<EMI ID=1.1>
BILOUS, est relative aux appareils diffuseurs à plusieurs
étages utilisés pour effectuer par diffusion gazeuse la
séparation de gaz mélangés de poids moléculaires voisins.
On sait que ces appareils comprennent essentiellement une paroi poreuse dont le rayon moyen des pores est
petit devant le libre parcours moyen (variable avec la
température et la pression) des molécules de ces gaz. Les
chocs de ces molécules contre les parois des pores ont alors plus d'importance que les chocs mutuels de ces molécules les unes sur les autres (effet Knudsen) :
les particules les plus légères tendent donc à passer préférentiellement à travers la paroi poreuse.
Une telle séparation peut être produite par exemple dans le dispositif connu de la fig. 1. La paroi poreuse appelée encore "barrière" 1 sépare les compartiments haute et basse pression 2 et 3 du diffuseur 4. Le mélange gazeux, comprimé dans le compresseur 5 6 est amené
à une température convenable dans l'échangeur/puis arrive en 7 dans le diffuseur 4. Une partie diffuse à travers
la barrière 1 s'enrichit en le constituant gazeux le plus léger et est extraite en 8 du compartiment basse pression
3. L'autre partie s'appauvrit en ledit constituant et est soutirée en 9 du compartiment haute pression 2. Un tel dispositif constitue un étage de diffusion.
L'enrichissement étant très faible, il faut, pour obtenir une concentration en constituant léger intéressante, faire subir au mélange gazeux de très nombreuses diffusions à travers des barrières analogues. On groupe donc plusieurs étages de la manière indiquée sur la fig,
2. Sur cette figure sont représentés trois étages de diffusion avec les diffuseurs 10, 11, 12, les compresseurs
<EMI ID=2.1> .sortant en 19 du diffuseur 11 est envoyé au diffuseur 12 où il entre en 20, après addition du gaz appauvri venant de l'étage suivant et arrivant on 21.
Le gaz appauvri sortant en 22 du diffuseur 11 est recyclé dans le diffuseur 10, où il entre en 23 après avoir été mélangé au gaz enrichi venant par 24 de l'étage précédent.
On doit adjoindre sur tous les circuits de gaz appauvri une vanne de contrôle telle que 25 et un dispositif' de recompression, par exemple une'soufflante 26, destiné à compenser les pertes de charge dues à la circulation des
gaz.
Un tel ensemble d'étages constitue une "cascade".
Dans la suite du texte, on désignera par :
Li ':le débit en poids du gaz entrant dans le diffuseur
de rang i ;
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compartiment basse pression du diffuseur de rang i ; Ni : la concentration en gaz le plus léger dans le
mélange entrant dans le diffuseur de rang i ;
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mélange diffusé sortant du compartiment basse pression du diffuseur de rang i ;
<EMI ID=5.1>
L
le même pour chaque étage ) ;
<EMI ID=6.1>
1-N
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R
Une telle installation présente certains inconvénients.
Le coefficient d'enrichissement [pound] qui conditionne le nombre d'étages nécessaires pour obtenir la concentration désirée est très faible, et par suite pour obtenir une bonne séparation, il faut un très grand nombre d'étages.
Par exemple, pour la séparation des isotopes 235
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0,5 'on obtient en pratique un coefficient d'enrichissement voisin de 0,002, ce qui nécessite trois cents étages pour
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mille cinq cents étages.
D'autre part, l'importance du débit recyclé pose le problème de savoir où et comment le réintroduire dans l'installation. Plusieurs possibilités ont été envisagées :
1[deg.]) on peut le réinjecter à l'entrée des compresseurs, en lui faisant subir une perte de charge adéquate, ce qui conduit à un surcroît de dépense en énergie et à des appareils volumineux, à moins que le débit recyclé ne soit petit par rapport au débit entrant dans l'étage;
2[deg.]) le compresseur peut comporter deux entrées, l'une à basse pression, l'autre à pression moyenne, mais la fabrication de tels appareils est complexe et coûteuse ;
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apport au .débit entrant dans l'otage.
L'invention a pour but d'améliorer le rendement de telles installations,
<EMI ID=12.1> ou égal à p) est envoyé à l'alimentation de l'étage i-h+2 et que le gaz, appauvri en ledit constituant, sortant d'un tronçon dudit étage i est envoyé à l'alimentation du tronçon suivant du même étage, alors que celui sortant de son dernier tronçon (d'ordre p) est envoyé à
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Une telle disposition permet de diminuer le nombre total d'étages et l'importance des débits recyclés de gaz n'ayant pas diffusé.
En effet, dans un diffuseur ordinaire, tel que celui représenté fig. 1, le gaz qui entre en 7 pour sortir en 9 s'appauvrit progressivement en gaz léger. La fraction diffusée près de 9 est donc moins riche que la fraction diffusée près de 7. Si; suivant l'invention, on divise le diffuseur en plusieurs tronçons, dans chaque tronçon la diffusion sera plus homogène. Dans le premier tronçon, le
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Or seule la portion du mélange diffusée par ce tronçon est envoyée à l'étage suivant, toutes les portions diffusées par les autres tronçons étant recyclées d'une façon variable avec leurs degrés d'enrichissement.
Le coefficient [pound] à considérer pour chaque étage est donc celui du premier tronçon, et, comme il est plus grand que dnns les réalisations classiques, le nombre
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petit.
Comme la diffusion réalisée dans le ou les derniers tronçons n'affecte pas le coefficient d'enrichissement de l'étage, en raison du recyclage de la portion y diffusée, on peut prévoir le nombre et la surface de ceuxci tels que la somme d.es débits de gaz diffusés dans les p tronçons d'un étage soit supérieur au débit diffusé par un étage de diffuseur classique.
Il s'ensuit que la portion de gaz non diffusée recyclée est moins importante, ce qui rend sa recompression plus économique.
Pratiquement môme un éjecteur à buse suffit à cet effet, la portion de gaz diffusé qui alimente chaque étage étant capable, après avoir été comprimée par le compresseur d'alimentation de cet étage, d'entraîner, dans ledit éjecteur, la portion non diffusée recyclée. De tels éjecteurs présentent sur les soufflantes les avantages d'un fonctionnement statique et d'une exécution simplifiée.
Ou encore le'gaz non diffusé recyclé peut être simplement détendu et envoyé à l'entrée du compresseur d'alimentation correspondant : cette méthode, peu intéressante dans les réalisations classiques illustrées par la fige 1 devient ici économique, étant donné la petitesse du débit intéressé.
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ci-jointes, on va décrire ci-après divers exemples, donnés à titre non limitatif, de réalisation d'appareils diffuseurs conformes à l'invention. Les dispositions de réalisation qui seront décrites à propos de ces exemples devront être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront aussi bien être utilisées sans sortir du cadre de celle-ci.
La fig. 3 représente un étage de diffuseur divisé en deux tronçons conformément à l'invention.
La fig. 4 représente une cascade de trois étages semblables à celui représenté sur la fig. 3.
1
La fige 5 représente une cascade d'étages de diffuseur divisés en cinq tronçons.
La fig. 6 représente une cascade d'étages de diffuseur divisés en trois tronçons.
même
La fig. 7 représente la/cascade que la fig. 6, les trois tronçons dont le gaz diffusé alimente un même étage étant groupés en un seul bloc et réalisés par cloisonnements à l'intérieur d'un diffuseur standard.
Et les fige 8 et 9, enfin, montrent les emplacements de lignes de coupure permettant d'isoler des portions d'appareils diffuseurs dont les étages sont divisés, respectivement, en deux et trois tronçons.
L'étage de diffuseur représenté sur la fig. 3 comprend conformément à l'invention deux tronçons 27 et
28 (p = 2), Son compresseur 29 et son échangeur 30.
Le gaz arrivant de l'étage précédent entre en 31 dans la section haute pression du tronçon 27. Le gaz diffusé sort en 32 et est envoyé à l'étage suivant. Le gaz sous pression n'ayant pas diffusé passe du tronçon 27 au tronçon 28 par
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en 34 et est réinjecté suivant l'invention en 35 avant le compresseur 29. Le gaz appauvri sort de la section haute
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l'étage inférieur.
La cascade représentée sur la fig. 4 comprend trois étages de diffuseur divisés en deux tronçons, 37 et
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(éjecteurs à buse).
On appelle k le rapport du débit diffusé par le second tronçon au débit diffusé par le premier. Ce rapport est pratiquement égal au rapport des surfaces des barrières poreuses de ces tronçons.
Si on refait une théorie analogue, pour la sépa-
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le débit diffusé total, pour un travail de séparation donné, avec l'important avantage qu'une augmentation très notable du coefficient d'enrichissement [pound] est obtenue au prix d'une augmentation faible du débit diffusé total.
Ce débit diffusé total est égal à la somme des débits d'hexafluorure d'uranium diffusant à travers les barrières poreuses dans l'installation, que ces débits soient recyclés ou non, et la surface totale des barrières nécessaires est proportionnelle à ce débit diffusé total.
Si l'on compare une cascade composée d'étages doubles, pour k = 1,5, avec une cascade ne comportant que des étages ordinaires, on trouve que :
le nombre d'étages est multiplié par 0,65 ;
le débit diffusé total est multiplié par 1,10 ;
le débit non diffusé recyclé est multiplié par 0,44. On voit que moyennant une faible augmentation de la surface des barrières, on diminue considérablement le nombre d'étages et le débit non diffusé recyclé, dont la recompression peut se faire de façon économique, corme il a été vu plus haut.
La fig. 5 représente plusieurs étages de diffuseur divisés, conformément à l'invention, en cinq tronçons
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52, 53 et 54. Pour simplifier le dessin, les compresseurs, r"
6 changeurs, vannes et dispositifs de re compression n'ont <EMI ID=23.1>
traïts: pleins de façon, à mettre en évidence le circuit, des. gaz d'un. étage: donné. � les', autres: circuits relatifs aux autres otages- sont en traits: interrompus:.,
<EMI ID=24.1>
Si l'on compare alors une cascade composée: de; diffuseurs à trois tronçons avec une. cascade composée de diffuseurs classiques,, on trouve que pour des: productions.. analogues :
<EMI ID=25.1>
Sur la fige ? on a représenté plusieurs étages de diffuseur à trois tronçons en les désignant par les mêmes
<EMI ID=26.1>
rassemblé dans un appareil unique les tronçons des trois étages différents dont le gaz diffusé est recyclé au même étage.
Une telle disposition permet de monter toute l'installation avec des appareils identiques.
<EMI ID=27.1>
rés des lignes de coupure 64, 65 qui permettent d'isoler une partie des appareils diffuseurs pour leur entretien ou leur réparation. Sur ces figures on constate que les lignes de coupure sont placées de telle façon qu'elles
ne coupent que des courants haute pression, ce qui diminue le diamètre et par conséquent le coût des vannes nécessaires.
<EMI ID=28.1>
ré l'un des étages (à deux tronçons) de l'appareil, par un trait mixte 66 et d'une façon analogue on a entouré l'un des étages à trois tronçons de l'appareil de la fig. 9
<EMI ID=29.1>
REVENDICATIONS
1. Appareil diffuseur à'plusieurs étages pour effectuer par diffusion gazeuse la séparation de gaz mélangés de poids moléculaires voisins, caractérisé en ce que l'un au moins de ses étages i est divisé en p tronçons
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léger, diffusé par le tronçon d'ordre h de cet étage
(h étant un nombre entier inférieur ou égal à p) est envoyé à l'alimentation de l'étage i-h+2 et que le gaz, appauvri en ledit constituant, sortant d'un tronçon dudit étage i, est envoyé à l'alimentation du tronçon suivant du même étage, alors que celui sortant de son dernier tronçon (d'ordre p) est envoyé à l'alimentation de l'étage i-p+l.