ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение изотопов методом ректификации из "Изотопы Свойства, получение, применение Том 1" В условиях физической адсорбции газа фазовый изотопный обмен протекает быстро и в уравнение аддитивности фазовых сопротивлений массопереносу входят только коэффициенты массопередачи в газовой и твёрдой фазах. Как правило, массоотдача в газовой фазе даёт небольшой вклад в величину ВЕП, и зависимость ВЕП от нагрузки определяется массоотдачей в твёрдой фазе для гранулированных сорбентов, т.е. определяется диффузионными процессами во вторичных порах гранул сорбента. [c.271] Ректификация является наиболее совершенным видом перегонки. В качестве нижнего УОП используется испаритель (куб колонны), а верхним УОП является конденсатор (дефлегматор). Пар из испарителя поднимается по колонне, контактируя со стекающей по колонне жидкостью (флегмовый поток), которая образуется в верхнем УОП из поступающего в него пара. Для улучшения условий массообмена между жидкостью и паром в колонне размещают контактные (массообменные) устройства. В качестве этих устройств, увеличивающих поверхность массообмена и влияющих на величину коэффициента массопередачи, используют различные типы насадок (кольца, спирали, рулоны из сетки и т.д.) и тарелок (ситчатые тарелки, колпачковые, инжекционные). В зависимости от типа массообменного устройства колонны называются насадочными или тарельчатыми. [c.271] Однократный эффект разделения при ректификации основан на различии парциальных давлений (летучестей) компонентов, образующих жидкую фазу. [c.271] Ректификация жидкого водорода при температуре 20-23 К была использована для производства тяжёлой воды в ряде стран (Россия, Индия, ФРГ, Франция) [3, 4]. Важным подготовительным этапом процесса разделения этим методом является глубокая очистка водорода от примесных газов. Так например, остаточное содержание кислорода в водороде не должно превышать одной миллиардной объёмной доли. Недостаточная очистка от кислорода приводит к взрывам на установке ректификации, обусловленным накоплением кислорода и образованием взрывоопасной кислород-водородной смеси. [c.272] В табл. 6.9.1 приведены значения о при разделении бинарных смесей (протий-дейтерий, дейтерий-тритий, протий-тритий) [4]. [c.273] Из данных таблицы следует, что процесс ректификации водорода характеризуется большими коэффициентами разделения, причём величина о зависит не только от температуры, но и от изотопного состава молекул водорода. [c.273] В Дарлингтоне (Канада) действует установка, которая предназначена для извлечения трития из 350 кг/час тяжёлой воды. Эта установка работает с 1987 года и производит 1,7-2,5 кг (630 10 -925 10 ТБк) трития в год [4]. [c.274] Метод ректификации с успехом использован для конечного концентрирования (от 10-15 до 99,8 ат.%) при промышленном производстве тяжёлой воды. Процесс ведут как в тарельчатых колоннах (завод в Саванна-Ривер, США), так и в насадочных колоннах. Особенно эффективным является использование насадочных колонн с мелкой насадкой, что даёт возможность реализовать необходимое для конечного концентрирования число теоретических ступеней разделения (250-300) в одной колонне сравнительно небольшой высоты (15-20 м). Для сравнения укажем, что на упомянутом выше заводе в Саванна-Ривер общая высота тарельчатых колонн составляет 122 м (5 колонн по 24,4 м каждая). [c.274] Согласно этому уравнению (справедливому в интервале температур 273-400 К) величина коэффициента разделения при Т = 373,15 (Рщо = = 0,1 МПа) равна 1,0256, а при Т = 333 К Рщо = 0,02 МПа) она составляет 1,046. Величина ВЭТС зависит от типа насадки, диаметра колонны и удельной нагрузки. Так например, при использовании насадки в виде колец из металлической сетки величина ВЭТС при удельной нагрузке 900 кг Н2 0/м час равна 2,5-3 см для колонны диаметром 100 мм и с насадочными элементами размером 2-3 мм. Поскольку при понижении температуры процесса ректификации понижается и рабочее давление в системе, то удельная нагрузка при заданном диаметре колонны будет уменьшаться, вызывая увеличение ВЭТС. С другой стороны (см. уравнение (6.9.3)) с понижением температуры растёт величина коэффициента разделения и, следовательно, уменьшается ЧТСР, необходимое для достижения заданной степени разделения (см. уравнения (6.2.8)-(6.2.10)). Можно показать, что оптимальной областью температур является интервал 330-335 К, если в качестве критерия оптимизации выбран минимальный удельный объём аппаратуры. [c.274] Процесс ректификации воды требует больших затрат на испарение воды (свыше 2230 кДж/кг). Этот существенный недостаток метода, так же как и малая величина коэффициента разделения, делают его экономически неэффективным для начального концентрирования тяжёлой воды. [c.274] Более удобной для получения О является ректификация оксида азота (N0). Величина коэффициента разделения при давлении, близком к атмосферному и Г = 121 К, равна 1,037 (для смеси N 0- N 0), причём 0 концентрируется в жидкой фазе. Недостатком системы являются высокая стоимость чистого оксида, близость точек кипения и плавления, что затрудняет устойчивую работу верхнего УОП, так как требуются промежуточные хладоагенты. Несмотря на эти недостатки, был пущен в эксплуатацию ряд установок. Одна из них (Лос-Аламос, США) производила 36 кг 0 в год с концентрацией 20 ат.%. [c.276] При ректификации N0 одновременно с 0 можно получать и тяжёлый изотоп азота N. Величина а для смеси N 0- N 0 равна 1,027 Т = = 121 К), тяжёлый изотоп азота так же как и тяжёлый изотоп кислорода конденсируется в жидкой фазе. На упомянутой выше установке в Лос-Аламосе производилось 32 кг/год азота с концентрацией 40 ат.%. [c.276] Вернуться к основной статье