ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория процесса из "Химия изотопов Издание 2" Если отвлечься от разной физической природы процессов, ведущих к разделению (что учитывается различием в коэффициентах разделения а), то работа термодиффузионной трубки напоминает работу фракционной колонки с тем основным различием, что перераспределение изотопов, происходит между объемами газа восходящего и нисходящего конвекционных потоков, а не между жидкостью и паром. [c.82] Введя понятие теоретической тарелки, можно применить к термодиффузионной трубке все полученные выше уравнения для фракционной колонки [223] и, в частности, соотношения от (3—13) до (3—16) для времени достижения стационарного состояния, переноса и производительности. В них Я отвечает объему трубки, а V — скорости конвекции. Эти уравнения, основанные на формальном материальном балансе процесса, не дают, однако, полного решения задачи, так как в них содержатся два эмпирических параметра, которые могут быть найдены или из опыта или путем специального расчета скорость конвекции и и эквивалент длины одной теоретической тарелки /. [c.82] Сопоставление литературного материала дает для последнего величины, довольно близкие к 2 см, и этим средним значением можно пользоваться для приблизительных расчетов, вероятно, не очень усугубляя этим ошибки, вносимые недостоверностью множителя в выражении (3—22) для коэффициента разделения, если последний также найден расчетным путем. Скорость конвекции, наоборот, зависит от ряда причин, как состава смеси, формы н сечения прибора, температуры, давления и др. и поэтому изменяется в довольно широких пределах. [c.82] Полная теория термодиффузионной трубки представляет собой сложную гидродинамическую задачу, в которой должны быть учтены четыре явления переноса поперечная термодиффузия и противоположная ей диффузия, продольная конвекция и продольная диффузия между слоями газа разных концентраций. Последнее слагаемое имеет значение сравнительно небольнюй поправки и обычно отбрасывается. Составление соответствующих дифференциальных уравнений, включающих эти явления переноса, не встречает затруднений, но решение их до сих пор удавалось лишь в приближенном виде для ряда частных случаев. [c.83] До сих пор наиболее полным остается, несмотря на ряд пробелов и существенных дефектов, решение этой задачи, данное Ферри, Джонсом и Онзагером в 1939 г. и позже детальгю изложенное с дополнениями и примерами в монографии [31], к которой читателю следует обратиться за дальнейшими подробностями. Здесь мы ограничимся лишь окончательными приближенными результатами. [c.83] Эти формулы основаны на вычислениях указанных авторов для случая двух параллельных плоских стенок. Они остаются приближенно пригодными также для цилиндрических трубок, для которых более точное решение требует довольно сложных поправок [31]. [c.83] Соотношения (3—26) и (3—28) дают оба упоминавшиеся выше параметра V и /, недостающие в формальной теории. Для оценки их величины и пояснения способов вычисления рассмотрим пример разделения изотопов кислорода в смеси О2 + 0 0 в трубке радиуса (или толщины цилиндрического зазора) 2ы) = 0,4 см. Исходные данные молекулярные веса обеих молекул 32 и 34, 7) = 1,95-10 пуазов при 288° К и, согласно табл. 8, л = 0,70, чему отвечает показатель степени v=ll в законе взаимодействия силовых полей молекул. Пусть Г3 — 900 и Т1 = 300, так что Г = 600 и ДГ = 600. [c.83] Найдем величины р и О при средней Т. Вязкость газа изменяется пропорционально T , откуда для 600° получим т = 1,95 ( %89) = = 3,26 10 г/см-сек. Так как один моль газа при 273°К занимает объем 22,415 л, и плотность его обратно пропорциональна температуре, то для кислорода при 600° К и атмосферном давлении р = е722425)-Г7в00) = = 6,49-10- г/смз. [c.84] Дальнейшие вычисления можно производить при помощи уравнений (3—13) — (3—16) так, как было пояснено на стр. 64 для фракционной колонки [251а]. [c.84] Также существует оптимальное расстояние между стенками (радиус трубки с нитью или толщина зазора между двумя цилиндрическими трубками), так как это расстояние входит во 2-й степени в числитель и в 6-й степени в знаменатель выражения для 2А. [c.84] Рассмотренные теоретические формулы дают правильную картину работы термодиффузионных приборов и влияния на нее условий опыта, однако они не могут претендовать на точное количественное воспроизведение опытных данных. Экспериментальные значения величин 2А могут отличаться от вычисленных на десятки процентов, и такие различия очень сущесгвенны, так как этот параметр входиг в расчеты в виде показателя степени, умноженного к тому же еще на большую величину Ь. [c.84] Эти замечания в еще большей степени относятся к наименее разработанному вопросу о ходе концентрирования во времени и о вычислении времени достижения предельного разделения из теории Ферри — Джонса. Найденное в некоторых работах отличное согласие вычисленных кривых зависимости концентраций N от времени достигалось путем значительных эмпирических исправлений теоретических значений величин 2А (или других). [c.84] Вернуться к основной статье