[54] Werkwijze on inrichting %oor het scheidon van gasmengsels in samenstellende fracties volgens hun mols iulalr- of atoom-gewicht.

Transcriptie

1 öctroojraad [10] A Tsrinzagelegging du Wodsrtend [19] NL [54] Werkwijze on inrichting %oor het scheidon van gasmengsels in samenstellende fracties volgens hun mols iulalr- of atoom-gewicht. t [51] Int.Cl 2.: 801D53/24, B01D<^20. [71 ] Aanvrager: Nils Anders Ler nart Wikdahl te Djursholm, Zwaden. [74! Gem.: Ir. C.M.R. Davidson :.s. Octrooibureau Vriesendorp & Gaade Dr. Kuyperstraat 6 's-gravenhage. [21! Aanvrage Nr Ingediend 20 juni 1975, 32 Voorrang vanaf 5 november 1974,11 novembor [33] Land van voorrang: Ver, St. v. Am. (US). [31] Nummers van de voorrangsaanvragen: , , I23) -- [61] Aanvulling bij O.A [62] -- [43 Ter inzage gelegd 7 mei De aan dit blad gehechte afdruk van de beschrijving met conclusie(s) en eventuele tpkening(en) bevat afwijkingen ten opzichte van de oorspronkelijk ingediende stukken; Iu^ü laatstu kunnen bij do Octrooiraad op var^ouk worden ingezien.

2 1 1 - Kils Anders Lennart Wikdahl, Djursholm, Zweden. Werkwijze en inrichting voor het scheiden van gasmengsels in samenstellende fracties volgens hun moleculair- of atoom-gewicht. De uitvindi/hg is een verbetering van de werkwijze en de inrichting voor het scheiden van gasmengsels in samenstellende fracties volgens hun moleculair- of atoom-gewicht door het onderwerpen van heianengsel aan een centrifugale kracht welke wordt aangewend in een vortex met een diameter van niet meer dan 5 mm "bij een absolute gasinvoerdruk vanaf ongeveer 5 ram tot ongeveer 1000 mm Hg, en een druk-verhouding ^j[ n y 0er /^u -j ; y 0er 'binüsn het traject vanaf ongeveer 1,5 tot ongeveer 10, waarbij een fractie met een relatief hoog moleculair gewicht uit een omtreksgedeelte van de vortex wordt afgevoerd en een fractie met een relatief laag moleculair gewicht uit een kerngedeelte van de vortex wordt afgescheiden, een en ander zoals is beschreven'in de Nederlandse octrooiaanvrage ten name van aanvrager. De hierboven omschreven werkwijze is eenvoudig en ongecompliceerd en de inrichting vereist geen bewegende delen afgezien van de apparatuur voor het verplaatsen van het gas, terwijl een en ander commercieel op grote schaal uitvoerbaar is. Gevonden is nu'dat de vortex of de conisch gevormde kamer waarin de vortex tot stand komt, een kegelhoek, dat wil zeggen de hoék aan de top van de conisch gevormde kamer (door de kegelvormige zijwand tot zijn versmeltingspunt voort te zetten) die valt tussen 1 en 90 en bij voorkeur tussen 3 en 30, dient te hebben. De kegelvorm van de cycloon-scheidingskamer is vanzelfsprekend afgeknot. Goede resultaten zijn verkregen bij een verhouding van de diameter aan de basis van de kegelvorm tot de diameter aan de bovenkant van öe kegelvorm ^asis'' D topuitvoer ter waarde van 1»3 tot 3,5 en met een verhouding van de basis-diameter tot de c kernuitvoerdiameter D,. /D,., ter waarbasis kernuxtvoer de van 1,3 tot 3,5. De werkwijze volgens de uitvinding voor het scheiden

3 van gasmengsels in samenstell?ide fracties volgens hun moleculair- of atoom-gewicht omvat dus het onderwerpen van het mengsel aan de centrifu-' gale kracht die wordt aangewend in een kegelvormige vortex met een diameter van niet me et dan 5 mm en een kegelhoek die valt tussen 1 en 90 "bij een absolute gastoevoerdruk lie valt tussen ongeveer 5 en ongeveer ; 1000 mm Hg en een drukverhouding p i nv0er / p kernui tv0 er met een vaarde tussen ongeveer 1 } 5 en ongeveer 10 waarbij een fractie met een relatief hoog moleculair gewicht wordt/ afgevoerd vanuit een omtreksgedeelte van f : de vortex en een fractie met een relatief laag moleculair gewicht wordt afgescheiden vanuit een kerngedeelte van de vortex. Een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding omvat een huis met een scheidingskamer die cirkelvormig in doorsnede is, een topeinde heeft en een basiseind, tenminste aan het topeind kegelvormig is n aen diameter aan het basiseind heeft van tenminste 5 mm, een diameter aan het topeind van tenminste 0,01 mm en een kegelhoek tussen 1 en 90, tenminste een gasir.voer door het huis aan het "basiseind die is ingericht voor een tangentiele stroming N van gas van buiten het huis de kamer in om een vort ex-gas stroming in de " kamer tot stand te "brengen vanuit het basiseind naar het topeind vaar- bij de gasvormige bestanddelen naar de omtrek van de vortex toe een toe-j nemend moleculair- of atoomgewicht hebben en naar de kern van de vortex ; toe een afnemend moleculair- of atoom-gewicht en de kern van-de vortex een lagere gasdruk heeft dan het omtreksgedeelte van de vortex, alsmede ' een uitvoer door het huis welke axiaal in lijn met de kamer aan het basiseind van de kamer is aangebracht, en een uitvoer door het huis die axiaal iïl lijn met de kamer aan het topeind van de kamer is aangebracht waarbij de uitvoer aan het topeind het omtreksgedeelte van de vortex-gasstroom vanuit de kamer ontvangt en de uitvoer aan het basiseind het kerngedeelte van de vortex-gasstroom vanuit de kamer zodat de componenten met relatief laag moleculair- of atoomgewicht zijn geconcentreerd in de via de basisuitvoer afgevoerde stroom, en de componenten met rela- \ tief hoog moleculair- of atoomgewicht zijn geconcentreerd in de stroom die via de topuitvoer wordt afgevoerd. Dit cycloon-seheidingsorgaan is eenvoudig en ongecompliceerd van opbouw, heeft geen bewegende delen en kan ondanks zijn geringe afmetingen worden toegepast voor gasscheiding '

4 op grote schaal. Het is van belarjg zoals in de hoofdaanvrage is opgemerkt, dat de in de kamer van het"cycloon-scheidingsorgaan (en dus de scheidingskamer) gedefinieerde vortex een diameter heeft van niet meer dan 5 mm, en "bij voorkeur van 2 mm of minder. Een verdere verbetering is dat de diameter van de vortex hij voorkeur ligt tussen 1 mm en 0 S 1 mm De ondergrens aan de diameter wordt opgelegd door de uitvoerbaarheid van de vervaardiging van kléine cyclonen. Een praktische ondergrens blijkt te zijn 0,1 mm, ' De lengte van de scheidingskamer eix de diameter daarvan bepalen het volume van de scheidingskamer, terwijl op zijn beurt het volume de verblijftijd van de gassen daarin bepaalt welke verblijftijd vanzelfsprekend voldoende dient te zijn voor de gewenste scheiding» De lengte en de diameter worden dus zo gekozen dat een kmer van het bepaalde volume voor de scheiding wordt verkregen. De lengte dient dan niet groter dan 200 mm te zijn, noch minder dan 0,1 ram 3 terwijl indien de kamer kegelvormig is de diameter aan het topeind tenminste ö,1 mss moet bedragen. De vorm van de seheidirgskaaez 1 (en de rer-te:-;} is belangrijk, Gebleken is dat een hoog scheidingsrendement wordt verkregen in de kegelvormige kamers, De diameter van dé kamer moet naar het topeind afnemen waarbij de straal van de vortex kleiner wordt en de centrifugale kracht groter. Met "kegelvormig" zoals hier gebruikt f wordt gedoeld op de effectieve kegelvorm van de kamer, dat wil zeggen op de veraindev- de diameter van de kamer aan het topuitvoereind in vergelijking set de diameter aan het invoereind of het basisuitvoereiad. De kamer is effec~ tief een kegel indien de kamer aan het topuitvoereind een geringere diameter heeft dan aan het mvoerexnd. Xndxen dit het geval xs zal ds clis meter van de vortex in de kamer naar het topeind afnemen selfs indien de vorm van de kamer tussen de uiteinden geen reohte kegel is snaar bijvoorbeeld een cilinder. De kamer kan de vorm, hebben vaa een rechte kegel van basiseind tot topeind. Ook kan de kamer gedeeltelijk cilindervormig zijn en alleen aan het topeind kegelvormig. De kegelvorm behoeft niet gelijk- <

5 v l* - matig te gijn of recht. Hoi en hol gekromde-wanden kunnen worden toege- past Tan gelijkmatige of toe emende of afnemende kromming. De diameter kan continu naar het topeind afnemen of in stappen. Een kegel met rechte t kanten maar met verschillende kegelhoeken kan worden toegepast. Er is» 5 dus een grote verscheidenheid van kegelvormen mogelijk en de vorm die wordt gekozen, zal afhangen van de "bijzondere eisen van de uit te voeren scheiding en kan proefondervi ndelijk worden vastgesteld. Het is voordelig gebleken het te scheiden gasmengsel / te vermengen met een inert g«s met een lager moleculair- of atoom- 10 gewicht» Zo wordt een verhoogde mate van scheiding verkregen en het effect is in het bijzonder sprekend bij hoeveelheden inert gas die 25 vol.? van het ermee verkregen mengsel overtreffen, en in het bij zonder indien de hoeveelheid inert gas meer dan ongeveer 60 vol.% bedraagt. Aangenomen wordt dat dit effect het gevolg is van een toename van de ; 15 geluidssnelheid in het gas als gevolg van het verminderde gemiddelde moleculair- of atoom-gewicht van het mengsel, alsmede aan de invloed van het totale diffusie-mechanisme. ; Hoewel ieder gas kan worden gebruikt dat inert is, «dat wil zeggen niet merkbaar reageert met het te scheiden gasmengsel,. 20 moet het gas een moleculair- of atoom-gewicht hebben dat geringer is dan: dat van het gasmengsel, en bij voorkeur een zo gering mogelijk moleculairof atoom-gewicht, zodat waterstofgas en helium de voorkeur hebben. Ech- ' ter kan ook gebruik worden gemaakt van stikstof, koolmonoxydej, kooldioxyde of water, 25 In het geval dat een inert gas wordt gebruikt kan de werkwijze worden uitgevoerd bij een absolute gasinvoerdruk die meer dan ' 1000 mm Hg bedraagt. Een absolute gasuitvoerdruk tot meer dan 10 at is toelaatbaar«. ladat de scheiding is bewerkstelligd kan het inerte 30 gas worden afgescheiden met een gebruikelijke techniek a bijvoorbeeld door condensatie van de relatief zware of minder vluchtige 4 afgescheiden be- standdelen» 1 De uitvinding wordt hierna toegelicht met een aantal uitvoeringsvoorbeelden, waarbij wordt verwezen naar een tekening» 35 Fig. 1 toont in langsdoorsnede een typerend kegelvormig ;

6 cycloon-scheidingsorgaan dat in de werkwijze volgens Se uitvinding kan worden toegepast. Fig. 2 is een doorsnede langs de lijn II-II in fig» 1 en toont het cycloon-jseheidingsorgaan met de omtreksgedeeltea en de kerngedeelten Tan de vortex-stroming. Fig. 3 geeft in de vorm van een diagram een typerende rangschikking van cycloon-scheidingsorganen die zijn opgesteld in een tweeling-cascade-schakeling van^respectievelijk een reeks cyelooakerngedeelten a en cycloon-topgfedeelten b die de stroming Tan de kerngedeelten en van de topgedeelten door de heide reeksen naar de uiteindelijke scheiding van de bestanddelen van het gasmengsel aas het eind van elke reeks laat zien. Fig. U is een grafische voorstelling van waargenomen vaarden vas de scheidingsfaktor E uitgezet tegen de uranim-verdeliagsverhouding 9 van de gegevens in voorheeld V, tabel F» Voorbeeld I De in deze proef gebruikte cyclonen waren van het type zoals weergegeven in fig. 1 en fig, 2, De cyclonen verden gebruikt 8 voor' het scheiden van kooldioxyde van lucht in mengsels vaa althans vrijwel constante samenstelling die 8,5 vol»$ CO^ "bevatten» Est gas stroomde vanuit een verzamelruimte door een reduceerklep. ean 'filter, een regelklep en een venturi-stroommeter naar de houder met de cyclones» De twee fracties afkomstig van de cyclonen werden door venturi-p.eiers en regelkleppen gevoerd naar een vacuum-pomp, en een door ds kleppea onttrokken gedeelte werd naar een gas-analysetoestal voor analyse gevoeyd, De gasdrukken in de compartimenten van de hottder voor ae nen werden gemeten met absoluut werkende kwitaaanometers en welsist- een nauwkeurigheid van ongeveer 0,5 mm Hg. Eet verschil in COg-gehalte tussen de tvea van de cyclonen afkomstige fracties werd vastgelegd door middel van een infrsrooö-anajlysetoestel en een daaraan aangesloten potentigmeter~sebrij?er-<. * De volgende gegevens (zie tabellen A, B en C) wez-dm verkregen met de 2 mm cycloon. Deze cycloon had een kegelhoek Tan 5,7 en drie of zes gelijkmatig verdeeld uiteenliggeme invoeropeningea met rechthoekige doorsnede, 0,6 mm bij 0 S 3 mm

7 Tabel A JH Cycloon- ~invoer Scheidingsorgaan mm Hg kernuitvoeï mm Hg topuitvoer mm Hg Mol. % Stroomsnelheid Ndm^/m Scheidingsfaktor Stroomverdelingsfaktor aantal invoeropeningen basisuitvoer diameter (sm) 0,75 topuitvoer diameter (ma) 1,0 90 s 0 90 a 0 90 S Q 90? 0 15,0 15,0 15,0 15,0 15, ,0 18,0 8,0 8 S 0 8,0 8,0 8,0 8,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 13,0 8,35 0,50 0,051*2 0,663 15,0 8,35 0, ,61*7 17,0 8,35 0,50 0,0532 0,653 19,0 8,35 0,50 0,052*4 0,653 21,0 8,35 0,50 0,0516 0,61*1* 30,0 8,35 0,1*9 0,0U1»3 0, ,672 1M 8,35 0,50 0 P 05bh 16,0 8,35 0,50 0,0528 0,665 18,0 8,35 0,50 0,052U 0,657 20,0 8,35 0,50 0,0511 u,6>ü 22,0 8,35 0,U8 43,0513 o,6i*o Zh,0 8,35 0*50 0^0^99 0,61*5 26,0 8,35 0,50 0,01*88 0,627, 30,0 8,35 0,1*9 0,0^3 0,525 16,0 8,35 0,50 0,0523 0,670 20,0 8,35 0,50 0,051^ 0,666 22,0 8,35 0,50 0,0515 0,669 2k, 0 8', 35 0,50 0,051** 0,650 26,0 8,35 0,5.0 0,0^87 0,61*5 18,0 ' 8,35 0,U8 O5OU89 0,72l* 20,0 8,35 0,1*8 0,0l*8U 0,718 22,0 8,35 Ö.U8 0,0^99 0,711 2b,0 8,35 0,1*8 0,01*83 0,708 26, ,1*8 0,0^*79 0,683 28,0 8,35 0,1*8 0,01*70 0,667

8 01 CS co C3 P. Cycloon- xnvoer ^kernuitvoer schexdingsorgaan mm Hg jwn Hg aantal invoer- 15,0 openingen 6 15,0 15,0 "basisuitvoer diameter (mm)0,t5 18,0 topuitvoer diameter (mru)l,0 18,0 Tabel A P topuitvoer Mol.jS Stroomsnel- Schexdings- Stroomvermm Hg C0_ heid Naai3/m, faktor delingsf'aktor 1U,0 8,35 0,H6 0,0^35 0,657 16,0 8,35 OM 0,0^35 0,657 20,0 8,35 0,!+6 0,0^36 0,691 16,0 8,35 0,1*6 0,0^0 0,665 18,0 8,35 o,i*6 0,0^30 0*671

9 pc jp Cycloon- ' invoer "kemuitvoer topu s cheidingsorgaan jam Eg Strcorasnelheld Kö»- 5 /» Scheidingsï'aktoz- delingsfaktor Cnï Co aantal invceropeningen basisuitvoer diameter (me) topuitvoer diameter (air) 1, *0 3 ^ afi 15 0 Q '5 s o 90',0 11; * s 5 n 17 s 0 "is ' S<J f 1^ 19j. 0 15,0 21 so 90 0 i8 0 i6 s o 90^0 i8 s o 18 s0 18 S ,0 22,0 90 5o l8 s ö 2U S 0 r, 0 20,0 22 S Q 22 s0 22,0 2b sq 22' S Ö 26,0 25,o. 23 ao ,0. 25,0 90 s o 90?0 25 SQ 29 so 8,67 ne; 0,,057'2 0.J20 8M 0 S 51 oiojöt o s *5 8,67 0.^ U 0, ,.67 0 S 50 0,05^1 O,U87 8,67 0 S 50 0 S * ,05 } +8 0,526 8 S 67 0,50 0,0530 0, e 50 0,0519 0^9,1 8,67 0 S 50 0,0515 0, S 50 0 S 050U 0,566 8,67 0, ,55^ ' 8,67 0 S 50 0,0511 0,525 8,67 0A ! U S %9 G,Olt57 0, s h9 0,0^60 0,573 Ö;S7 O.Ol?55 0.5^ ^8 0,0U36 O.U89

10 De scheidingsfaktor E is gedefinieerd door de vergelijking E _ x top " \ern * *kern- (1 " X top ) waarin x de molar'.re fractie is in dit geval van kooldioxyde ia het gas, Hoe groter de seheidingsfaktor is, hoe doeltreffender de scheiding. De stroomverdelingsf.ktor is gedefinieerd als de molaire fractie van de stroom "binnenkomend gas dat door de topuitvoer de cycloon verlaat. Uit de gegevens in de tabellen is het duidelijk dat een goede scheiding wordt bereikt. De cyclonen volgens de uitvinding kunnen worden toegepast bij de scheiding van gasmengsels in hun bestanddelen naar het aoleeulair-gewicht of het atoom-gewicht. Het is op deze wijze sogelijk isotopen van verschillende elementen in de vorm van gasvormige verbin-. dingen te scheiden, welke isotopen na de scheiding kunnen worden behandeld om het element in iedere gewenste' vorm terug te vinnen? daarbij in-. begrepen hit elementaire metaal, Het is bijvoorbeeld mogelijk U 235 tg scheiden van Ü 238 in aeagsêls daarvan in dë vorm vaa uranivanhexaflttsride» Voorbeeld II Het isotoop U 235 werd geseheiden van U 238 in gasvormig uraniumhexafluoride volgens de hierna volgende werkwijze. De gebruikte inrichting bestond uit 813 trappen ia een rangschikking waarvan de doorstroming in overeenstemming was mat het in fig. 3 getoonde schema. Elke scheidingskamer had een basis met ees. diameter van 2 mm en een diameter van 1,2 mm ter plaatse van de kernuitvoer en de topuitvoer. De scheidingskamers waren kegelvormig op de wijze als aangegeven in fig. 1 en fig. 2 en hadden een lengte van 10 m, Be invoerdruk bedroeg 90 mm Hg. De uitvoerdruk zowel bij de kernuitvoer als bij de topuitvoer bedroeg 15 mm Hg. De drukverhouaing bedroeg 6, De gasinvoersnelheid in de scheidingskamer was gelijk aan de geluidssnelheid., Het in de eerste cycloon-scheidingstrap ingevoerds gasmengsel bevatte 99,3% U 238 en 0,7$ U 235. In elk van de eylcon-trap» pen van de reeks a vindt verrijking van U 235 is de kernfractie plaats»

11 Het gas dat tevoorschijn treedt uit de laatste cycloon-trap (geteld vanuit de toevoertrap) van de kerngedeeltereeks a is wat U 235 betreft ver» rijkt tot 3%, terwijl het gas dat uit de topgedeeltereeks b van cyclonen bijna alle U 238 be^at, en daarnaast een zeer geringe hoeveelheid U 235 s namelijk 0 t 2%. Voorbeeld III De in deze proef gebruikte cyclonen waren van het in fig, 1 en fig» 2 weergegeven ty<-pe. De cyclonen werden gebruikt voor het scheiden van koolmonoxyde Wn kooldioxyde in een mengsel dat ongeveer 25% CO en ongeveer 75$ CO^ bevatte en dat was vermengd met de hoeveelheden helium als weergegeven in tabel D en tabel S. Het mengsel met het inerte gas stroomde door een stelsel als in voorbeeld I en de samenstelling van de twee van de cyclonen afkomstige fracties werd op dezelfde wijze gemeten met behulp van infra-rood amlysetoestellen. In tabel D zijn de met gebruikmaking van een cycloon van 2 mm verkregen gegevens vermeld. De gegevens die werden verkregen met gebruikmaking van een cycloon van 1 mm zijn vermeld in tabel E. In beide gevallen was de kegelhoek van de cycloon 5,7. o De seheidingsfaktor E is gedefinieerd door de vergelijking g - X top X kem x kera 1 ~ x top) vaarin x de solaire fractie is van kooldioxyde in het mengsel koolmonoxyde kooldioxyde (met uitsluiting van het heliumgas), De stroomverdelingsfaktor is gedefinieerd als da molaire fractie van de binnenkomende gas~ stroom die door de topuitvoer wordt afgevoerd. Uit de in de tabellen vermelde gegevens is het duidelijk dat een goede scheiding wordt verkregen en dat de seheidingsfaktor toeneemt bij toename van het gehalte aan helium. Voorbeeld IV De isotoop ü 235 werd gescheiden van U 238 in gasvormig uraniuahexafluoride dat vermengd was met heliumgas en wel met in achtneming van de volgende werkwijze

12 Tabel A O Cycloon- ^invoer P kernuitvoer '"-J scheidingsorgaan nan Hg mm Hg ^ CO CD aantal invoeropeningen Basisdiameter 2 sim Bas i sui tvo erd i a- meter 1 mm Topuitvoerdiumeter 1 mm Ö P topuittoer Mol. % Stroonisn f- Scheiding*- Stroomver- Mm Hg He heid NdaT/rn faktor del inga faktor ,50 0,0Ï}H 0, a 8 0,75 0,067 0, ,5 0,81 0,082 * 0, ,1 0,92 0,106 0,1*1 36 ' 77,3 0,98 > >,0,112 0,1* ,9 1,09 o,m 0,1*3, 36 85,0 1,22 0,126 0, ,3 1,33 0,11+6 0,1* ,9 1,50 0,11*7 0,1*6

13 CyclOOP- " * P myoer kernuitvoe scheidinfisorfaan mn Hg bb Hg aantal invoerope ningen "basisdiameter 1 nn 1Ö0 36 Basisuitvoerdia meter 0 6 mm Topuit'voerdlameter l mm P Tabel P,.. topuitvoer Molo % Strooznsnel- _ Bcheidings- Strcomver- san Hg He beidffdia /m faktor delingsfektor 36 hrj ?1 0 S U s h 0,32 0, ,0 0 s h2 0,123 0.U s3 O 0^5 0,128 o M 36 92,9 0,50 0,137 0,1*8 6o 0,51 0,063 o.ui 6o 62,h 0,58 0,073 0,k2 60 <?. 77,3 0,6? 0,115 0,1+3 6o 85,0 0,67 0,130 o M 60 88,3 0,81 0,lM 0,hk A

14 Het gebezigde toestel bestond uit 200 trappen in een rangschikking waarvan de doorstroming in overeenstemming was met het in fig, 3 gegeven schema. Elke scheidingskamer had een maximale kegeldiameter van 2 mm en ee$. diametsr van 1 mm aan de kernuitvoer en 'aan de topuitvoer. De scheidingskamers waren kegelvormig zoals weergegeven in fig, 1 en fig. 2 en hadden een leegte van 10 mm. De invoerdruk bedroeg 300 m Hg. De druk aan de kernuxtvoer en aan de topuitvoer bedroeg 60 mm Hg. De drukverhouding bedroeg 5. De invoersnelheid van het gas in de scheidingskamer was de snelheid van het geluid. Het in de eerste cycloon-scheidingstrap ingevoerde uraniumhexafluoride bevatte 99,3% U 238 en 0,1% U 235. De toevoer naar elk van de cycloon-scheidingstrappen werd zo ingesteld dat deze steeds 90$ helium bevatte door een geschikt gekozen fractie uit de opeenvolgende trappen uit de reeks a als weergegeven in fig» 3 "bij te mengen. In elk van de cycloontrappen van de reeks a verd.de kernfractie verrijkt wat betreftij 235 waarbij het gas dat tevoorschijn kwam uit de laatste trap van de reeks a voor de kerngedeelten wat betreft U 235 verrijkt bleek tot 3$ en het gas dat werd verkregen uit de cyclonen van de reeks ft b voor het toggedêélte, bijna alle U 238 bevatte en daarbij een zee? gering gehalte aan U 235, namelijk 0,2$. Voorbeeld V i Op de volgende wijze werden monsters bereid van zuiver uraniumhexafluoride (UFg) en helium (92 vol.$ He, 8 vol, UFg). Het vat dat het zuivere UFg bevatte, werd aangesloten aan een geëvacueerde monsterhouder. Het vat werd op l8 C gehouden in een bad met constante temperatuur en de houders werden met vloeibare stikstof gekoeld» Be hoeveelheid UFg die op deze wijze naar de houder werd overgebracht, werd door wegen bepaald. Het verschil tussen het UFg-gehalte van paren aionsters werd op minder dan 2% gehouden. Het TJF^ in de houders werd vervolgens opgelost in 3 g tetrachloormethaan (CCl^) dat eveneens naai: de houder werd overgebracht door destillatie om zo een homogeen monster te verkrijgen. > De monsterhouders waren vervaardigd uit aluminium dat een relatief geringe absorptie van gamma-stralen vertoont s De wanddikte bedroeg 1, ,01 mm

15 .1U Een potyorai :;e natriumj odide-deteetor diems aangesloten aan een aeeykanaals-aftalj 1 -:etoestel a werd gebruikt voor het meten van de emissie van gamma-straler vanuit de monsters voor het traject vanaf 50 tot 210 kev waarbij e'k kanaal 3 kev omvatte» Het aantal tel-» pulsen dat 'behoort bij de kare cteristieke top bij 185 kev werd na correctie voor de invloed van thc-ium 23^ dat bij een top vertoont s als maat genomen voor het U 2'5-gehalte van het monster, De achter-grondstraling 'bleek van verwaarloosbaar belang te zijn» De houders pasten zeer nauw in de detector-pot./ De gebruik,e inrichting bestond uit vier cycloon» selieidingsorganen in parallels hafeeliag die ila trap Temden van een cas c&de volgens het schema ia fi;. 3= Voor elk eyelooa~se!ï idiagskasier- «88 de maximale kegeldiameter :' mm, terwijl de disaster ter plaatse van de kernultvoer en van de topuitroer 1 mm bedroeg. De seheidingskamers waren kegelvormig goals weergegeven in fig. 1 en 2 en hadden een lengte van 10 sffin De toegepasts imroerdrak bedroeg 180 m Hg» De druk in de verrijkte stroom (basisuit'-'oer) vanuit d cyeloaen werd bepaald op 36 E Hgg, terwijl de drift in ue verarmde stroom (topuitvèer) tussen 36 en 65 mm Hg werd gevarieerd» Onder deze castandigheden werden verscheidene runs uitgevoerd en werd het rendement van de scheiding bepaald door middel van de seheidingsfaktor, De volgende resultaten werden verkregen; Tabel F Run Ir 5 Seheidingsfaktor Uraniumverdelingsverhoii" (E x IQ 3 ) ding (e) , S ,50 fe T De waargenomen sehei^ingsfalktor is in fig» h uitge-» set tegen de uraniumverdelingsverhouding Q voor vier van de runs» als: De uraniumverdelingsverhouding Q is gedefinieerd

16 solaire stroomsnelheid u::anium door topuitvoer totale molaire stroomsnelheid uranium door top- en "basisuitvoeren 2oals uit de grafiek "blijkt bsreikt de scheidingsfaktor E een maximum» 3 vaarde van ongeveer 23 x 10 'bij een waarde'van van ongeveer 0,5. Dit is van belang voor het energieverbruik! Het betekent dat een verdeling over gelijke volumes van de uitstromende gasstroorn aan de topuitvoer en aan de basisuitvoer van de cyclonen in de eenvoudigste vorm van een cascade-schakeling van het in fig. 3 weergegeven type kan worden gebruikt en een minimaal energieverbruik zal vergen. Bij het bedrijven van de cascade-schakeling kunnen dus gelijke doorstroomvolumina in de terugvoer en de aanvoerstromen vanuit het topeind en het basiseind van cycloon I worden gehandhaafd en v&nda&r ia elke cycloon in de a-reeks en de b-reeks, genummerd II tot en met VI enzovoorts»hetgeen êêïi zeer gemakkelijke bedrijfsvijze is, terwijl op deze maaier bij werking op een maximaal scheidings-rendement het energieverbruik minimaal zal zijn. Tevens is de gehele installatie eenvoudig en relatief goedkoop. In het licht van de hierboven vermelde uitkomsten wordt dus het isotoop U 235 gescheiden van U 238 in gasvormig uraniumhexafluoride dat gemengd is met heliumgas in overeenstemming met de volgende werkwijze. De gebruikte inrichting bestaat uit 200 trappen ia een rangschikking waardoorheen de stroom plaatsvindt in overeenstemming met het schema in fig, 3. De maximale kegeldiameter van elke scheidingskaaier is 2 mm terwijl de diameter aan de kernuitvoer en aan de topuitvoer 1 soa bedraagt. De scheidingskamers zijn kegelvormig zoals aangegeven in fig. 1 en fig. 2 en zij hebben een lengte van 10 sis. De invoerdruk bedraagt 180 mm Hg. De druk aan de kernuitvcer ea aan de topuitvoer bedraagt 36 mm Hg. De drukverhouding bedraagt 5. De gasinvoersnelheia in de scheidingskamer is de geluidssnelheid, In het uitstromende gas aan de topuitvoer en aan de basisuitvoer van elké cycloon in beide reeksen worden dezelfde doorstroomvolumina gehandhaafd. Het in de eerste cycloon-scheidingstrap ingevoerde uraniumhexafluoride bevat 99,3$ U 238 en 0,7$ ü 235. De toevoer aan de

17 eerste cycloon-scheidingstrap "bfat 92 vol»$ heliivm ea 8 UFg en gaat verder naar de volgende -.rappen in de reeks door gelijke volumina van toevoer en uit een volgende trap in de reeks a gekozen fractie te vermengens zoals weergegeven in fig. I, Elke trap wordt "bedreven met een uraniumverdelingsverhouding van ongeveer 0 s 5 In elk van de cycloontrappen ven de reeks a wordt de kern-: factie wat "betreft U 235 verrijkt waarbij het gas dat tevoorschijn komt uit de laatst trap van de reeks a voor de kerrifracties wat "betreft U 235 verrijkt is tot terwijl het gas dat wordt verkregen uit de'laatste trappen van de reeks "b van cyclonen voor het topgedeelte bijna alle V 238 bevat en daarbij een zeer gering gehalte aan U 235 heeft, namelijk C 0.HG L_U_S^I_g_S 1, Yer'betering van een warkxrij ze voor liet scheiden van gasmengsels ia samenstellende fracties volgens taa aolêeulaiï» of atoom-gewicht door het onderwerpen van het mengsel aan een centrifugale kracht welke wordt aangewend in een vort exia et eea 81 Mieter van niet mees 3 O dan 5 san bij een absolute gasinvoerdruk vanaf ongeveer 5 msa tot ongeveer 1000 am Hg en een drukverhouding P. /P.. binnen het traject. invoer uitvoer. " vanaf 1 s5 tot 10, waarbij een fractie met een relatief hoog moleculair gewicht uit een omtreksgedeelte van de vortex' wordt afgevoerd en een fractie rast een relatief laag moleculair gewicht uit een kerngedeelte van de vortex wordt afgescheiden» De verbetering bestaat hierin dat de vortex een kegelvorm heeft met een kegelhoek tussen 1 en Q0 s 2, Werkwijze volgens conclusie 1 aet het kenmerk s dat de uit het mengsel verkregen fracties worden onderworpen aan opeenvolgende scheidingstrappen in de vorm van een vortex onder de vermelde omstandigheden om de fracties verder te verrijken wat betreft tenminste een bestanddeel van relatief hoog moleculair- of atoom-gewicht,, of relatief laag moleculair- of atoom-gewicht of van beide» 3, Werkwijze volgens c'onclusi 1 of 2, aet het kenmerk a dat de opeenvolgende scheidingstrappen in de vorm van sen vortex worden bedreven met een uranium-verdelingsverhouaing van ongeveer 0,5» 1*. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het

18 kenmerk, dat isotopen van verschillend atoomgewicht in een mengsel van gasvormige verbindingen daarvan van^elkaar worden gescheiden» 5. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk,, dat de kegelhoek valt tussen 3 en 30» 6. Werkwijze volgens con-clusie 1, 2, 3, t of 5, met het kenmerk, dat de diameter van de vortex niet meer dan. 2 mm bedraagt. 7. Werkwijze volgens conclusie 6 $ met het kenmerk, dat de diameter van de vortex tussen 1 en 0,1 mm bedraagt» / 8» Werkwijzé volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de snelheid van het gasmengsel tenminste de snelheid van het geluid is in het gasmengsel bij de bedrijfstemperatuur, 9. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gasvormige isotopen-mengsel vermengd wordt met een inert gas van lager moleculair- of atoom-gewicht dan het isotopen-mengsel en dat dit na vermenging met het inerte gas in de vortex wordt gebracht. 10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het inerte gas waterstofgas is of helium. 11. Werkwijze volgens conclusie 9 óf 10, met het kenmerk, dat de snelheid van het mengsel met het inerte gas tenminste die is van de geluidssnelheid in dit mengsel bij de bedrijfstenperatuur. 12. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gasvormige mengsel van isotopen een mengsel van uranium-isotopen omvat in de vorm van gasvormige uraniraiverbindingen. 13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de uraniumverbindingen uraniumhexafluoriden zijn. Vörtex-scheidingsorgaan voor het scheiden van gasvormige mengsels in de samenstellende fracties naar hun moleculair gewicht of atoom-gewicht, omvattende een huis met daarin een scheidingskamer die cirkelvormig van doorsnede is en een topeind en een basiseind o heeft, waarbij de diameter aan het basiseind ten hoogste 5 ma bedraagt en de diameter aan het topeind tenminste 0 S Ö1 mm s welk huis verder tenminste êén gasinvoer heeft aan het basiseind van de kamer welke gasinvoer is ingericht voor een tangentiële stroming van gas van buiten het

19 huis de kamer in om een vortex-vormige gasstroom in de kamer vanuit het "basiseind naai* het topeind tot stand te "brengen waarbij de gasvormige componenten met relatief hoog moleculair- of atoom-gewicht naar de omtrek van de vortex yorden gebracht en de componenten met relatief laag moleculair- of atoomgewicht naar de kern, alsmede een uitvoer door het huis axiaal in lijn met de kamer aan het basiseind daarvan en eea uitvoer aan het topeind van de kamer waarbij de uitvoer aan het topeind de gasstroom aan de omtrek van, de vortex uit de kamer ontvangt en de uitvoer aan het basiseind de gasstroom uit het kerngedeelte van de vortex. De verbetering bestaat hierin dat de kamer kegelvormig is mat een kegelhoek tussen 1 en 90 o o 15» Vortex-scheidingsorgaan volgens conclusie lh s met het kenmerk, dat een buisvormig scheidingsorgaan zich uitstrekt vanaf de basisuitvoer tot een punt in de kamer voorbij de invoer om de gasinvoerstroom vaa de basisuitvoer af te-buigen» 16. Vortex-scheidingsorgaan volgens conclusie of ^5-jstë't het keaaerk» dat de lengte van de kamer ten hoogste 200 sm is» 17» Vorfcex-3cheidingsorgaan volgens conclusie o 15 of 16, met.het keamegk» dat de zijwanden van de karnen esn rechte ea gladde kegelvormige ruimte bepalen. 18» Vortex-acheidingaorgaan volgens conclusie lh p 1? 1(5 of 17 8 met het kenmerk n dat de gasinvoeren tenminste twee in aantal zijn die even ver uiteenliggend 19» Vortex-scheidingsorgaan volgens eonelusie of 18 9 met het kenmerk dat de gas invoeren gijn voorzien vaa eerj vernauwing teneinde een supersone invoerstroomsnelheid te verschaffen. 20. Vortex-scheidingsorgaan volgens conclusie 1U«, , 18 of 19, met het kenmerk,, dat de kamer over eea meer dan de helft van de hoogte kegelvormig is. 21o Vortex-scheidingsorgaan volgens conclusie 15s 16, 17s of 20, met het kenmerk',, dat de maximale diameter van de kamer minder dan 2 aan bedraagt. 22. Vortex-scheidingsorgaan volgens conclusie 21» met het kenmerk, dat de maximale diameter vaa de kamer valt tussen 1 en

20 . 19-0,1 BEI. 23. Vortex-scheidingsorgaan volgens een van de conclusies 1U tot en met 22, met het kenmerk, dat de kegelhoek aan het topeind van het kegelvormige gedeelte van de kamer valt tussen 3 en ^. Vortex-scheidingsorgaan volgens een van de conclusies tot en met 23, met het kenmerk, dat de verhouding van de diameter aan de hasis van de kegel tot de diameter aan de top van de kegel ^basis^topuitvoer valt ' bussei } ongeveer 1,3 en ongeveer 3,5» en dat de verhouding van de diameter aan dk basis van de kegel tot de diameter aan de 10 kernuitvoer D. /D,... valt tussen ongeveer T,3 en ongeveer 3,5. basis kernuitvoer

21 uitvoer kerngedeelte o-c' ' F1G. I ma reeks 3. kerngedeelte»* reeks g as meng» 7 F!G. 2 reeks b topgedeelte reeks mb FIG.3 uuvoer topgsdeelte Mils Anders Lennart Wikdahl

22 > I?ils Anders Lerm&rt Wikdahl