ТЕРМОДИФФУЗИОННАЯ КОЛОННА
THERMAL DIFFUSION COLUMN

Изобретение относится к устройствам для нехимического разделения газов или их изотопов и может быть использовано в экспериментальных или промышленных сепараторах газов.
Традиционная термодиффузионная колонна представляет собой две концентрических цилиндрических поверхности, между которыми формируется температурный перепад. Внутренняя поверхность нагревается, а внешняя охлаждается. Процесс термодиффузии приводит к образованию двух конвективных потоков разделяемых газов, располагающихся вдоль горячей и холодной поверхностей. Отборы, выполненные в соответствующих местах, позволяют осуществить разделение газов (Грю К.Э., Иббс Т.Л. Термическая диффузия в газах, пер. с англ., М., 1956., стр.156.;Рабинович Т.Д. Разделение изотопов и других смесей термодиффузией. Москва, Атомиздат. - 1982 г. - 144 с.).
Недостатком известного устройства является зависимость процесса разделения от практически всех параметров процесса, в том числе и от расстояния между нагретой и холодной поверхностями. Для эффективного разделения газов это расстояние необходимо изменять в зависимости от концентрации разделяемых газов, которая, в свою очередь, меняется в процессе разделения.
Техническим результатом изобретения является повышение выхода разделяемых газов.
Технической задачей изобретения является регулирование расстояния между нагретой и холодной поверхностями при изменяющейся концентрации разделяемых газов.
Это достигается тем, что известная термодиффузионная колонна, содержащая корпус, нагретую и холодную поверхности, снабжена винтом и закрепленной в корпусе неподвижной гайкой, при этом нагретая и холодная поверхности выполнены в виде плоскостей, а нагретая поверхность винтом контактирует с неподвижной гайкой с возможностью перемещения в направлении холодной поверхности.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид термодиффузионной колонны, на фиг.2 изображена нагретая поверхность с элементами регулирования взаимного расстояния, а на фиг.3 показаны нагретая и холодная поверхности с карманами отбора разделяемых газов.
Термодиффузионная колонна содержит корпус 1, нагретую и холодную поверхности 2 и 3, регулирующий винт 4, закрепленный на нагретой поверхности с возможностью вращения и контактирующий с неподвижной гайкой 5, шток 6, являющийся продолжением винта 4, проходящий через уплотнение 7 и имеющий регулировочную рукоять 8, стержень 9, неподвижно закрепленный на нагретой поверхности 2 и проходящий через неподвижную втулку 10, неподвижная холодная поверхность 3 имеет тепловой контакт с холодной стороной модулей Пельтье 11, горячая сторона которых охлаждается проточной водой, поступающей и вытекающей из полости 12 охлаждения по штуцерам 13 и 14, нагрев поверхности 2 осуществляется омическим нагревателем 15, отбор компонентов газовой смеси осуществляется с помощью щелевых карманов 16 и 17, расположенных на нагретой и холодной поверхностях 2 и 3 колонны, ввод газовой смеси в колонну осуществляется через штуцер 18, а отбор разделенных компонентов через штуцеры 19 и 20.
Термодиффузионная колонна работает следующим образом.
При подаче питания к модулям Пельтье 11 и омическому нагревателю 15 между поверхностями 2 и 3 возникает разность температур, которая является необходимым условием термодиффузии. Подача смеси газов через штуцер 18 внутрь корпуса 1 инициирует процесс термодиффузии, при котором молекулы одного газа образуют конвективный поток вдоль нагретой поверхности колонны, а молекулы другого образуют противонаправленный поток вдоль холодной поверхности. Расстояние между нагретой и холодной поверхностями критично для процесса термодиффузии, так как увеличение этого расстояния ведет к удлинению траектории диффузии и, следовательно, к уменьшению скорости разделения смеси, а сближение нагретой и холодной поверхностей ведет к захвату потоком одного газа молекул другого, т.е. к противоположному процессу сепарации и уменьшению коэффициента разделения. Выбор оптимального расстояние между пластинами осуществляется экспериментально для каждого состава смеси и каждой концентрации и задается в процессе работы колонны с помощью рукоятки 8, приводящей ходовой винт 4. Более того, в процессе разделения смеси и уменьшения концентрации одной или обеих составляющих смеси расстояние между нагретой и холодной поверхностями может меняться с целью достижения наиболее эффективного разделения смеси.
Отбор газовых составляющих осуществляется с помощью щелевых карманов на поверхностях 2 и 3, заканчивающихся штуцерами 19 и 20.
Использование изобретения обеспечивает повышение выхода разделяемых газов за счет выполнения поверхностей в виде плоскостей, что позволяет осуществить регулировку расстояния между ними, а это невозможно в случае коаксиального варианта термодиффузионной камеры.