NO753693L

NO753693L -

Info

Publication number: NO753693L
Application number: NO753693A
Authority: NO
Inventors: Nils Anders Lennart Wikdahl
Original assignee: Nils Anders Lennart Wikdahl
Priority date: 1974-11-05
Filing date: 1975-11-04
Publication date: 1976-05-06
Also published as: FI752021A7; IT1080751B

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for sentri-fugalseparering av gassblandinger i fraksjoner med forskjellig molekyl- eller atomvekt, hvor gassblandingen utsettes for sentrifugalkraft ved rotasjon i en syklon som er oppdelt i en omkrets-syklon og en kjernesyklon og med en diameter på ikke over 5 mm, ved et absolutt gassinløpstrykk mellom ca. 5 og 1000 mm kg og et trykkforhold p kjerneutløp 1 området mellom ca. 1,5 og 10, hvor det uttas en gassformet friksjon ved høyere molekyl- og atomvekt fra omkretssyklonen og gassformet fraksjon lavere molekyl- eller atomvekt fra kjernesyklonen. Oppfinnelsen vedrører spesielt behandling av disse to blandinger. The invention relates to a method for centrifugal separation of gas mixtures into fractions with different molecular or atomic weights, where the gas mixture is subjected to centrifugal force by rotation in a cyclone which is divided into a peripheral cyclone and a core cyclone and with a diameter of no more than 5 mm, at an absolute gas inlet pressure between approx. 5 and 1000 mm kg and a pressure ratio at core outlet 1 in the area between approx. 1.5 and 10, where a gaseous fraction with a higher molecular and atomic weight is taken from the peripheral cyclone and a gaseous fraction with a lower molecular or atomic weight from the core cyclone. The invention relates in particular to the treatment of these two mixtures.

Det er i prinsippet lett å angi metode for separering av gassblanding i fraksjoner med forskjellig molekyl- eller atomvekt, men i praksis er det ganske vanskelig å gjennomføre disse metoder eller å omsette den til virksomme apparater. Da komponentene adskiller seg i molekylvekt kan de separeres etter masse. Ettersom molekylene eller atomene er forskjellige er det også mulig å separere dem ved hjelp av et elektrisk eller magnetisk felt og å utnytte de forskjellige egenskaper til forskjellige typer molekyler eller atomer i slike felt. Således kan f.eks. iso-bo toper med spesiell kjernespinn skilles ut forutsatt at en atom-, stråle av det aktuelle element kan tilveiebringes og atomene har et fra null forskjellig elektronisk spinn i grunntilstanden. Andre anordninger som påvirker ionestråler er irrølige, såsom massefiltere som gjør bruk av fokuseringsvirkningen til ioner på et elektrisk kvadrupolart felt. Et overlageret høyfrekvensfelt bringer ioner med en spesiell masse i resonans og kaster dem ut av strålen. Elektrisk felt er lettere å opprettholde enn magnet-felt og en samling av mange parallelle virkende stråler kan lett tilveiebringes. Imidlertid er dette bare laboratoriemetode og ikke egnet for bruk i stor målestokk på grunn av de kostnader og det utstyr som er nødvendig. In principle, it is easy to specify a method for separating a gas mixture into fractions with different molecular or atomic weights, but in practice it is quite difficult to implement these methods or to convert them into effective devices. As the components differ in molecular weight, they can be separated by mass. As the molecules or atoms are different, it is also possible to separate them using an electric or magnetic field and to utilize the different properties of different types of molecules or atoms in such fields. Thus, e.g. iso-bo tops with special nuclear spin are distinguished provided that an atomic beam of the element in question can be provided and the atoms have an electronic spin different from zero in the ground state. Other devices that affect ion beams are non-moving, such as mass filters that make use of the focusing action of ions in an electric quadrupolar field. A superimposed high-frequency field brings ions of a particular mass into resonance and throws them out of the beam. Electric field is easier to maintain than magnetic field and a collection of many parallel acting rays can be easily provided. However, this is only a laboratory method and not suitable for large-scale use due to the costs and equipment required.

Forskjellen i masse gir opphav til en forskjellig diffusjonshastighet, og dette er blitt benyttet kommersielt ved separeringen eller anrikingen av isotoper, særlig uran. Man lar da gassblandingen støte mot en porøs membran, i hvilken porene er tilstrekkelig små til å tillate molekylstrømming og det lettere molekylet passerer derved hurtigere gjennom porene enn de tyngre. Blandingen kan således separeres ved at den får strømme langs membranens overflate. Den del som passerer gjennom anrikes med den tlettere komponent og den del som ikke passerer anrikes med den tyngre komponent. Når det gjelder U 235°g U 238 er forandringen i fraksjonskonsentrasjon meget liten for begge isotoper slik at det er nødvendig med mange separasjonstrinn. The difference in mass gives rise to a different diffusion rate, and this has been used commercially in the separation or enrichment of isotopes, particularly uranium. The gas mixture is then allowed to collide with a porous membrane, in which the pores are sufficiently small to allow molecular flow and the lighter molecule thereby passes through the pores faster than the heavier ones. The mixture can thus be separated by allowing it to flow along the surface of the membrane. The part that passes through is enriched with the lighter component and the part that does not pass is enriched with the heavier component. In the case of U 235°g U 238, the change in fractional concentration is very small for both isotopes, so that many separation steps are necessary.

Gass-sentrifugene har en roterende sylinder med ringformede innløpsåpninger i den ene ende. Gassen samles i den andre ende av sylinderen i to ringformede avløp. De tyngre komponenter konsentreres til de ytre ringformede avløp og de lettere komponenter til de indre ringformede avløp. Det er også mulig på forskjellige måter å la lgassen sirkulere to ganger gjennom rotoren, hvorved den bringes til å> passere langs omkretsen i den ene retning gjennom en sone med mindre radius i den andre retning. Imidlertid påpeker Avery, Physcis Bulletin, 1970>s. 17-21 (januar 1970) at med nåværende maskinelle be-grensninger for et slikt utstyr er størrelsen av den enkelte maskin slik at separasjonskapasiteten er av en helt annen stør-relsesorden enn fra et trinn i et diffusjonsanlegg og-et av sentrifuge bestående,pfor praktisk bruk beregnet anrikingsanlegg vil behøve hundretusentalls maskiner. Dette betyr at det må utvikles metoder,for masseproduksjon av maskiner og komponenter til lave omkostninger og dette medfører igjen et stort konstruk-sjonsproblem. Avery påpeker at mens en gass-sentrifuge kan være teknisk mulig, så gjenstår imidlertid å se om den kommer til å bli praktisk ettersom omkostningene er meget usikre, da den ikke er blitt prøvet annet enn eksperimentelt i liten målestokk. The gas centrifuges have a rotating cylinder with annular inlet openings at one end. The gas is collected at the other end of the cylinder in two annular drains. The heavier components are concentrated to the outer annular drains and the lighter components to the inner annular drains. It is also possible in various ways to allow the gas to circulate twice through the rotor, causing it to pass along the circumference in one direction through a zone of smaller radius in the other direction. However, Avery, Physcis Bulletin, 1970>p. 17-21 (January 1970) that with current mechanical limitations for such equipment, the size of the individual machine is such that the separation capacity is of a completely different order of magnitude than from a stage in a diffusion plant and a centrifuge consisting of practical use calculated enrichment plant will need hundreds of thousands of machines. This means that methods must be developed for the mass production of machines and components at low costs, and this in turn leads to a major design problem. Avery points out that while a gas centrifuge may be technically possible, it remains to be seen whether it will be practical as the costs are very uncertain, as it has only been tested experimentally on a small scale.

Det har vært foreslått å benytte de treghetseffekter som stammer fra forskjellen i masse i en gass-sentrifuge uten anvendelse av bevegelige deler. En ganske nærliggende metode er å la gassen rotere i en syklon hvor det kan ventes at det tyngre molekylet vil diffundere utover og det lettere mot syklonens sentrum. Imidlertid kreves for å opprettholde en syklon en viss innadrettet strømning av gassblandingen og begge komponenter beveger seg mot sentrum selv om med forskjellig hastighet. It has been proposed to use the inertial effects arising from the difference in mass in a gas centrifuge without the use of moving parts. A fairly close method is to let the gas rotate in a cyclone where it can be expected that the heavier molecule will diffuse outwards and the lighter towards the center of the cyclone. However, to maintain a cyclone some inward flow of the gas mixture is required and both components move towards the center although at different speeds.

Noller og Murtz, Naturwissenschaften 1958> 45 (l6)> s. 382-383 oppnådde en viss separering, men hadde, vanskeligheter med turbulenser ved store Reynold-tall. Resultatet ble at denne metode ikke ble ansattt som attraktiv og det oppnådde separeringsresultat ble maksimalt betraktet som likeverdig med diffusjonsmetoden, men ettersom kraftforbruket er høyt, Noller and Murtz, Naturwissenschaften 1958> 45 (l6)> pp. 382-383 achieved some separation but had difficulties with turbulence at large Reynolds numbers. The result was that this method was not considered attractive and the separation result achieved was at most considered equivalent to the diffusion method, but as the power consumption is high,

så oppnås ingen gevinst med sentrifugering i sammenligning med gassdiffusjon. Således har London oppgitt i sitt skrift Separation of Isotopes, (London, George Newnes Limited) at ettersom hele prosessen ikke er enklere enn diffusjonsmetoden er det ikke sannsynlig at den gir noen fordel. then no gain is achieved with centrifugation in comparison with gas diffusion. Thus, London has stated in his book Separation of Isotopes, (London, George Newnes Limited) that as the whole process is not simpler than the diffusion method, it is not likely to give any advantage.

Avery, Physics Bulletin 1970»s. 17-21, påpeker Avery, Physics Bulletin 1970, p. 17-21, points out

at gass-sentrifugen ble prøvet som en del av U.S.-Manhattan-prosjektet, men det ble gassdiffusjonsmetoden som ble antatt å være mest praktisk, og USAEC antyder at man stadig foretrekker å anvende diffusjonsmetoden fremfor å gå over til en ny fremgangsmåte. that the gas centrifuge was tried as part of the U.S. Manhattan Project, but it was the gas diffusion method that was thought to be most practical, and the USAEC suggests that it still prefers to use the diffusion method rather than move to a new method.

Ifølge oppfinnelsen har man funnet at en fgassformet blanding av komponenter som atskiller seg molekyl- eller atomvekt kan separeres i komponentfraksjoner i samsvar med molekyl- eller atomvekten, hvis blandingen samblandes med en inert . gass med lavere molekyl- eller atomvekt enn blandingen og når'blandingen utsettes for sentrifugalkraft som utøves på en konusformet syklon med en diameter på ikke over ^ mmm idet agassen mates med et absolutt trykk på mellom ca. 5°S ca* 1000 mm Hg og et trykkforhold i området mellom ca. 1,5 og ca. 10. Trykkforholdet defineres som pkjerneutløp Under disse driftsbe-tingelser som er meget viktige ved separering er det mulig å isolere en fraksjon med høyere molekylvekt i omkretsen til en syklon når en fraksjon med lavere molekylvekt i en kjernedel av syklonen. Denne fremgangsmåte er enkel og rett frem og krever ikke noe utstyr med bevegelige deler bortsett fra gassfrem-driftsutstyr og er praktisk ved kommersiell drift i større målestokk. According to the invention, it has been found that a gaseous mixture of components that differ in molecular or atomic weight can be separated into component fractions in accordance with the molecular or atomic weight, if the mixture is mixed with an inert. gas with a lower molecular or atomic weight than the mixture and when the mixture is subjected to centrifugal force exerted on a cone-shaped cyclone with a diameter not exceeding ^ mmm, the gas being fed at an absolute pressure of between approx. 5°S approx* 1000 mm Hg and a pressure ratio in the range between approx. 1.5 and approx. 10. The pressure ratio is defined as pcore outlet Under these operating conditions, which are very important for separation, it is possible to isolate a fraction with a higher molecular weight in the circumference of a cyclone when a fraction with a lower molecular weight in a core part of the cyclone. This method is simple and straight forward and does not require any equipment with moving parts apart from gas propulsion equipment and is practical for commercial operation on a larger scale.

Hvis gasskomponentene har helt forskjellig molékyl-eller atomvekt, kan det være mulig å bevirke en god separasjon i et syklontrinn. Hvis de imidlertid ligger temmelig nær hverandre med hensyn til molekyl- eller atomvekt, kan det være nød-vendig å gjenta prosessen i flere trinn og å gjenvinne fraksjonen med den høyere eller lavere molekylvekt hver gang fra den aktuelle del av syklonen og så resirkulere den til et annet syklontrinn. Ved separering av isotoper, såsom separering av U 235 fra U 238, kan det. være nødvendig å anvende flere hundre syklontrinn for å oppnå en tilfredsstillende anrikelse av kjernedelen av syklonen. If the gas components have completely different molecular or atomic weights, it may be possible to effect a good separation in a cyclone stage. If, however, they are fairly close together in terms of molecular or atomic weight, it may be necessary to repeat the process in several stages and to recover the fraction with the higher or lower molecular weight each time from the relevant part of the cyclone and then recycle it to another cyclone stage. When separating isotopes, such as separating U 235 from U 238, it can. be necessary to use several hundred cyclone stages to achieve a satisfactory enrichment of the core part of the cyclone.

Oppfinnelsen er således kjennetegnet ved det som fremgår av kravene. The invention is thus characterized by what appears in the claims.

En syklonseparator som kan brukes ved gjennomføring av fremgangsmåten kan omfatte et hus med et separatorkammer med sirkulært tverrsnitt og med en spiss ende'og en basis ende og som er konusformet i hvert fall ved spissenden og med en diameter ved basis-enden på minst 5 ™ og en diameter ved spissenden på minst 0,01 mm. Det er anordnet minst et gassinnløp gjennom huset ved basis enden som er anordnet for tangentiell innstrømming av gass fra utsiden av huset til inn i kammeret, for å tilveiebringe en hvirvelformet gass-strømming i kammeret fra basisenden mot spissenden med de gassformede komponenter.. fordelt mot omkretsen av hvirvelen med økende molekyl- eller atomvekt og mot kjernen av hvirvelen med avtagende molekyl- og atomvekt. Hvirvelkjernen eller syklonkjernen har et lavere gasstrykk enn omkretsen. Det er anordnet et utløp gjennom huset i aksiell retning ifforhold til kammeret ved basisenden og et utløp gjennom huset i aksial retning ved spissenden av kammeret. Utløpet ved spissenden opptar en hvirvelgasstrøm fra omkretsen av kammeret og basisendeutløpet mottar hvirvel-strømmen fra kjernedelen av kammeret slik at komponenten med lavere molekyl- eller atomvekt konsentreres i strømmen som trekkes ut via basisutløpet og komponenten med høyere molekyl-ell er atomvekt konsentreres i strømmen som trekkes ut ved spiss-utløpet. Denne syklonseparator er enkel i konstruksjon og har ingen bevegelige deler og er praktisk for kommersiell gass-separasjon i stor målestokk til tross for sin lille størrelse. A cyclone separator that can be used when carrying out the method can comprise a housing with a separator chamber with a circular cross-section and with a pointed end and a base end and which is conical at least at the tip end and with a diameter at the base end of at least 5 ™ and a diameter at the tip end of at least 0.01 mm. There is arranged at least one gas inlet through the housing at the base end which is arranged for tangential inflow of gas from the outside of the housing into the chamber, to provide a swirling gas flow in the chamber from the base end towards the tip end with the gaseous components... distributed towards the periphery of the vortex with increasing molecular or atomic weight and towards the core of the vortex with decreasing molecular and atomic weight. The vortex core or cyclone core has a lower gas pressure than the periphery. There is an outlet through the housing in the axial direction relative to the chamber at the base end and an outlet through the housing in the axial direction at the tip end of the chamber. The outlet at the tip end receives an eddy gas flow from the periphery of the chamber and the base end outlet receives the eddy flow from the core part of the chamber so that the component with lower molecular or atomic weight is concentrated in the stream withdrawn via the base outlet and the component with higher molecular or atomic weight is concentrated in the stream which is pulled out at the tip outlet. This cyclone separator is simple in construction and has no moving parts and is practical for commercial gas separation on a large scale despite its small size.

Sentrifugalkreftene i syklonen bevirker at partikler med større molekylvekt eller atomvekt diffunderer mot omkretsen av syklonen og partikler med lettere molekylvekt eller atomvekt diffunderer inn i den sentrale eller kjernedelen av syklonen. Kjernedelen til syklonen'har et lavere gasstrykk enn omkretsdelen. Da omkretsdelen og kjernedelen har utløp ved motsatte ender av separasjonskammeret, dannes to motstrømmer i separasjonskammeret. Dette forlenger separasjonssonen. The centrifugal forces in the cyclone cause particles with higher molecular weight or atomic weight to diffuse towards the periphery of the cyclone and particles with lighter molecular weight or atomic weight to diffuse into the central or core part of the cyclone. The core part of the cyclone has a lower gas pressure than the peripheral part. Since the peripheral part and the core part have outlets at opposite ends of the separation chamber, two countercurrents are formed in the separation chamber. This extends the separation zone.

Syklonseparatoren kan være utformet av et hvilket som helst egnet materiale som er motstandsdyktig mot korrosjons-angrep fra gassblandinger som skal separeres under driftsbe-tingelsene. Det kan benyttes metaller såsom rustfritt stål og aluminium og nikkel og kromlegeringer. Hvis ikke metallet kan støpes er det imidlertid vanskelig å forme det i meget små størrelser som kreves for oppfinnelsen. Keramikk, glass og plast som er sterkt, motstandsdyktig mot trykk og kan bibeholde sin form under gasstrykket foretrekkes. Slike materialer kan press-støpes eller sprøytestøpes til ønskede former og kan masse-fremstilles uten tap. Materialer slik som glass, porselen, nylon, polytetrafluorhydrokarboner, såsom polytetrafluoretylen og klor-trifluoretylenpolymerer, polyestere, polykarbonater, polyole-finer såsom polyetylen, polypropylen, polybutylen, syntetisk gummi, fenol-formaldehyd, urea-formaldehyd og melamin-formål-dehyd er egnet så vel som polyoksymetylen. The cyclone separator can be made of any suitable material which is resistant to corrosion attack from gas mixtures to be separated under the operating conditions. Metals such as stainless steel and aluminum and nickel and chrome alloys can be used. If the metal cannot be cast, however, it is difficult to shape it into the very small sizes required for the invention. Ceramics, glass and plastics that are strong, resistant to pressure and can retain their shape under gas pressure are preferred. Such materials can be press-moulded or injection-moulded into desired shapes and can be mass-produced without loss. Materials such as glass, porcelain, nylon, polytetrafluorocarbons such as polytetrafluoroethylene and chloro-trifluoroethylene polymers, polyesters, polycarbonates, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, synthetic rubber, phenol-formaldehyde, urea-formaldehyde and melamine-purpose aldehyde are suitable as well as polyoxymethylene.

Syklonseparatoren kan også ha en rørformet lede-plate som utstrekker seg fra basisutløpet inn i kammeret til et punkt under gassinnløpet eller -innløpene^ frabøyer gasstrømmen bort fra basisutløpet, og lette initieringen av en gasshvirvel i basisenden og følgelig gjennom kammeret mot spissenden. The cyclone separator may also have a tubular baffle extending from the base outlet into the chamber to a point below the gas inlet or inlets^ deflecting the gas flow away from the base outlet and facilitating the initiation of a gas vortex at the base end and consequently through the chamber toward the tip end.

Den tangentielle orientering av en eller flere gass-'innløp danner en syklonisk eller hvirvelformet strøm av gassblandingen som innføres. Innløpene bør være jevnt fordelt, hvis det er mer enn ett, for dannelsen av en ny jevn hvirvelstrøm. Vanligvis er mellom to og seks gassinnløp tilstrekkelig. Når gassen innføres i kammeret med høy hastighet tvinges den av de krumme vegger i separatorkammeret til en hvirvel som strømmer skruelinjeformet mot spissenden eller omkretsdelens utløp av kammeret. The tangential orientation of one or more gas inlets forms a cyclonic or vortex-shaped flow of the gas mixture being introduced. The inlets should be evenly spaced, if there is more than one, for the formation of a new uniform vortex. Usually between two and six gas inlets are sufficient. When the gas is introduced into the chamber at high speed, it is forced by the curved walls of the separator chamber into a vortex that flows helically towards the tip end or the circumferential outlet of the chamber.

Det er viktig at hvirvelen som dannes i syklonens separas jonskammeret har en diameter på ikke over ^ > mm og fortrinnsvis 2 mm eller mindre, mest fordelaktig at den ligger mellom 1 og 0,1 mm. Den nedre grense for diameteren settes av praktiske hensyn ved fremstillingen av små sykloner. En praktisk nedre grense syntes å være* 0,1 mm. It is important that the vortex formed in the separation chamber of the cyclone has a diameter of no more than ^ > mm and preferably 2 mm or less, most advantageously that it lies between 1 and 0.1 mm. The lower limit for the diameter is set for practical reasons in the manufacture of small cyclones. A practical lower limit appeared to be* 0.1 mm.

Lengden til separasjonskammeret sammen med diameteren bestemmer volumet for separasjonskammeret og volumet på sin side bestemmer oppholdstiden for gassen som selvfølgelig må være tilstrekkelig for den ønskede separasjon.. Følgelig b$£r lengden og diameteren velges til å gi et kammer med bestemt volum for separasjon. Lengden bør ikke være større enn 200 mm og heller ikke mindre enn 0,1 mm, og hvis kammeret er konisk, bør det være minst 0,1 mm id diameter ved spissenden. The length of the separation chamber together with the diameter determines the volume of the separation chamber and the volume in turn determines the residence time of the gas which of course must be sufficient for the desired separation. Consequently, the length and diameter should be chosen to provide a chamber with a certain volume for separation. The length should not be greater than 200 mm nor less than 0.1 mm, and if the chamber is conical, it should be at least 0.1 mm id diameter at the tip end.

Ifølge et trekk våd oppfinnelsen er konusvinkelen, dvs. vinkelen ved spissenden til det koniske kammer (ved for-lengelse av de koniske sider til deres sammenfallende punkt} According to a feature of the invention, the cone angle, i.e. the angle at the tip end of the conical chamber (by extension of the conical sides to their point of convergence}

i området mellom 1° og 90°, fortrinnsvis mellom 3° og ca. 3^°• Syklonseparasjonskammerets konus er selvfølgelig avkortet. Gode resultater er blitt oppnådd med et forhold mellom diameteren ved basisen av konusen og diameteren til konusens spiss D basis : D spissutløp på mellom 1,3°g 3>5» in the range between 1° and 90°, preferably between 3° and approx. 3^°• The cone of the cyclone separation chamber is of course truncated. Good results have been obtained with a ratio between the diameter at the base of the cone and the diameter of the tip of the cone D base : D tip outlet of between 1.3°g 3>5"

Det har blitt fastslått at det ikke er mulig å effektivt atskille gasskomponenter etter deres molekyl- eller atomvekt hvis kammeret har større diameter enn 5 111111 • Hvis syklonen har større diameter enn 5 mm»vil begge komponenter bevege seg mot sentrum av syklonen med for stor hastighet til å tillate en effektiv separering og problemene som er anført av London vil opptre. It has been determined that it is not possible to effectively separate gas components according to their molecular or atomic weight if the chamber has a diameter greater than 5 111111 • If the cyclone has a diameter greater than 5 mm, both components will move towards the center of the cyclone at too high a speed to allow effective separation and the problems cited by London will occur.

Formen til separasjonskammeret er meget viktig. The shape of the separation chamber is very important.

Man har funnet at en høy separasjonseffektivitet oppnås i konisk formede kammere. Kammeret må avta i diameter mot spissenden med reduksjon av hvirvelens radius og økning av sentrifugalkraften. It has been found that a high separation efficiency is achieved in conically shaped chambers. The chamber must decrease in diameter towards the tip end with a reduction in the radius of the vortex and an increase in the centrifugal force.

Ved uttrykket "konisk formet" menes den effektive koniske form for kammeret, dvs. den avtagende diameter for kammeret ved spissutløpsenden ved sammenligning med diameteren ved innløpsenden eller basisutløpsenden. Kammeret er i reali-teten konisk hvis kammeret ved spissutløpet har en mindre diameter enn kammeret ved innløpet. Hvis dette er tilfelle, vil hvirvelen i kammeret bli mindre i diameter mot spissenden også i det tilfelle hvor kammeret mellom endene ikke er en rett-sidet konus, men f.eks. en sylinder. By the term "conical shaped" is meant the effective conical shape of the chamber, i.e. the decreasing diameter of the chamber at the tip outlet end when compared to the diameter at the inlet end or base outlet end. The chamber is in reality conical if the chamber at the tip outlet has a smaller diameter than the chamber at the inlet. If this is the case, the vortex in the chamber will become smaller in diameter towards the tip end also in the case where the chamber between the ends is not a straight-sided cone, but e.g. a cylinder.

Kammeret kan ha form av en rett-sidet rettvinklet konus fra basisenden mot pspissenden. Den kan også være delvis sylindrisk og konusformet bare ved spissenden. Konusformen bør ikke være jevn eller rettsidet. Konvekst eller konkavt krummede sider kan benyttes med jevn eller økende eller avtagende krumning. Diameteren kan avta kontinuerlig mot spissenden eller i trinn. En konus med rett sider, men med varierende konusvinkel kan benyttes. Det er således mulig med en stor variasjon av konusformer og den form som velges vil være avhengig av de spesielle separasjonsbetingelser og kan bestemmes ved eksperiment. The chamber may take the form of a straight-sided right-angled cone from the base end towards the tip end. It can also be partially cylindrical and conical only at the tip end. The cone shape should not be even or straight-sided. Convex or concave curved sides can be used with even or increasing or decreasing curvature. The diameter can decrease continuously towards the tip end or in steps. A cone with straight sides, but with a varying cone angle can be used. It is thus possible to have a large variety of cone shapes and the shape chosen will depend on the particular separation conditions and can be determined by experiment.

Det' er også viktig å ha et trykkfall mellom gass-innløpet og -basisavløpene tilstrekkelig stort til å tilveiebringe en økning av gasshastigheten når gassen nærmer seg områdene med mindre diameter i konusen. Dette gir maksimaltsentri-fugalkraft for separering av områdene med minst radius. Etter som trykket faller, omdannes trykkenergien eller trykkhøyden til hastighetshøyde og hastigheten øker. Således fås den nød-vendige energi for akselerasjon av partiklene fra trykkfallet og benyttes også for å øke separeringseffekten. Derfor er også trykkforholdet kritisk. It is also important to have a pressure drop between the gas inlet and the base drains sufficiently large to provide an increase in the gas velocity when the gas approaches the areas of smaller diameter in the cone. This provides maximum centrifugal force for separating the areas with the smallest radius. As the pressure drops, the pressure energy or pressure head is converted into velocity head and the speed increases. Thus, the necessary energy for acceleration of the particles is obtained from the pressure drop and is also used to increase the separation effect. Therefore, the pressure ratio is also critical.

Dette betyr også at den maksimale separeringseffek-tivitet oppnås i det området av syklonen hvor radien er liten istedenfor ved syklonens'periferi og det er i dette område at den maksimale separeringseffekten er nødvendig, ved grensen mellom kjerne og periferiområdet hvor gasstrømmen mot spissen og kjerneutløpet har forskjellige retninger. Dette betyr at kjerneområdet er det området hvor de tyngre partikler har den største sjanse til å bli kastet ut om de kommer så langt og dette hjelper til å sikre at de ikke blir værende i den sentrale strøm i basisavløpet. This also means that the maximum separation efficiency is achieved in the area of the cyclone where the radius is small instead of at the cyclone's periphery and it is in this area that the maximum separation effect is necessary, at the boundary between the core and the periphery area where the gas flow towards the tip and the core outlet has different directions. This means that the core area is the area where the heavier particles have the greatest chance of being ejected if they get this far and this helps to ensure that they do not remain in the central flow in the base drain.

Følgelig er basisinnløpet, spissutløpet og kjerne-utløps diameterne valgt slik at trykkforholdet pkjerneutløp ligger i området mellom 1,5 og ca. 10 ved å mate gassen med et absolutt trykk i området mellom ca. 5°S 1000 mm Hg. I reali-teten betyr dette at gasstrykket ved gassinnløpet er minst 1,5 til ca. 10 ganger trykket ved kjerneutløpet for kammeret. Fortrinnsvis ligger trykkforholdet for optimal separasjonseffektivitet i området mellom ca. 2 og 6. Consequently, the base inlet, tip outlet and core outlet diameters are chosen so that the pressure ratio pcore outlet is in the range between 1.5 and approx. 10 by feeding the gas with an absolute pressure in the range between approx. 5°S 1000 mm Hg. In reality, this means that the gas pressure at the gas inlet is at least 1.5 to approx. 10 times the pressure at the core outlet of the chamber. Preferably, the pressure ratio for optimal separation efficiency is in the range between approx. 2 and 6.

Gass kan tilføres gjennom gassinnløpet via en dyse, .et munnstykke eller en åpning som delvis omvandler trykkhøyden til hastighetshøyde. Dette er særlig fordelaktig ved initiering av hvirveldannelsen. Gas can be supplied through the gas inlet via a nozzle, a nozzle or an opening which partially converts the pressure head into a velocity head. This is particularly advantageous when initiating the vortex formation.

Innløpsaastigheten for gassblandingen kan være minst lik lydens hastighet ved de herskende temperaturer og den kan være flere ganger denne hastighet hvis dette er ønsket, men dette krever spesielt gassinnføringsutstyr. Det er mulig å benytte lavere hastigheter enn dette, avhengig av gassen og dette kan bestemmes ved eksperimentering pfor hver gass. Sepa-reringsef f ekten for et bestemt trykkfall er også i en viss grad avhengig av selve innløpet, formen, antall innløp og avstanden. Hvis innløpene gir en helt jevn strøm rundt omkretsen, er det mulig å gjennomføre driften ved relativ lav gassinnløpshastighet, under lydhastighet. The inlet speed for the gas mixture can be at least equal to the speed of sound at the prevailing temperatures and it can be several times this speed if this is desired, but this requires special gas introduction equipment. It is possible to use lower speeds than this, depending on the gas and this can be determined by experimentation for each gas. The separation effect for a specific pressure drop also depends to a certain extent on the inlet itself, the shape, the number of inlets and the distance. If the inlets provide a completely uniform flow around the circumference, it is possible to carry out the operation at a relatively low gas inlet velocity, below the speed of sound.

Prosessen kan drives ved enhver ønsket temperatur. Små variasjoner i temperatur er ikke kritisk. Driftstempera-turen vil vanligvis velges som den temperatur hvor alle komponenter som skal separeres er i gassfase i separasjonskammeret. Ved noen materialer kan dette bety relativt høye temperaturer, mens i tilfelle av andre materialer som vanligvis er gassformet ved normal romtemperatur, kan det benyttes normal romtemperatur. I noen tilfelle kan meget lave driftstemperaturer være å fore-trekke. Området for driftstemperaturer ligger således mellom ca. -50° og ca. 500°C, og fortrinnsvis mellom ca. -20° og 300°C. The process can be operated at any desired temperature. Small variations in temperature are not critical. The operating temperature will usually be chosen as the temperature at which all components to be separated are in gas phase in the separation chamber. In the case of some materials, this may mean relatively high temperatures, while in the case of other materials which are usually gaseous at normal room temperature, normal room temperature can be used. In some cases, very low operating temperatures may be preferable. The operating temperature range is thus between approx. -50° and approx. 500°C, and preferably between approx. -20° and 300°C.

Ifølge oppfinnelsen blir gassblandingen som skal separeres sammenblandet med en inert gass med lavere molekyl-eller atomvekt før gassblandingen utsettes for sentrifugalkraften. Således den hensikt som er ønsket oppnådd ved oppfinnelsen å oppnå en øket separasjonsgrad ved hjelp av dette trekk og denne effekt eller virkning er særlig markert ved mengder av inert gass i overkant av ca. 25 volumprosent av blandingen og særlig i overkant av ca. 60 volumprosent av blandingen. Denne virkning er overraskende og antas forår-saket av en økning i lydhastigheten for gassen på grunn av redusert gjennomsnittlig molekyl- eller atomvekt for blandingen og en viss påvirkning av. den totale diffusjonsmekanisme. According to the invention, the gas mixture to be separated is mixed with an inert gas of lower molecular or atomic weight before the gas mixture is subjected to the centrifugal force. Thus, the purpose which is desired to be achieved by the invention is to achieve an increased degree of separation by means of this feature and this effect or effect is particularly marked with amounts of inert gas in excess of approx. 25 percent by volume of the mixture and especially in excess of approx. 60 percent by volume of the mixture. This effect is surprising and is believed to be caused by an increase in the sound speed of the gas due to a reduced average molecular or atomic weight of the mixture and a certain influence of the total diffusion mechanism.

Det kan benyttes en hvilken somhehelst gass som er inert i forhold til, dvs. ikke reagerer i vesentlig grad med den gassblanding som skal separeres, men denne gass må ha en molekyl- eller atomvekt som er mindre enn den for gassblandingen og fortrinnsvis en så lav molekyl- eller atomvekt som mulig slik at' hydrogen og helium, er foretrukket. Imidlertid kan også nitrogen, metan, etan, karbonmonoksyd, karbondioksyd og vann også benyttes. Any gas that is inert in relation to, i.e. does not react to a significant extent with, the gas mixture to be separated can be used, but this gas must have a molecular or atomic weight that is smaller than that of the gas mixture and preferably such a low molecular or atomic weight as possible so that hydrogen and helium are preferred. However, nitrogen, methane, ethane, carbon monoxide, carbon dioxide and water can also be used.

Når en inert gass benyttes, kan prosessen drives When an inert gas is used, the process can be operated

med et absolutt gassinnløpstrykk høyere enn 1000 mm Hg. Det absolutte gassutløpstrykk kan ligge opptil 10 atmosfærer. with an absolute gas inlet pressure higher than 1000 mm Hg. The absolute gas outlet pressure can be up to 10 atmospheres.

Etter at separasjonen er gjennomført, kan den inerte gass skilles ut ved vanlig teknikk såsom kondensering av de tyngre eller mindre flyktige, separerte komponenter. After the separation has been carried out, the inert gas can be separated by conventional techniques such as condensation of the heavier or less volatile, separated components.

I det tilfelle hvor gassblandingen utsettes for flere hvirveltrinn eller syklontrinn er det fordelaktig å benytte en samling av syklonseparatorer som er anordet i to serier i kaskade. En typisk kaskadeserie som kan benyttes er beskrevet av Avery, Physics Bulletin (1970)>side 18. Kjernedelen fra hvert syklontrinn er kombinert med spissdelen til et senere syklontrinn og dette gjentas ved hvert trinn til slutten av serien, mens i de andre serier spissdelen er kombinert med kjernedelen fra senere trinn. Enhver anordning av sykloner og tilbakeføring kan benyttes. På denne måten gis det ikke av-kall på noe material og eventuelt kan alle separerte komponenter tas ut. In the case where the gas mixture is subjected to several vortex stages or cyclone stages, it is advantageous to use a collection of cyclone separators which are arranged in two series in cascade. A typical cascade series that can be used is described by Avery, Physics Bulletin (1970)>page 18. The core part from each cyclone stage is combined with the tip part of a later cyclone stage and this is repeated at each stage until the end of the series, while in the other series the tip part is combined with the core part from later stages. Any arrangement of cyclones and return can be used. In this way, no material is waived and, if necessary, all separated components can be removed.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares ved hjelp av utførelseseksemplet som er fremstilt på tegningen, som viser: Figur 1 et lengdesnitt gjennom en typisk konisk syklonseparator som kan benyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Figur 2 et riss langs linjen 2-2 på figur 1, og viser syklonseparatoren i tverrsnitt med fridelen og kjerne- In the following, the invention will be explained in more detail using the embodiment shown in the drawing, which shows: Figure 1 a longitudinal section through a typical conical cyclone separator that can be used in the method according to the invention, Figure 2 a view along the line 2-2 in Figure 1, and shows the cyclone separator in cross-section with the free part and core

delene tilhhvirvelstrømmen, og the parts to the eddy current, and

Figur 3 skjematisk et typisk system av syklonseparator anordnet som en kaskadekopling med grupper a og b av kjernedelsykloner og spissdelsykloner som viser strømmen til kjernedelene og spissdelene gjennom hver serie til den endelige separering av komponentene av gassblandingen ved enden av hver serie, Figur 4 et diagram av iakttatte verdier for separasjonsfaktoren mot uranfordelingsforholdet til dataene i tabell Figure 3 schematically a typical system of cyclone separator arranged as a cascade connection with groups a and b of core part cyclones and tip part cyclones showing the flow of the core parts and tip parts through each series to the final separation of the components of the gas mixture at the end of each series, Figure 4 a diagram of observed values for the separation factor against the uranium distribution ratio of the data in the table

III. III.

Syklonseparatoren på figurene 1 og 2 har et hus 1 med seks gassinnløp 2 tangentielt anordnet ved basisenden 3 The cyclone separator in Figures 1 and 2 has a housing 1 with six gas inlets 2 tangentially arranged at the base end 3

til det koniske separeringskammer 5» Gassavløpet 4 f°r den perifere delen av syklonen ligger ved spissenden 9 til det koniske separeringskammer 5 og gassavløpet 6 for basisdelen av syklonen ved basisenden av kammeret. Den indre ende av røret 7 strekker seg innover fra konusens basis og avgrenser en ring-formet sone 8 i hvilken gassinnløpene 2 munneruut. Gassinn-løpene 2 initierer på grunn av at de er anbragt tangentielt ved en hvirvelstrøm vist ved den skruespiralformede pil rundt den ringformede sone 8 som avgrenses av den indre ende av røret 7» Den således dannede hvirvelstrøm fortsetter langs konusens periferi mot utløpet 4°g fra denne bane kastes komponentene med høyere molekyl- eller atomvekt ut i syklonens perifere del, mens komponentene med lavere molekyl- eller atomvekt føres mot den sentrale del av syklonen. Materialet til den sentrale del-' av syklonen føres i motsatt retning eller mot utløpet 6. Det finnes således innbyrdes motsatte rettede strømmer av materialer fra de indre og ytre deler av syklonen og dette fremmer effektiv separering og forlenger dessuten separeringssonen betydelig. to the conical separation chamber 5" The gas outlet 4 for the peripheral part of the cyclone is at the tip end 9 of the conical separation chamber 5 and the gas outlet 6 for the base part of the cyclone at the base end of the chamber. The inner end of the tube 7 extends inwards from the base of the cone and defines a ring-shaped zone 8 in which the gas inlets 2 exit. The gas inlets 2 initiate due to the fact that they are arranged tangentially to an eddy flow shown by the helical spiral arrow around the annular zone 8 which is delimited by the inner end of the tube 7". The eddy flow thus formed continues along the periphery of the cone towards the outlet 4°g from in this path, the components with a higher molecular or atomic weight are thrown out into the peripheral part of the cyclone, while the components with a lower molecular or atomic weight are carried towards the central part of the cyclone. The material to the central part of the cyclone is fed in the opposite direction or towards the outlet 6. There are thus mutually opposite directed flows of materials from the inner and outer parts of the cyclone and this promotes effective separation and also significantly extends the separation zone.

Under separeringen beveger gassblandingen seg, som kommer inn via innløpene 2 i en hvirvel langs kammerets periferi og danner en perifer strøm mot utløpet 4* Samtidig dannes et kjernepartis sentrtxm av syklonen med en gasstrøm i motsatt retning eller mot basisavløpet 6. Trykket i dette kjerneparti er lavere enn trykket ved innløpet 2. På denne måten avgår gass med lavere molekylvekt fra syklonseparatoren via utløpet 6 og gass med en høyere molekylvekt forlater separatoren via utløpet 4- During the separation, the gas mixture, which enters via the inlets 2, moves in a vortex along the periphery of the chamber and forms a peripheral flow towards the outlet 4* At the same time, a core part is formed in the center of the cyclone with a gas flow in the opposite direction or towards the base outlet 6. The pressure in this core part is lower than the pressure at inlet 2. In this way, gas with a lower molecular weight leaves the cyclone separator via outlet 6 and gas with a higher molecular weight leaves the separator via outlet 4-

En samling av de to grupper a og b kaskadekoples A collection of the two groups a and b is cascaded

i syklonseparator av foran beskreven type, som i hver gruppe danner et antall i serie anordnet separeringstrinn kan ha den form som vises på figur 3* Gassblandingen kommer her inn i innløpet, for den første syklonseparator I via en kompressor C hvor den blandes med spissfraksjonen fra syklonseparator Ila og basisfraksjonen fra syklonseparator Ilb. Serie a konsentrerer eller anriker med henblikk på en lettere komponent. Basisfraksjonen uttas ved basisen av separatoren I og passere til neste separator Ila.i serie sammen med spissfraksjonen fra separator Illa, føres derfra som basisfraksjon til separatoren Illa sammen med spissfraksjonen fra separatoren IVa, føres derfra som basisfraksjon til separatoren IVa sammen med spissfraksjonen fra separatoren Va, føres derfra som basisfraksjon til separatoren Va sammen med spissfraksjonen'fra separatoren Via som fra denne som basisf raks jon til separatoren Via. in a cyclone separator of the type described above, which in each group forms a number of series-arranged separation stages can have the form shown in figure 3* The gas mixture enters the inlet here, for the first cyclone separator I via a compressor C where it is mixed with the tip fraction from cyclone separator Ila and the base fraction from cyclone separator Ilb. Series a concentrates or enriches with a view to a lighter component. The base fraction is withdrawn at the base of separator I and passed to the next separator Ila.in series together with the tip fraction from separator Illa, is fed from there as base fraction to separator Illa together with the tip fraction from separator IVa, is fed from there as base fraction to separator IVa together with the tip fraction from separator Va , is fed from there as a base fraction to the separator Va together with the tip fraction from the separator Via as from this as a base fraction to the separator Via.

På denne måten blir basisfraksjonene suksessivt mer og mer konsentrert med henblikk på den lettere komponent og til slutt fjernes den lettere fraksjon fra systemet ved separatoren Via i slutten av serien. In this way, the base fractions are successively more and more concentrated with a view to the lighter component and finally the lighter fraction is removed from the system at the separator Via at the end of the series.

Serie b konsentrerer med henblikk på den tyngre komponent. Spissfraksjonen fra separatoren I uttas gjennom spissavløpet og passerer via ckompressor C til separatoren Ilb sammen med basisfraksjonen fra separatoren Illb. Spissfraksjonen uttas herfra, tilføres separatoren Illb sammen med basis-fraks jonen fra separatoren IVb. Spissfraksjonen uttas fra separatoren Illb og tilføres separatoren IVb sammen med basis-fraks jonen fra separatoren Vb. Spissfraksjonenefra separatoren IVb tilføres separatoren Vb sammen med basisfraksjonen; fra separatoren VIb. Spissfraksjonen fra separatoren Vb uttas fra denne og tilføres separatoren VIb. Således blir spissfraksjonene suksessivt konsentrert med henblikk på den tyngre komponent. Series b concentrates with a view to the heavier component. The tip fraction from the separator I is withdrawn through the tip drain and passes via ccompressor C to the separator Ilb together with the base fraction from the separator Illb. The tip fraction is taken from here, fed to the separator Illb together with the base fraction from the separator IVb. The tip fraction is taken from the separator Illb and supplied to the separator IVb together with the base fraction from the separator Vb. The tip fractions from the separator IVb are supplied to the separator Vb together with the base fraction; from the separator VIb. The tip fraction from the separator Vb is taken from this and supplied to the separator VIb. Thus, the tip fractions are successively concentrated with a view to the heavier component.

Spesielt fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved- hjelp av eksempler. Particularly advantageous embodiments of the invention shall be described in more detail in the following by means of examples.

EKSEMPEL I EXAMPLE I

Syklonene som ble benyttet var av den type som er vist på figurene 1 og 2. Syklonene ble benyttet for separering av karbonmonoksyd fra karbondioksyd i en blanding som inneholdt ca. 25 % CO og ca. 75 f0 c02og blandet med mengder av helium, mengder svarende til tabell I og II. Gassblandingen strømmet fra et forråd gjennom en reduksjons- og reguleringsventil,'en overtrykksbeskytter, et filter og en strømningsmåler av venturi-typen til en syklonseparatorbeholder med tre fra hverandre atskilte kammere, et for tilførsel av blandingen til separatorene og to for oppsamling av de fraksjoner som avgår fra separatorene. De to fraksjoner fra syklonene ble ført gjennom strømningsmåleren og reguleringsventiler til en vakuumpumpe, mens en del ble ført gjennom ventilene til en gassanalysator. Gasstrykkene i syklon-separatorbeholderens kammere ble målt med kvikksølv manometer for absolutt trykk. The cyclones that were used were of the type shown in figures 1 and 2. The cyclones were used for separating carbon monoxide from carbon dioxide in a mixture containing approx. 25% CO and approx. 75 f0 c02 and mixed with amounts of helium, amounts corresponding to tables I and II. The gas mixture flowed from a reservoir through a reducing and regulating valve, an overpressure protector, a filter and a venturi-type flow meter into a cyclone separator vessel with three separate chambers, one for feeding the mixture to the separators and two for collecting the fractions which departs from the separators. The two fractions from the cyclones were led through the flow meter and control valves to a vacuum pump, while a part was led through the valves to a gas analyser. The gas pressures in the cyclone separator vessel chambers were measured with mercury absolute pressure gauges.

Forskjellen i sammensetningen av de to fraksjoner The difference in the composition of the two factions

fra syklonene ble registrert ved hjelp av en infrarød analysator og en tilkoplet potensiometrisk skriver. from the cyclones was recorded using an infrared analyzer and a connected potentiometric printer.

Resultatet som ble oppnådd ved anvendelsen av en The result obtained by the application of a

2 mm syklon er angitt i tabell I. De data som ble oppnådd ved anvendelsen av en 1 mm syklon er angitt i tabell II. Konusvinkelen for syklonene var i begge tilfelle 5>7°'2 mm cyclone is given in Table I. The data obtained using a 1 mm cyclone is given in Table II. The cone angle for the cyclones was in both cases 5>7°'

Separasdoirsfaktoren E er definert véd ligningen The separation factor E is defined by the equation

hvor x er molfraksjonen av karbondioksyd i blandingen karbonmonoksyd - karbondioksyd (helium er utelatt). Strømnings-fordelingsfaktoren defineres på basis av molstrømningen av den innkomne gass som forlater separatoréne gjennom spissavløpet. Det er av disse data tydelig at -Gtéfc Sle oppnådd en god separasjon og at separasjonsfaktoren øker ved mengden av helium. where x is the mole fraction of carbon dioxide in the mixture carbon monoxide - carbon dioxide (helium is omitted). The flow distribution factor is defined on the basis of the molar flow of the incoming gas leaving the separators through the tip outlet. It is clear from these data that -Gtéfc Sle achieved a good separation and that the separation factor increases with the amount of helium.

EKSEMPEL 2 EXAMPLE 2

Isotop U 235 separeres fra U 238 i uranhexafluorid-gass sammenblandet med heliumgass i samsvar med følgende fremgangsmåte. Isotope U 235 is separated from U 238 in uranium hexafluoride gas mixed with helium gas in accordance with the following procedure.

Apparatet som ble benyttet var 2sammensatt av 200 trinn i et system hvis gjennomstrømning er i samsvar med diagrammet på figur 3*Hvert separatorkammer har en maksimal konusdiameter på 2 mm og en diameter på 1 mm ved kjerneutløpet og ved spissutløpet. Separatorkammerne er koniske som vist på figurene 1 og 2 med en lengde på 10 mm. Innløpstrykket ér 300 mm Hg. Kjerneutløpstrykket og spissgassutløpstrykket er 60 mm Hg. Trykkforholdet er 5«Gassinngangshastigheten i separasjonskammeret er lydhastigheten. The apparatus used was 2composed of 200 stages in a system whose flow is in accordance with the diagram in figure 3*Each separator chamber has a maximum cone diameter of 2 mm and a diameter of 1 mm at the core outlet and at the tip outlet. The separator chambers are conical as shown in figures 1 and 2 with a length of 10 mm. The inlet pressure is 300 mm Hg. The core outlet pressure and the tip gas outlet pressure are 60 mm Hg. The pressure ratio is 5« The gas entry velocity in the separation chamber is the speed of sound.

Uranhexafluorid innført i det første syklonseparasjonstrinn inneholdende 99,3 % U 238 og 0,7 <fo U 235. Innmatingen til hvert syklonseparatbrtrinn reguleres til å inneholde 90 f° helium, det samme i hvert, ved innblanding av egnet avalgte fraksjoner fra -etterfølgende serie a trinn som vist på figur 3»Uranium hexafluoride introduced into the first cyclone separation stage containing 99.3% U 238 and 0.7 <fo U 235. The feed to each cyclone separator stage is regulated to contain 90 f° helium, the same in each, by mixing in suitably selected fractions from -subsequent series a step as shown in figure 3"

I hvert serie a syklontrinn blir kjernefraksjonen anriket ved U 235 og gassen som kommer fra det siste trinn av kjernedelen serie a blir anriket, med U 235 til 3 f 0»°g den gassen som ble oppnådd for spissdelen serie b av syklonene inneholder nesten alt U 238 og-en meget liten mengde, 0,2 % U 235. In each series a cyclone stage, the core fraction is enriched with U 235 and the gas coming from the last stage of the core part series a is enriched, with U 235 to 3 f 0»°g the gas obtained for the tip part series b of the cyclones contains almost all U 238 and-a very small amount, 0.2% U 235.

EKSEMPEL 3 EXAMPLE 3

Prøver av renset uranhexafluorid (UFg) og helium Samples of purified uranium hexafluoride (UFg) and helium

(92 % helium, Q fo UFg, regnet i volumprosent) ble preparert på følgende måte. Beholderen som inneholdt renset UFg ble for-bundet med en evakuert prøvebeholder. Beholderen ble holdt ved l8°C i et konstant temperaturbad og beholderne ble kjølt med flytende nitrogen. Mengden av UFg som således ble overført til beholderen ble bestemt ved veiing. Forskjellen mellom UFg-innholdet i prøveparene ble holdt mindre enn 2 %. UFg i beholderne ble så oppløst i 3 g karbontetraklorid (tetraklormetan, CCl^) som likeledes ble overført til beholderen ved destillasjon for å gi en homogen prøve. (92% helium, Q fo UFg, calculated in volume percentage) was prepared in the following way. The container containing purified UFg was connected to an evacuated sample container. The container was kept at 18°C in a constant temperature bath and the containers were cooled with liquid nitrogen. The amount of UFg thus transferred to the container was determined by weighing. The difference between the UFg content in the sample pairs was kept less than 2%. The UFg in the containers was then dissolved in 3 g of carbon tetrachloride (tetrachloromethane, CCl^) which was likewise transferred to the container by distillation to give a homogeneous sample.

Prøvebeholderne ble fremstilt av aluminium som har en relativ lav absorpsjon av gammastråler. Veggtykkelsen var 1>75±0,01 mm. The sample containers were made of aluminium, which has a relatively low absorption of gamma rays. The wall thickness was 1>75±0.01 mm.

En brønntype natriumjodid (Nal)-detektor koplet til en flerkanalanalysator ble benyttet til å måle gammastråle-emmisjonen fra prøvene i området fra 50 til 210 keV, ved 3 keV pr. kanal. Antall tellinger som hørte til den karakteristiske spiss ved 185 keV, .korrigert for påvirkning av Thorium 634 (Th-234) med spiss ved 94 keV, ble tatt som en måling på U 235?innholdet i prøven. Bakgrunnsstrålingen viste seg å være uvesentlig. Beholderne passet meget godt inn i detektor-brønnen. A well-type sodium iodide (Nal) detector connected to a multi-channel analyzer was used to measure the gamma-ray emission from the samples in the range from 50 to 210 keV, at 3 keV per second. channel. The number of counts belonging to the characteristic peak at 185 keV, corrected for the influence of Thorium 634 (Th-234) with a peak at 94 keV, was taken as a measurement of the U 235 content in the sample. The background radiation turned out to be insignificant. The containers fit very well into the detector well.

Det apparat som ble benyttet var sammensatt av fire syklonseparatorer som var parallellkoplet utgjorde et trinn i en kaskade i samsvar med diagrammet på figur 3« Hver syklonseparator hadde en maksimal konusdiameter på 2 mm og en diameter på 1 mm ved kjerneutløpet og ved spissutløpet. Separatorkammerne var koniske, som vist på figurene 1 og 2 med en lengde på 10 mm. The apparatus used was composed of four cyclone separators which were connected in parallel and formed a step in a cascade in accordance with the diagram in Figure 3. Each cyclone separator had a maximum cone diameter of 2 mm and a diameter of 1 mm at the core outlet and at the tip outlet. The separator chambers were conical, as shown in figures 1 and 2 with a length of 10 mm.

Innløpstrykket som ble benyttet var l80 mm Hg. Trykket i den anrikede strøm (basisutløpet) fra syklonen ble fast-lagt ved 36 mm Hg, mens trykket i den utmatede strøm (spiss-utløpet). varierte mellom 36 og 65 mm Hg. 6 Forskjellige kjøringer ble gjennomført under disse betingelser og separasjonseffektiviteten bestemt ved hjelp av separasjonsfaktoren. The inlet pressure used was 180 mm Hg. The pressure in the enriched stream (base outlet) from the cyclone was set at 36 mm Hg, while the pressure in the depleted stream (tip outlet). ranged between 36 and 65 mm Hg. 6 Various runs were carried out under these conditions and the separation efficiency determined using the separation factor.

De følgende resultater ble oppnådd: The following results were obtained:

Den iakttatte separasjonsfaktor ble nedtegnet mot uranfordelingsforholdet 9 for fire av kjøringene i diagrammet som'er vist på figur 4« The observed separation factor was recorded against the uranium distribution ratio 9 for four of the runs in the diagram shown in Figure 4.

Uranfordelingsforholdet 0 er definert som: The uranium distribution ratio 0 is defined as:

som kurven viser når separasjonsfaktoren en maksimal verdi på ca. 23 x 10-3 ve£ en verdi på 9 Hk Ca. 0,5-Dette er meget vesentlig for kraftforbruket. Det betyr at en lik volumfordeling av avløpsstrømmen ved spissut-løpet og basisutløpet i syklonen kan benyttes i den enkleste form for kaskade av den type som er vist på figur 3>°g vil gi minimalt kraftforbruk. Følge kan ved drift av kaskaden like strømningsvolumer opprettholdes i retur og fremoverstrømningene fra spissenden og basisenden til syklon I og følgelig gjennom hver syklon i serie a og b II til VI, etc. noe som er meget velegnet under drift og på denne måten ved drift ved maksimal separasjonseffektivitet at kraftforbruket vil være et minimum. Hele innretningen er enkel og ikke dyr. as the curve shows when the separation factor reaches a maximum value of approx. 23 x 10-3 ve£ a value of 9 Hk Approx. 0.5-This is very important for power consumption. This means that an equal volume distribution of the waste flow at the tip outlet and the base outlet in the cyclone can be used in the simplest form of cascade of the type shown in figure 3>°g, which will give minimal power consumption. Consequently, during operation of the cascade, equal flow volumes can be maintained in the return and forward flows from the tip end and the base end to cyclone I and consequently through each cyclone in series a and b II to VI, etc. which is very suitable during operation and in this way when operating at maximum separation efficiency that the power consumption will be a minimum. The whole arrangement is simple and not expensive.

Følgelig blir i lys av de ovenfor viste resultater isotop U 235 separert fra U 238 i uraniumhexafluoridgass sammenblandet med heliumgass i samsvar med følgende prosedyre. Accordingly, in light of the results shown above, isotope U 235 is separated from U 238 in uranium hexafluoride gas mixed with helium gas in accordance with the following procedure.

Apparatet som benyttes er sammensatt av 200 trinn The apparatus used is composed of 200 steps

i et system hvi-s gjennomstrømning er i samsvar med diagrammet på figur 3* Hvert separatorkammer har en konusdiameter på 2 mm og en diameter på 1 mm ved kjerneutløpet og ved spissutløpet. Separatorkammerne er koniske som vist på figurene 1 og 2 med in a system whose throughput is in accordance with the diagram in figure 3* Each separator chamber has a cone diameter of 2 mm and a diameter of 1 mm at the core outlet and at the tip outlet. The separator chambers are conical as shown in figures 1 and 2 with

en lengde på 10 mm. Innløpstrykket er l80 mm Hg. Kjerne- og spissgassutløpstrykkene er 36 mm Hg. Trykkforholdet er 5« ' Gassinngangshastigheten i separasjonskammeret er lydhastighet. Like strømningsvolumer blir opprettholdt i utstrømningsgassene ved spissutløpet og basisutløpet til hver syklon i hver serie. a length of 10 mm. The inlet pressure is l80 mm Hg. The core and peak gas outlet pressures are 36 mm Hg. The pressure ratio is 5« ' The gas entry velocity in the separation chamber is the velocity of sound. Equal flow volumes are maintained in the outflow gases at the tip outlet and base outlet of each cyclone in each series.

Uranhexafluorid innføres i den første syklonseparasjonstrinn med et innholdt på 99,3 % U 238 og 0,7 $ U 235. Innmatingen til den første syklonseparasjonstrinn inneholder 92 f° helium, og 8 % UFg, regnet i volumprosent, og går videre til det etterfølgende trinn i seriene med blanding av like volumer av innmatet mengde og fraksjon som velges fra et etterfølgende trinn i serie a som vist på figur 3* Hvert trinn drives ved et u f—ranfordelingsforhold & på ca. 0,5- I hvert syklontrinn i serie a blir kjernefraksjonen anriket med U 235°g gassen som kommer fra det siste trinn av kjernedelen i serie a er anriket med U 235 til 3 %°g gassen som oppnås fra det-, siste trinns spissdel i serie b av syklonene inneholder nesten ålt U 238 og en meget liten mengde U 235, nemlig 0,2 Uranium hexafluoride is introduced into the first cyclone separation stage with a content of 99.3% U 238 and 0.7 $ U 235. The feed to the first cyclone separation stage contains 92 f° helium, and 8% UFg, calculated as a volume percentage, and proceeds to the subsequent steps in the series with mixing of equal volumes of fed quantity and fraction which is selected from a subsequent step in series a as shown in figure 3* Each step is operated at a u f-ran distribution ratio & of approx. 0.5- In each cyclone stage in series a, the core fraction is enriched with U 235°g the gas coming from the last stage of the core part in series a is enriched with U 235 to 3%°g the gas obtained from the tip part of the last stage in series b of the cyclones contains almost all U 238 and a very small amount of U 235, namely 0.2

Syklonene ifølge oppfinnelsen er også anvendbare The cyclones according to the invention are also applicable

som molekylseparasjonstrinn i et gasskromatograf-massespektrometer system. Slike systemer kombinerer to fysisk-kjemiske metoder, hvor det kan anvendes en molekylseperator. Gasskromatografi er en særdeles effektiv metode for separering av komponenter av organiske blandinger av tilstrekkelig lett flyktighet og termisk stabilitet, mens massespektrometri er en hensiktsmessig metode for identifisering av disse komponenter. Den direkte tilførsel av separerte gas£formede komponenter fra gasskromatografikolonnen via syklonseparatorer ifølge oppfinnelsen til massespektrometeret medfører et høyt forhold mellom prøve- as a molecular separation step in a gas chromatograph-mass spectrometer system. Such systems combine two physical-chemical methods, where a molecular separator can be used. Gas chromatography is a particularly effective method for separating components of organic mixtures of sufficiently low volatility and thermal stability, while mass spectrometry is an appropriate method for identifying these components. The direct supply of separated gaseous components from the gas chromatography column via cyclone separators according to the invention to the mass spectrometer results in a high ratio between sample

og bæregassanriking. De benyttede gasskromatografi- og masse-spektrometere kan være av konvensjonell type. Et egnet system er f.eks. LKB-gasskromatograf-massespektrometer-systemet som omfatter et enkelt fokuserende massespektrometer. Som bæregass benyttes helium, og prøven injiseres gjennom gasskromatografikolonnen med helium. and carrier gas enrichment. The gas chromatography and mass spectrometers used can be of conventional type. A suitable system is e.g. The LKB gas chromatograph-mass spectrometer system comprising a single focusing mass spectrometer. Helium is used as carrier gas, and the sample is injected through the gas chromatography column with helium.

Claims

1. Process & r separation of a gas mixture into at least two gaseous fractions of the components in accordance with their molecular or atomic weight, where a centrifugal force is exerted by rotation of the mixture in a cyclone with peripheral vortices and core vortices and with a diameter of no more than 5 mm at a absolute gas inlet pressure between approx. 5°g ca« 1000 mm Hg dg a p core outlet 1 where the fraction with a higher molecular weight or atomic weight is taken out from the peripheral part of the cyclone and the fraction with a lower molecular weight or atomic weight is taken out from the core part of the cyclone, characterized in that the gas mixture before being exposed to the centrifugal force is mixed with an inert gas with a lower molecular or atomic weight than the mixture itself.

2. Method according to claim 1, characterized in that the mixture to be separated is a gas isotope mixture.

3" Method according to claim 1, characterized in that the fractions to be separated from the mixture are subjected to successive cyclone separation steps under the specified conditions in order to further enrich them with at least one element selected from the group consisting of fractions with higher molecular or atomic weight, lower molecular weight - or atomic weight or both.

4" Method according to claim 2 or 3> characterized in that the successive cyclone separation steps are operated with a uranium distribution ratio of approx. 0.5» 5* Process according to claim 1 or 2, characterized in that isotopes which differ in atomic weight are separated from a mixture of gaseous components thereof.

6. Method according to claim 1, characterized in that the cyclone is conical.

7. Method according to claim 1, grade i-, characterized in that the cyclone has a diameter of no more than 2 mm.

8. Method according to claim 1, characterized in that the cyclone has a diameter of 1 to 0.1 mm.

9" Method according to claim 1, characterized in that the speed of the gas mixture is at least the speed of sound in the gas mixture at operating temperature.

10;. Method according to claim 1, characterized in that helium is used as inert gas.

11. Method according to claim 1, characterized in that the inert gas is hydrogen.

12. Method according to claim 1, characterized in that the gas isotope mixture comprises a mixture of uranium isotopes in the form of gaseous uranium compounds.

13"Procedure according to claim 12, characterized in that uranium hexafluoride is used as the uranium compound.

14*. Method according to claim 1 and 6, characterized in that a truncated cone is used with a cone angle between 1° and 90<0>, preferably between approx. 3° and 3O<0.>

15*Procedure according to claim 14> characterized by. that a ratio is used between the diameter at the base of the cone and the diameter at the tip of the cone between 1.3 and 3.5-