Противоточный масс-диффузионный элемент

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК е ао ВЩР В 01 Р 59/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТИ 1 ИЙ И ОТНРЬПИИ(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт(53) 621. 039,341. 7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР В 807521, кл. В ЯД.,0 59/18, 19802, Гвердцители И.Г. и др. Доклад Р/2086 на П Международной конференции по применению атомной энергии в .мирных целях, Женева, 1968.(54)(57) 1. ПРОТИВОТОЧНЫЙ МАСС ДИФФУЗИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ для разделения газообразных изотопных смесей, включающий вертикальный цилиндрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими рубаками, испаритель, перфорированную диафрагму, патрубок ввода и патрубок вывода разделяемой смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разделительной способности за счет создания че" тырехпоточной 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 по.лость диафрагмы, выполненным в виде эжектора с дополнительным патрубком . ввода смеси и расположенным на выходе испарителя.2. Элемент по п.1, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что он снабжен сеткой, установленной на нижнем торце диафрагмы.ч 30 1 1090Изобретение относится к разделению газовых смесей с близкими свойствами, таких как смеси изотопов,методом масс-диффузии.1Известен масс-диффузионный элемент для разделения газообразныхизотопных смесей, включающий вертикальньм цилиндрический корпус, нижний и верхний, конденсаторы с рубашками, испаритель, перфорированнуюдиафрагму, патрубки ввода смеси ивывода Фракции, узел для деленияпотока легкой фракции и потока рабочего газа из испарителя 1,Данный элемент характеризуетсянедостаточно эффективной разделительной способностью. Кроме того втрехпоточных элементах существуюттермодинамические потери работы:разделения на изотопное смешивание. 20Известен масс-диффузионный элемент, включающий цилиндрическийкорпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими рубашками, исна-.ритель, перфорированную диафрагму, 25патрубок ввода и патрубки выводаразделяемой смеси Я ,.,Однако необходимым условием обеспечения потока обогащенной фракцииявляется поперечное течение разделяемой смеси через перфорированнуюдиафрагму. Переток газа через диаФрагму приводит к значительному снижению поперечного эффекта обогащения и, следовательно, уменьшениюразделительной способности, котораяявляется мерой эффективности элемента и пропорциональна термодинамически необходимой работе, затрачи"ваемой на увеличение содержания цен Оного изотопа в смеси, Кроме того, .втрехпоточных элементах существуюттермодинамические потери работы разделения на изотопное смешивание, обус.ловленное необходимостью замыкания 45внутренних циркуляционных потоковна концах аппарата, Уменьшение разделительной способности под влия-нием указанных Факторов приводит кувеличению числа элементов в каскаде, а следовательно, и к росту аппаратурных и энергетических затрат напроизводство изотопной продукции. Целью изобретения является увеличение разделительной способности масс-диффузионного элемента за счет создания четырехпоточной схемы течения смеси и устранения перетока газа 2через диафрагму и создание противоточного течения газа по обе ее стороны.Указанная цель достигается тем,что противоточный масс-диффузионный.элемент, включающий вертикальныйцилиндрический корпус, нижний и верхний конденсаторы с охлаждающими рубашками, испаритель перфорированнуюдиафрагму, патрубок ввода и патрубкивывода разделяемой смеси, снабженустройством для подачи части разделяемой смеси во внутреннюю полостьдиафрагмы, выполненным в виде эжектора с дополнительным патрубком вводасмеси и расположенным на выходе испарителя,Целесообразно элемент снабжать сеткой, установленной на нижнем торцедиафрагмы.Снабжение элемента устройствомдля ввода части входного потока смесинепосредственно во внутреннюю полостьдиафрагмы устраняет необходимостьперетока газа через диафрагму, Поскольку в масс-диффузионном элементеимеется источник рабочего пара, этоустройство целесообразно выполнить,в виде эжектора с дополнительнымпатрубком ввода разделяемой смеси.Эжектор установлен на выходе испарителя и несет тройную Функциональнуюнагрузку: служит для нагнетания газав область повышенного давления;создает противоточное течение пообе стороны диафрагмы и обеспечиваетобмен газом между разделительными элементами при их соединении в каскад.Ламинаризирующая сетка выполняетвспомогательную роль решетки дляразрушения струйного течения изэжектора и улучшения однородностипродольного потока парогазовой смесиво 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 потериработы: разделения; вызванные нзотопным смешением на концах элемен"та. Реализация указанных эффектовприводит к росту разделительной спо-собности элемента. 5На чертеже схематически изображен масс-диффузионный элемент.Масс-диффузионный элемент включает цилиндрический корпус 1, нижний2 и верхний 3 конденсаторы с охлаж Одающими рубашками, испаритель 4,перфорированную диафрагму 5. Диафрагма установлена соосно в нижнемконденсаторе и контактирует имеющимся на ее верхнем конце кольцевымвыступом с конденсирующей поверхностью. Нижний конец диафрагмы герметизирован с помощью гидрозатвора.Элемент имеет патрубок 6 ввода однойчасти разделяемой смеси (питающегопотока) в зазор между диафрагмойи конденсатоРом, дополнительный патрубок 7 ввода другой части питающегопотока во внутреннюю полость диафраг"мы, патрубок вывода 8 обогащенной ипатрубок вывода 9 обедненной фракций, Вводпитающего потока во внут"реннюю полость диафрагмы осуществля- .ется через эжектор 10, назначениекоторого состоит в нагнетании газа в 30область повышенного давления. Дляразрушения струи из эжектора и ла"минаризации восходящего потока парогазовой смеси над эжектором на нижнем торце диафрагмы помещена сетка11 из нержавеющей стали.Устройство работает следующим образом.Пар из испарителя 4 через эжектор10 подается во внутреннюю полость 40диафрагмы 5,откуда одна его частьперетекает через диафрагму и конден-сируется в нижнем конденсаторе 2,а другая поступает в верхний конденсатор 31 45Газ поступает в элемент черезвходные патрубки 6 и 7. Элементарныйэффект обогащения достигается засчет различия коэффициентов диффузиимолекул компонентов смеси в процессе 5 Оее диффузии против потока пара черездиафрагму. Обедняемый легким компонентом поток течет в зазоре междудиафрагмой 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 по" током. 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, компенсировалосьобратным конвективным переносом газа, сопровождающим течение парогазовой смеси через диафрагму под действием перепада парциального давления пара. Отсутствие результирующего попереч" ного 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 выходными 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.