 8 обогащенной и патрубок вьшода 9 обедненной фракций. Ввод. питающего потока во внут реннюю полость диафрагмы осуществля ется через эжектор 10, назначение которого состоит в нагнетании газа область повышенного давления. Для разрушения струи из эжектора и ламинаризагщи восходящего потока паро газовой смеси над эжектором на нижнем торце диафрагмы помещена сетка 11 из нержавеющей стали. Устройство работает следующим об разом. Пар из испарителя 4 через эжекто to подается во внутреннюю полость диафрагмы 5,откуда одна его часть перетекает через диафрагму и конден сируется в нижнем конденсаторе 2, а другая поступает в верхний конденсатор 3.. Газ поступает в элемент через входные патрубки 6 и 7. Элементарны эффект обогащения достигается за счет различия коэффициентов диффузи молекул компонентов смеси в процесс ее диффузии против потока пара чере диафрагму. Обедняемый легким компонентом поток течет в зазоре меяяу диафрагмой 5 и конденсатором 2 и вы водится из аппарата через патрубок 0:4 Обогащаемый поток, .нагнетаемый эжектором 10, вместе с паром подается во внутреннюю полость диафрагмы, поступает в верхний конденсатор 3 откуда после конденсагщи пара выводится через патрубок 8. Подача питающего потока смеси во внут1реннюю 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 восХОДЯ1Щ1М 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. умноже гаю 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 пар1щального давления пара. Отсутствие результирующего поперечного перетока газа способствует устранению 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 выходными потоками с принципиально отличным режимом течения восходящего и нисходящего потоков смеси. В четырехпоточном элементе наряду с устранением поперечного перетока газа через диафрагму отпадает надоб 1ость в создании внутреннего замкнутого циркуляционного течения, применяемого для умножения элементарного поперечного эффекта обогащения.

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.