164547. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázkeverékeknek az alkotók molekula- vagy atomsúlya szerinti frakciókra való szétválasztására
7 164547 8 Fontos követelmény az is, hogy elegendő nyomásesés legyen a gázbeömlő nyílás és a kiömlővégen levő kiömlőnyílás között, annak érdekében, hogy a gáz sebessége a kúpban levő kisebb átmérőjű tartomány felé közeledve gyorsuljon. Ez a legkisebb sugár tartományában a szétválasztáshoz maximális centrifugális erőt szolgáltat. Amikor a nyomás csökken, a nyomásenergia vagy nyomásmagasság sebességmagassággá alakul át és a sebesség nő. így a részecskék gyorsításához szükséges energiát a nyomásesésből kapjuk és ezt a szétválasztás hatásosságának növelésére használjuk Ez az oka annak, hogy a nyomásviszony a találmány szerinti eljárás szempontjából nagy jelentőségű. Ez azt jelenti, hogy a szétválasztás legnagyobb hatásossága az örvénylésen belül azon a szakaszon van, ahol a sugár kicsi, és nem az örvénylés kerületénél, és ez a szakasz ott van, ahol a maximális szétválasztó hatásra szükség van, mégpedig a magrész és kerületi rész közötti határfelületnél, ahol a gáz a kiömlővég felé, illetve irányában különböző irányokban áramlik. Ez azt jelenti, hogy a magtartomány az a tartomány, ahol a nehezebb részecskéknek legnagyobb az esélyük arra, hogy kidobódnak akkor, ha idekerülnek, és ez elősegíti annak biztosítását, hogy nehezebb részecskék nem maradnak a magáramban a magtartományhoz tartozó kiömlőnyílásnál. Következésképpen a kiömlővégen levő kiömlőnyílás és beömlővégen levő magrészhez tartozó kiömlőnyílás vagy kiömlőcső átmérőjét úgy választjuk meg, hogy a nyomás Pbeömiés/p magkiömiés viszonyának értéke 1,5 és 10 között legyen, amikor a beömlő gáz abszolút nyomása 5 és 1000 higanymilliméter közötti. Ez azt jelenti, hogy a gáznak gázbeömlő nyílásnál levő nyomása legalább 1,5-10-szerese a kamra magkiömlésénél, illetve kiömlőcső kiömlonyüasaban levő nyomásnak Az optimális szétválasztási hatás eléréséhez a nyomásviszony előnyösen 2 és 6 között van. A gázt a gázbeömlő nyíláson, illetve fúvókán vagy hasonló nyíláson lehet bevezetni, amely a nyomásmagasságot részben sebességmagasságá alakítja át. Ez az örvénylés megindításához különösen előnyös. A gázbeömlő nyílásnál előnyös nagy gázsebességek létrehozása, mivel ez növeli a szátválasztási sebességet. A gázkeverék beömlési sebességének legalább olyan nagynak kell lenni, mint a műveleti hőmérsékleten fellépő hangsebesség, azonban a gázkeverék sebessége e sebesség többszöröse is lehet, ha ez kívánatos, azonban ehhez különleges gázbevezető szerkezet szükséges. Lehetséges az is, hogy — a gáz anyagától és minőségétől függően -ennél kisebb sebességeket alkalmazzunk, amelyeket minden gázra külön, kísérletek révén lehet meghatározni. Egy adott nyomáseséshez tartozó szétválasztási hatás is - bizonyos mértékben — függ a beömlőnyílástól, a gázbeömlő nyílások alakjától, számától és egymástól való távolságától. Ha a gázbeömlő nyílások a kerület mentén egy tökéletesen egyenletes áramlást hoznak létre, akkor aránylag alacsony gázbeömlési sebességekkel is lehet dolgozni, amely gázsebességek a hangsebességnél kisebbek. Az eljárás bármilyen megfelelő hőmérsékleten végrehajtható, foganatosítható. A hőmérsékle-5 tekben fellépő kis ingadozásoknak nincs jelentősége. Normál körülmények között olyan hőmérséklet választó az eljárás foganatosítására, amelynél a szétválasztani kívánt valamennyi alkotó gázfázisban van. Egyes anyagok esetén ehhez 10 aránylag magas hőmérsékletek szükségesek, olyan anyagoknál azonban, amelyek normál szobahőmérsékleten gázállapotban vannak, az eljárás normál szobahőmérsékleten foganatosítható. Bizonyos esetekben előnyös lehet nagyon alacsony IS hőmérsékletek alkalmazása. Az eljárás foganatosítására használható hőmérséklettartomány -50 C° és 500C0 , előnyösen -20 C° és 300 C° között lehet. Abban az esetben, amikor a gázkeveréket több 20 örvénylő fokozatban kell kezelni, előnyös, ha két sorban, kaszkád kapcsolásban elhelyezett, örvényléssel dolgozó szétválasztókat vagy ciklonokat alkalmazunk. Egy tipikus, használható kaszkád sort ismertet Avery a Physics Bulletin (1970) 18. 25 oldalán. Mindegyik ciklon fokozatból a magrészt kiválasztjuk és sorban kombináljuk a későbbi ciklon fokozatból származó, kiömlővégnél kiáramló gázrésszel. Ezt minden fokozatnál ismételjük a sorozat, illetve ciklonsor végéig. A másik 30 sorozatnál, illetve ciklonsornál a kiömlővégen kiáramló gázrészt választjuk külön és vezetjük keresztül a későbbi fokozatból származó, magrészből áramló gázrészen, illetve ezzel egyesítjük. A ciklonoknál és a visszatáplálásnál bármilyen 35 elrendezés használható. Ilyen módon az anyagnak semmilyen része nem vész kárba és -ha kívánatos - egyes esetekben a szétválasztott komponensek egésze visszanyerhető. A találmányt részleteiben a rajzokon vázolt 40 példaképpeni berendezéskivitellel kapcsolatban ismertetjük. Az 1. ábra a találmány szerinti berendezés, illetve tipikus kúpos ciklon jellegű szétválasztó berendezés egy példaképpeni kiviteli alakjának 45 hosszmetszete. A 2. ábra az 1. ábrán vázolt berendezéskivitel 2-2 vonal menti metszete, amely a ciklon jellegű szétválasztó berendezést keresztmetszetben mutatja. Az ábrán az örvényáram kerületi részei S0 és magrészei kör-vonalakkal és nyilakkal vannak feltüntetve. A 3. ábra a ciklon jellegű szétválasztó berendezések egy tipikus elrendezését vázlatosan mutatja, amelyen a ciklon jellegű szétválasztok 55 kettős, a és b kaszkád sorban vannak elhelyezve. Az ábra mutatja, hogy a kiömlőnyíláson kiáramló gázrészek és a magrészhez tartozó kiömlőnyíláson kiáramló gázrészek mindkét soron keresztülárandanak, és hogy a gázállapotú keverék kom-60 ponenseinek végső szátválasztása mindegyik sor végénél történik. Az 1. és 2. ábrán látható ciklonnak 1 háza és a ház 3 beömlővégénél érintőlegesen elhelyezett hat 2 gázbeömlő nyílása van. A 3 beömlővég a 65 kúpos szétválasztó 5 kamra egyik végét zárja le. 4
