Способ непрерывного разделения газовой смеси

Способ непрерывного разделения газовой смеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г-.-;) 11

Ъ

ПАТЕНТ НА ИЗОБР

Класс 12е, 3

ОПИСАНИЕ способа непрерывного разделения газовой смеси.

К патенту ин-ной фирмы „Анонимное общество фабрик ламп накаливания Филипс" (N. V. Philips Gloeiiampenfabrieken), в г. Эйндгофене, Голландия, заявленному 21 октября 1925.года (ваяв. свид. № 5109).

Действительный изобретатель ин-ц Г. Л. Гертц (Gustav Hertz).

0 выдаче патента опубликовано 31 января 1929 года. Действие патента распространяется а 15 лет от 31 января 1929 года.

Обычно разделение газовой смеси достигается тем, что температуру смеси понижают, благодаря чему одна из составляющих становится жидкой или же тем, что смесь пропускают через пористую стенку или вводят в газовую струю, Затем можно одну из полученных, таким образом, фракций подвергнуть такому же способу разделения, и повторять этот способ столько раз, пока не получится фракция желаемого состава. При таком способе работы метод разделения, все время применяемый лишь к одной фракции (конечно к первой или последней), обладает тем недостатком, что другие фракции, которые могут еще содержать значительную часть добываемого газа, остаются неиспользованными.

В предлагаемом способе разделения газовой смеси, работа производится непрерывно и каждая образовавшаяся фракция автоматически подвергается новому разделению. Таким образом, разделение газовой смеси может быть произведено. более совершенно, и количество отделяющихся газов может быть увеличено.

Способ состоит в том, что применяют некоторое число разделительных элементов, каждый из которых самостоятельно производит частичное разделение на две или большее число фракций, которые, в зависимости от их состава, подводятся к двум или большему числу разделительных элементов, расположенных по обе стороны, или к тому же разделительному элементу. Разделение желательно производить таким образом, чтобы количество газа, подводимое от одного разделительного элемента ко второму, равнялось тому количеству газа, которое подводится от второго элемента к первому. Можно также разделение производить таким образом, чтобы количество газа, подводимое к разделительным элементам, расположенным по одну сторону от рассматриваемого, приблизительно равнялось количеству газа (об ем, газа при одинаковом давлении и одинаковой температуре), подводимого к элементам, расположенным по другую сторону.

Предлагаемый способ осуществляется при помощи приспособлений, каждое из которых самостоятельно может производить частичное разделение газовой смеси. Если к разделительному элементу С подвести газовую смесь определенного состава, то, после частичного разделения, состав ооразовавшихся, таким образом, фракций будет отличаться от состава первоначальной газовой смеси.

От каждой из этих фракций отделяют, например, при помощи насосов, часть, которая при этом подводится к другим разделительным элементам или к тому же. Так, например, если в разделительном элементе С образуются две фракции, то одна фракция может быть подведена к предшествующему разделительному элементу, обозначаемому буквою В, а другая фракция — к следующему элементу Х). Подведенная к разделительному элементу В фракция в этом элементе подвергается новому частичному разделению и разлагается на две подфракции, одна из которых может быть подведена к предшествующему разделительному элементу А, а другая — к элементу С. То же самое происходит с подведенной к разделительному элементу D фракцией и вообще со всякой фракцией, подведенной к предшествующему или последующему элементу. Вообще в одном определенном элементе встречаются две илп большее число фракций, поступающих из других разделительных элементов или из того же; полученная, таким образом, газовая смесь затем снова разлагается путем разделения на две или большее число фракций, которые опять подводятся к другим разделительным элементам или к тому же. Если желательно произвести разделение таким образом, чтобы количество газа, подводимое от одного разделительного элемента ко второму, приблизительно, равнялось количеству газа, подводимому из второго элемента к первому, то для этой цели, сопротивление на пути от первого разделительного элемента ко второму, можно сделать, приблизительно, равным сопротивлению на пути от второго элемента к первому. Нели разделение в одном элементе осуществляется тем, что газ диффундирует через пористую стенку с известным сопротивлением, то сопротивление другого пути делают, приблизительно, равным сопротивлению перного соответствующим выбором диаметра или длины применяемой для этой цели трубки. При этом диаметр трубки не должен быть настолько мал, чтобы в ней могло происходить разделение и вследствие этого нарушалось равномерное протекание газа. Удаление фракций из каждого из разделительных элементов производится при помощи насосов. Хотя для отсасывания каждой фракции может быть применен и отдельный насос, все же рекомендуется, в большинстве случаев, отсасывать несколько поступающих из разных разделительных элементов фракций при помощи одного насоса. Так, например, можно производить отсасывание одной фракции †предшествующего разделительного элемента и второй — из последующего элемента при помощи одного насоса. Обычно применяются насосы одинаковой мощности.

Вместо применения метода разделения, основанного на диффузии через пористую стенку, можно разделение в элементах производить и при помощи любого другого, уже известного метода.

В дальнейшем предлагаемый способ поясняется применительно к чертежу, на котором фиг. 1 изображает приспособление, состоящее из пяти последовательно включенных разделительных элементов, в каждом из которых происходит частичное разделение благодаря тому, что газовая смесь частью диффундирует через пористую стенку, и фиг. 2 †приспособлен, также состоящее из пяти разделительных элементов, каждый из которых имеет две . пористых стенки, производящие частичное разделение.

На фиг. 1 буквами а, Ь, с, d и е обозначены пять разделительных элементов. В каждом из них, например, в элементе с, цыфрой 1 обозначена трубка, через которую газовая смесь притекает к с, а- цыфрой 2 — трубка с пористой стенкой, закрытая снизу и могущая состоять, например, из свернутой в трубку бумаги. Трубка 2 расположена внутри трубки 1 и соединена с нею таким образом, что газ из трубки 1 может протекать в трубку 2 исключительно через пористую стенку.

Для этого верхний конец трубки i, которая может быть стеклянной, охватывает трубку 3, составляющую продолжение трубки 2, и припаян к ней.

Трубка 1 на верхнем конце загнута и соединена узкой трубкой 4 с насосом о, подающим газовую смесь, которая должна быть разделена в элемен- ) те d, в то время как трубка 3 соединена с насосом 6, подающим газовую смесь, подлежащую разделению в элементе Ь. Сопротивление, оказываемое пористой стенкой протекающему через нее газу, приблизительно, равняется сопротивлению узкой трубки 4. В разделительном элементе с, благодаря работе .насоса 9, встречаются две фракции, одна из которых поступает по узкой трубке 7 из разделительного элемента Ь, а другая †трубке 8 из разделительного элемента d. Благодаря разделению в элементе с снова образуются две фракции, одна из которых по трубке 3 отводится в разделительный элемент Ь, а другая †трубке 4 в разделительный элемент d. Таким образом, каждая фракция, поступившая из данного разделительного элемента в предыдущий или в следующий, частью OIMTb возвращается в данный элемент. За насосом 9 в трубку 1 включена U-образная трубка 10, охлаждаемая, например, при помощи жидкого воздуха и освобождающая подлежащую разделению газовую смесь от загрязнений, могущих поступать из насоса.

Чтобы при помощи этого приспособления разделить определенную газовую смесь, некоторое количество этой смеси вводят в приспособление, например, в первый его разделительный ,элемент. Для этого в приспособлении сначала производят, по возможности, более сильное разрежение, а затем впускают газовую смесь до достижения определенного давления, например, в 0,5 мм ртутного столба. Затем приспособление приводят в действие, продолжающееся до тех пор, пока в распределении частично разделенной газовой смеси, между отдельными элементами, не наступает равновесное состояние.

Тогда в специально для этой цели предназначенных сосудах 12 и 11, соединенных с первым и, соответственно, с последним разделительным элементом, находятся фракции, в которых количество определенных составляющих уменьшилось или, соответственно, увеличилось.

В случае разделения смеси, состоящей из двух газов, одна фракция, с большим содержанием одной составляющей или даже практически свободная от другой составляющей, собирается в сосуде 11, а другая фракция, с большим содержанием второй составляющей,— в сосуде 12. Если желательно, например, разделить смесь, состоящую из гелия и неона, то, в виду того, что гелий имеет большую постоянную диффузии, этот газ будет протекать преимущественно, влево, а не вправо, до достижения равновесного состояния. При этом в сосуде 12 получится смесь, богатая гелием.

Количество применяемых разделительных элементов зависит, конечно, от степени разделения, которую желательно достичь, и, в случае разделения путем диффузии, также от отношения постоянных диффузий разделяемых газов. При достижении равновесного состояния, количество газа, поступающего из одного разделительного элемента во второй, становится совершенно равным количеству газа, поступающему из второго разделительного элемента в первый.

В предлагаемое приспособление, при непрерывной его работе, можно всв время вводить газовую смесь и удалять из него одну или несколько фракций, например, фракцию собирающуюся в сосуде 12. При этом получается установившееся состояние, при котором, однако, количество газа, поступающее из одного разделительного элемента во второй, не точно соответствует количеству газа, поступающему из второго разделительного элемента в первый, что имело место в ранее описанном случае.

Количество газа, протекающее по направлению к сосуду 12, где происходит удаление газа из приспособления, больше количества газа, протекаюшего в противоположном направлении, при чем эта разница определяется тем количеством газа, которое удаляют из сосуда 12. Для достижения надлежащего разделения, удаляемое в единицу времени пз сосуда 12 количество газа должно быть небольшим по сравнению с количеством газа, протекающим за то же время из одного разделительного элемента в следующий. В случае неисполнения этого условия, разделение .. становится менее совершенным, хотя количество получаемого газа увеличивается.

Состав газовой смеси, диффундирующей через пористую стенку, не одинаков по всей поверхности пористой стенки.

Та часть пористой стенки, которая раньше приходит в соприкосновение с разделяемой газовой смесью, в данном случае нижняя часть ее, пропускает смесь, содержащую (no сравнению с поступающей смесью) большее количество той составляющей, которая имеет более высокую постоянную диффузии. Если, для простоты, рассматривать смесь гелия с неоном, то нижняя часть пористой стенки пропускает богатую гелием смесь; при этом, однако, может случиться, что в смеси, находящейся в трубке 1 на высоте верхней части пористой стенки, окажется столь небольшое количество гелия, что проходящая в этом месте через стенку смесь будет содержать такое же количество гелия, как поступающая из насоса 9 смесь или даже меньше. Поэтому в этом месте пористой стенки разделение не приносит никакой пользы. Для устранения этого недостатка, рекомендуется пропускать через пористую стенку лишь небольшую часть газовой смеси, а остальную часть отводить обратно в тот же разделительный элемент через вторую пористую стенку.

Для этого может служить приспособление, изображенное на фиг. 2, где буквами а, Ь, с, д и е обозначены пять разделительных элементов. В элементе с цыфрой 13 обозначена трубка, по которой из насоса 14 поступает подлежащая разделению газовая смесь, например, смесь гелия с неоном. В этой трубке 13 находится пористая трубка 16; кроме того, трубка 13 при помощи узкой трубки 17 соединена с трубкой 18, заключающей вторую пористую труб. ку 19. Последняя переходит в непористую часть 20 и укреплена, путем вплавления, в трубке 18. При помощи насосов 15, 14 и 21 отсасываются отдельные фракции поступающей по трубке 13 газовой смеси. При этом можно, например, устроить таким образом, что через пористую стенку 16 отсасывается одна шестая часть смеси, через пористую стенку 19 — четыре шестых, и по трубке 20 — одна шестая часть. Проходящая через пористую стенку 19, фракция снова подводится по трубке 20 к тому же разделительному элементу с .

Для того, чтобы эта фракция была в четыре раза больше, чем каждая из фракций, проходящих через пористую стенку 16 и по трубке 18, необходимо, чтобы сопротивление пористой стенки 16 и трубки 18 было в четыре раза больше сопротивления пористой стенки 19.

У первого и последнего элемента имеются два сосуда 22 и 23, в которых собираются богатая гелием и, соответственно, богатая неоном, фракции.

Выяснилось, что при применении предлагаемого способа даже в таких газовых смесях, разделение которых до сих пор было крайне затруднительно, может быть достигнуто весьма совершенное разделение. Возможно даже по этому способу отделить друг от друга изотопы, например, изотопы неона.

Хотя в вышеописанных примерных формах осуществления способа отделенные друг от друга фракции подводятся к разделительным элементам, расположенным непосредственно рядом с рассматриваемым, отдельные фракции могут быть отведены и к более удаленным элементам.

Предмет патента.

1. Способ непрерывного разделения газовой смеси, отличающийся применением ряда разделительных приспособлений, каждое из которых производит частичное разделение смеси на. две или большее число фракций, которые, в зависимости от их состава, отводятся к двум или большему числу разделительных приспособлений, расположенных по обе стороны от него, или же обратно к тому же разделительному приспособлению, 2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что из первого разделительного приспособления отводят во второе такое количество газа, которое, 11. 17.

Типо-литографии еКрасный Пенагннн», Ленинград, Международный, 75. приблизительно, равняется количеству газа, поступающему из второго разделительного приспособления в первое.

3. Прием выполнения способа, согласно п. 1, отличающийся тем, что количество газа, поступающее в каждое из разделительных приспособлений с одной стороны,- приблизительно, равняется количеству, поступающему в каждое из приспособлений — с другой стороны.

4. Прием выполнения способа, согласно п. п, 1, 2 и 3, отличающийся тем, что разделение газовой смеси в от- < бл. дельных элементах выполняется при помощи диффузии.

5. Прием выполнения способа, согласно п. п. 1 — 4, отличающийся тем, что между разделительными приспособлениями включены насосы, регулирующие отсасывание газовых фракций из приспособлений.

6. Прием выполнения способа по п. 2, отличающийся применением пористой стенки.на одном пути между приспособлениями в то время, как на другом пути устанавливают сопротивление выбором диаметра и длины прпменяемой для этого трубки,