ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение тяжелой воды из "Электрохимическая технология неорганических веществ и химические источники тока" Тяжелая вода ВаО применяется в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах. Приведем некоторые ее свойства молекулярная масса 20,09, т. кип. 101,43°С (при 9,81-10 Па), т. пл. 3,81° С, плотность жидкой фазы ( 1 ) 1,104 г/см , теплота испарения при 25° С 45,46-10 Дж/моль. [c.26] Основной стадией получения тяжелой воды является электролиз воды. При электролизе НаО и ОаО разлагаются с разными скоростями, в результате чего электролит обогащается тяжелой водой. Это происходит потому, что равновесные потенциалы при выделении дейтерия более электроотрицательны, чем для протия, а перенапряжение выше. В водороде, получаемом при электролизе, содержание дейтерия меньше, чем в исходной воде. Распределение дейтерия между газом и электролитом характеризуется коэффициентом разделения а. [c.26] Если вести электролиз в периодическом процессе, загрузив порцию природной воды, то можно получить в электролите тяжелую воду любой концентрации. На выработку 1 г тяжелой воды с концентрацией основного вещества 99,8% необходимо затратить 100 кг природной воды. При этом в готовый продукт перейдет лишь 5% дейтерия, содержавшегося в исходной воде. Остальной дейтерий будет унесен с водородом. [c.26] В периодическом процессе содержание тяжелой воды в электролите, а дейтерия в водороде, уходящем из электролизера, постепенно растет, и наступает момент, когда относительное содержание дейтерия в водороде становится уже более высоким, чем в природной воде. Тогда экономически выгодно вернуть обогащенный водород в электролиз. [c.26] Равновесие Ь этих реакциях смещено в правую сторону. Пар, обогащенный тяжелой водой, конденсируется, а конденсат отделяется от паровой фазы. В результате дейтерий из газовой фазы переходит в жидкую. Процесс изотопного обмена идет медленно. Для его ускорения применяют никелевые катализаторы. [c.27] Равновесие в этом процессе сдвинуто вправо. На основе изотопных обменов может быть построен противоточный процесс, в котором дейтерий из газовой фазы систематически передается в жидкую. [c.27] Современные непрерывные технологические схемы для получения тяжелой воды проектируются с применением всех указанных процессов электролиза, рекуперации, каталитического изотопного обмена, фазового изотопного обмена. В простейшей из них используется каскад электролизеров и печей для рекуперации газов. По этой схеме в каждом последующем электролизере каскада в электролите поддерживается постоянная концентрация тяжелой воды, но более высокая, чем в предыдущем электролизере. Первый электролизер каскада питается природной водой. Следующий за ним — водой, обогащенной дейтерием в первой ступени каскада, и т. д. Так как объемы электролита в электролизерах по мере удаления их от начала каскада убыщают, то передавать сам электролит из электролизера в электролизер нельзя. Обогащенная вода поступает в следующий электролизер в виде конденсата паров воды, уносимых с электролизными газами из предыдущего электролизера. Степень обогащения воды дейтерием в каждом электролизере каскада зависит от соотнощ,ения между силой электролизного тока и подачей воды на электролиз. Она выбирается меньше, чем коэффициент разделения. Вода, полученная после рекуперации водорода и обогащенная дейтерием, направляется на питание предыдущего электролизера каскада. [c.27] Применяя эту схему, удается перевести в тяжелую воду 25— 40% дейтерия, содержащегося в исходной воде. [c.27] Сочетая электролиз с процессами изотопного обмена, можно получить различные технологические схемы, с энергетической стороны более выгодные, чем электролиз в каскаде электролизеров с рекуперацией водорода. [c.27] ЭТОГО конденсируются и идут для питания следующего аппарата каскада. Если дополнить технологическую схему аппаратами для фазового обмена, то можно сократить расход теплоты на испарение воды. [c.28] Для получения тяжелой воды применяются электролизеры, рекупер ационные печи, аппараты для каталитического изотопного обмена (КИО), комбинированные аппараты для фазового и каталитического изотопного обменов (ФКИО). [c.29] На начальной стадии электролиза применяются обычные фильтр-прессные биполярные электролизеры для получения водорода и кислорода. На стадии конечного концентрирования применяются малогабаритные электролизеры специальной конструкции. [c.29] Водород сжигают в газовых горелках обычных конструкций, применяемых в промышленности. На каждую ступень каталитического изотопного обмена нужны два аппарата испаритель и конденсатор. Они изготавливаются в виде трубчатых теплообменников. Комбинированный процесс фазового и каталитического изотопного обмена проходит в тарельчатых колоннах с колпачками. Один из вариантов принципиальной технологической схемы получения тяжелой воды приведен на рис. 6. [c.29] Ранее было распространено производство хлора химическим пу-гем по способам Вельдона и Дикона. В этих процессах хлор получали окислением хлористого водорода, образовывающегося в качестве побочного продукта в производстве сульфата натрия из поваренной соли действием серной кислоты. [c.29] Гидроксид натрия в сравнительно малом количестве производится также химическим способом (каустификацией) из кальцинированной соды и гидроксида кальция. [c.29] Хлористый водород абсорбируют водой. Соляная кислота, полученная таким способом, называется синтетической. [c.30] Особенно широко используется хлор в синтезе хлорорганиче-ских продуктов в процессах присоединения хлора (присоединительное хлорирование) к молекуле исходного вещества или замещения атома водорода на атом хлора (заместительное хлорирование). В ряде случаев хлорсодержащие вещества являются товарными продуктами. В других случаях они используются как полупродукты для дальнейших синтезов. [c.30] В процессах заместительного хлорирования часть хлора выделяется в виде хлористого водорода. [c.30] Газообразный хлористый водород и соляная кислота, полученные таким образом, называются абгазными. После очистки и, если необходимо, концентрирования они используются так же, как и синтетическая соляная кислота. [c.30] Хлористый водород и соляная кислота служат сырьем в ряде хлорорганических синтезов. Это процессы гидрохлорирования, например получение хлористого винила из ацетилена и хлористого водорода, процессы окислительного хлорирования, например получение хлорбензола из бензола и хлористого водорода и др. [c.30] Вернуться к основной статье