Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: секционированная колонна для противоточного разделения изотопов с узлами обращения потоков фаз, выполненными в виде последовательно расположенных контактных секций, трубопроводами для ввода и вывода реагентов, единым запорно-распределительным узлом, включающим три цилиндрические пластины, расположенные соосно одна над другой, центральная выполнена с возможностью вращения вокруг оси. В теле запорно-распределительного узла выполнены сквозные каналы для сообщения внутренней поверхности верхней пластины с трубопроводами, внутренней поверхности нижней пластины с контактными секциями, внутренних поверхностей центральной пластины между собой. На внутренней поверхности верхней пластины дополнительно выполнены концентрические кольцевые проточки. В теле указанной пластины выполнены каналы для сообщения трубопроводов с концентрическими кольцевыми проточками. Число сквозных каналов в центральной пластине равно числу концентрических кольцевых проточек, а ее нижняя поверхность дополнительно снабжена ходовыми проточками для сообщения выхода предыдущей контактной секции с входом следующих, X ≅ Y - N - 1, где Х - число хордовых проточек, Y - число контактных секций, N - число контактных секций в зонах обращения потоков фаз. Хордовые проточки могут быть выполнены в теле центральной пластины и сообщены с ее поверхностью дополнительными каналами, 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2069165
Класс(ы) патента: C01B4/00, B01D59/00
Номер заявки: 5040847/26
Дата подачи заявки: 05.05.1992
Дата публикации: 20.11.1996
Заявитель(и): Перевезенцев Александр Николаевич
Автор(ы): Перевезенцев А.Н.; Андреев Б.М.
Патентообладатель(и): Перевезенцев Александр Николаевич
Описание изобретения: Изобретение относится к области устройств для разделения веществ, в частности, к устройствам для разделения изотопов.
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).
Недостаток установки заключается в том, что относительный противоток участвующих в процессе разделения фаз достигается за счет периодического перемещения нагревателя вдоль секционированной колонны вручную.
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.
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).
Задачей, положенной в основу изобретения, является создание аппаратуры для разделения изотопов, позволяющей обеспечить высокую степень разделения, высокую производительность, а также компактность оборудования.
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.
Сквозные каналы в верхней пластине соединяют трубопроводы ввода и вывода реагентов с кольцевыми концентрическими проточками, выполненными на внутренней поверхности пластины.
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.
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.
Хордовые проточки в центральной пластины могут быть выполнены в теле центральной пластины и сообщены с ее поверхностью дополнительными каналами.
Преимуществом предлагаемого изобретения является обеспечение высокой степени разделения и высокой производительности при компактном устройстве для разделения изотопов и возможности его работы в автоматическом режиме.
Конструктивной особенностью заявленных устройств является наличие единого для всех контактных секций запорно-распределительного узла, который позволяет проводить разделение непрерывно и в автоматическом режиме.
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.
Возможность реализации изобретения подтверждается следующими конкретными вариантами его использования.
Пример 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.
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.
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.
Расположение каналов в нижней пластине показано на фиг. 3.
Расположение хордовых проточек на нижней поверхности центральной пластины показано на фиг. 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.
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.
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.
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.
Проточки согласно изобретению могут быть выполнены, например в варианте, представленном на фиг. 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.
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.
С использованием устройства, описанного в примерах 1, 2, осуществляют разделение изотопов следующим образом.
Пример 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.
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.
Степень разделения в стационарном режиме работы разделенной колонны устройства составляет 1740,
Пример 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.
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).
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.
Формула изобретения: 1. Устройство для противоточного разделения изотопов, включающее секционированную колонну с узлами обращения потоков фаз, выполненными в виде последовательно расположенных контактных секций, и трубопроводы для ввода и вывода реагентов, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено 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 запорно-распределительного узла выполнены сквозные каналы для сообщения внутренней поверхности верхней пластины с трубопроводами, внутренней поверхности нижней пластины с контактными секциями и внутренних поверхностей центральной пластины между собой.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности верхней неподвижной пластины дополнительно выполнены концентрические кольцевые проточки.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в центральной пластине число сквозных каналов равно числу концентрических кольцевых проточек, причем нижняя поверхность пластины дополнительно снабжена хордовыми проточками для сообщения выхода предыдущей контактной секции с входом следующей 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.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что хордовые проточки выполнены в теле центральной пластины и сообщены с ее поверхностью дополнительными каналами.