Получение тяжелой воды - Электролиз воды
Электрохимические методы получения тяжелой воды основаны на фракционировании изотопов водорода в процессе электрохимического разряда водорода. В результате различия потенциалов выделения легкого протия и тяжелого дейтерия - протий выделяется с большей скоростью, чем дейтерий. Это приводит к накоплению дейтерия в электролите.
Основной стадией получения тяжелой воды является электролиз воды. При электролизе вода и D2O разлагаются с разными скоростями. В результате этого 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.
Концентрирование тяжелой воды осуществляется по периодическому методу и по непрерывной технологической схеме.
Если вести электролиз в периодическом режиме, 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 5% дейтерия, содержащегося в исходной воде. Остальной дейтерий будет унесен с водородом. В периодическом процессе содержание тяжелой воды в электролите постепенно растет. Наступает момент, когда относительное содержание дейтерия в катодном газе превышает его содержание в исходном электролите. В этом случае целесообразным становится возврат катодного газа в процесс.
При промышленном производстве применяется непрерывный процесс, в котором энергетические затраты на получение тяжелой воды значительно ниже, чем в периодическом. Разработаны различные варианты непрерывного процесса, дающие возможность вернуть водород, обогащенный дейтерием, в процесс, обогатив одну из фаз тяжелой водой. Все методы непрерывного процесса получения тяжелой воды основаны на использовании ступенчатого каскада электролизеров.
Первая ступень каскада включает фильтр-пресные электролизеры, в которых в качестве электролита используется КОН (С = 26%). В процессе электролиза из электролизеров выделяется кислород, водород и испаряется вода, обогащенная D2O. Эту воду конденсируют и направляют в электролизеры второй ступени каскада. Вторая ступень каскада включает меньшее число электролизеров, так как для их питания используется только вода, унесенная с электролитическими газами из первой ступени каскада. Третья ступень каскада включает самое малое количество электролизеров. Для питания электролизеров этой ступени используют конденсат второй ступени.
Современные непрерывные технологические схемы для получения тяжелой воды проектируются с применением процессов электролиза, рекуперации, каталитического изотопного обмена, фазового изотопного обмена.
Каталитический изотопный обмен состоит в том, что при контакте паров воды с водородом, содержащим повышенное количество дейтерия, последовательно проходят реакции:
H2O + HD = HDO + H2 (12)
HDO + D2 = D2O + HD (13)
Равновесие в этих реакциях смещено в правую сторону.
Принципиальная сема установки для концентрирования тяжелой воды показана на рисунке.
Принципиальная сема установки для концентрирования тяжелой воды:
- 1 - ступени электролиза; 2 - холодильники; 3 - ступени фазового каталитического обмена.
Пар, обогащенный тяжелой водой, конденсируется, а конденсат отделяется от паровой фазы. Дейтерий из газовой фазы переходит в жидкую фазу. Распределение дейтерия между газовой и жидкой фазой характеризуется коэффициентом разделения :
, (14)
Где, С и - концентрации дейтерия в растворе электролита и в газовой фазе, молярные доли.
На значение коэффициента разделения оказывают влияние факторы: материалы катода и состояние их поверхности, катодный потенциал, температура процесса.
Зависимость от материала катода при температуре 75 ?С
Материал катода | |
Fe |
6,9-7,6 |
Ni |
4,0-6,5 |
Pt |
4,7-7,6 |
В случае фазового изотопного обмена при контакте жидкой воды с водородом, содержащим повышенное количество газообразного дейтерия, проходит реакция:
H2O + HD = HDO + H2 (15)
Равновесие в этой реакции смещено вправо. На основе изотопного обмена может быть построен противоточный процесс, в котором дейтерий из газовой фазы систематически передается в жидкую фазу.
В процессе рекуперации водород, содержащий повышенное количество дейтерия, сжигается в рекуперационной печи в стехиометрическом количестве кислорода, а вода, обогащенная дейтерием, подается на более раннюю ступень электролиза.
Современные непрерывные технологические схемы для получения тяжелой воды проектируются с применением электролиза, рекуперации, каталитического изотопного обмена и фазового изотопного обмена. При этом используется каскад электролизеров и печей для рекуперации газов. Степень обогащения воды дейтерием в каждом электролизере каскада зависит от соотношения между силой электролизного тока и подачей воды на электролиз. Применяя эту схему, удается перевести в тяжелую воду 25 - 40% дейтерия, содержащегося в исходной воде.
Похожие статьи
-
Получение., Применение. - Свойства фтора как химического элемента
Источником для производства фтора служит фтористый водород, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H2SO4 на флюорит CaF2, либо при...
-
Основные понятия о водородной энергетике Существует направление в технике, получившее название "водородная энергетика". В водородной энергетике водород...
-
Обзор методов получения хлорпарафинов - Теоретические основы получения хлорпарафинов
Известен способ получения жидких хлорпарафинов в промышленном масштабе хлорированием парафина в расплаве. Процесс состоит из следующих стадий: 1....
-
Основные промышленные способы производства водорода - Электролиз воды
Существует несколько основных промышленных способов получения водорода. Производство водорода паровой конверсией метана - основной промышленный способ...
-
Введение., Способы получения перхлоратов - Производство перхлоратов в промышленности
Получение перхлората калия или перхлоратов вообще имеет большое значение для промышленности. Ведь перхлораты широко используются как в проведении...
-
Получение литиевых сплавов электролизом представляет боль-шой практический интерес: легко осуществляется легирование алюминия, меди, свинца и других...
-
ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ФАРАДЕЯ - Основные законы электротехники и их использование
При электролизе масса превращенного вещества прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролитическую ячейку. При прохождении...
-
Способ получения диметилфосфита - Реакция диметилфосфита
Изобретение относится к области технологии органических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения диметилфосфита. Описывается способ...
-
Получение магния. - Химический элемент Магний
Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl2 расплава в безводных MgCl2, KCl, NaCl. Для получения расплава...
-
Процесс получения винилхлорида сбалансированным методом из этилена состоит из шести стадий: 1. синтез 1,2-дихлорэтана прямым жидкофазным хлорированием...
-
Получение металлического лития - Металлургия лития, рубидия и цезия
Как известно, при электролизе водных раство-ров солей лития, рубидия и цезия на катоде вместо металла выде-ляется водород. Поэтому получение...
-
Физические и химические свойства водорода - Электролиз воды
Молекулярный водород при обычных условиях - газ без цвета и запаха, легко воспламеняется и горит синеватым неярким пламенем. В свободном состоянии...
-
Электролиз - физико-химический процесс, состоящий в выделении на Электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, который возникает...
-
ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА - Электролиз и его практическое применение
Электролизом называют окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав...
-
Получение тиосульфата натрия при мышьяково-содовой очистке газов - Тиосульфат натрия
В процессе очистки от сероводорода коксового и других промышленный газов мышьяково-содовым методом, помимо основной реакции: Протекают побочные реакции,...
-
Способы получения коллоидных систем - Общая характеристика дисперсных систем и методы их получения
Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Поэтому коллоидные...
-
Один из способов повысить селективность - это правильно подобрать катализатор. Рассмотрим этот метод, на примере получения анизола и крезола. Анизол и...
-
Первое пробное исследование по получению формальдегида из метанола в присутствии смеси оксидов железа и молибдена проведено в начале 30-х годов [17, стр....
-
Углеводороды нафталинового ряда являются основным ароматическим углеводородом каменноугольной смолы. Существует большое число полициклических...
-
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН, Получение мембран из растворов полимеров - Полимеры в мембранах
Разделяющая способность мембран, их производительность и стабильность характеристик зависят не только от химической природы полимера, но и от хитростей...
-
Экономические показатели процесса можно улучшить и за счет комбинирования двух других способов производства винилхлорида: из этилена и ацетилена, когда...
-
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ - Технология получения винилхлорида
На 2010 год существуют четыре основных способа получения винилхлорида, реализованные в промышленных масштабах. Винилхлорид можно получить различными...
-
Культивирование продуцента и биосинтез лизина в промышленных ферментерах - Этапы получения лизина
Проводят в стандартных биореакторах объемом 50, 63 и 100 м3. Такие аппараты должны обеспечить нормальный рост и развитие промышленного продуцента в...
-
Эта важная технологическая операция, состоящая в обеспечении основного производства достаточным количеством высококачественной биомассы клеток продуцента...
-
Процесс биосинтеза в производственных условиях начинают с получения посевного материала в инокуляторах и посевных аппаратах. Питательная среда для...
-
Получение - Физические свойства тантала
Руды, содержащие Тантал, редки, комплексны, бедны Танталом; перерабатывают руды, содержащие до сотых долей процента (Та, Nb)2O5, и шлаки...
-
В России процесс окисления этиленгликоля с получением глиоксаля в промышленных масштабах не реализован, что обусловлено отсутствием соответствующих...
-
Метод жидкофазного окисления ацетальдегида азотной кислотой является одним из промышленных способов получения глиоксаля. Суммарное уравнение реакции...
-
Данные для расчета: Основная реакция: (1) Побочные реакции: Рабочий объем катализатора - 24 м3. Расход оксида углерода и метанола на побочные продукты с...
-
Источники поступления тяжелых металлов (меди) в водоемы Основными загрязнителями окружающей среды являются тяжелые металлы. К ним относятся химические...
-
Вакуум-термическое получение металлических рубидия и цезия - Металлургия лития, рубидия и цезия
Вакуумтермический метод является основным методом полу-чения металлических рубидия и цезия. Для восстановления рубидия и цезия используются следующие...
-
АБСОРБЦИЯ ТРИОКСИДА СЕРЫ. - Получение серной кислоты
Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную...
-
ПОДГОТОВКА ОБЖИГОВОГО ГАЗА К КОНТАКТНОМУ ОКИСЛЕНИЮ. - Получение серной кислоты
Подготовка обжигового газа к контактному окислению заключается в удалении из него примесей, присутствие которых может вызвать затруднения при проведении...
-
Действие на организм, Получение аммиака - Аммиак
Аммиак сильно раздражает слизистые оболочки уже при 0,5%-ном содержании его в воздухе. Острое отравление аммиаком вызывает поражения глаз и дыхательных...
-
Несмотря на то, что получение эпитаксиальных слоев из паровой фазы является основным направлением в технологии изготовления полупроводниковых приборов...
-
ВВЕДЕНИЕ. - Получение серной кислоты
Химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), сложность которой определяется как наличием большого количества...
-
Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара...
-
При озонолизе наряду с другими продуктами образуется формальдегид, что указывает на наличие концевой метиленовой группы. При озонолизе концевых двойных...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ, БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК - Электролиз и его практическое применение
Электролиз - основной метод промышленного производства алюминия, хлора и едкого натра, важнейший способ получения фтора, щелочных и щелочноземельных...
-
Способы получения - Свойства графена
Кусочки графена получают при механическом воздействии на высокоориентированный пиролитический графит или киш-графит. Сначала плоские куски графита...
Получение тяжелой воды - Электролиз воды