Ректификация водорода с целью извлечения дейтерия - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
В 1985-1991 годах на экспериментальном стенде ректификации водорода был выполнен большой цикл работ по исследованию гидравлических и разделительных характеристик низкотемпературной колонны с массообменными вставками диаметром от 80 до 300 мм. Предварительные исследования, отладка оборудования и приобретение опыта работы с большим количеством водорода (до 70 литров жидкого водорода) проводились при ректификации смесей Ar-O2 и орто-Н2 - пара-Н2 . Основные исследования проводились при ректификации смесей H2-HD-D2 и HD-D2-DT. Были исследованы следующие массообменные устройства: тарельчатого типа с межтарельчатой сепарацией фаз конструкции НПО "Криогенмаш", спирально-призматическая насадка и из химически обработанной медной проволоки, рулонная насадка из нержавеющей и латунной сетки, насадка регулярного типа из слоев зигзагообразной сетки. Исследования проводились при давлении в колонне 0.15 и 0.3 МПа. Было исследовано:
Ѕ влияние потока (скорости) газа в колонне на перепад давления в колонне;
Ѕ влияние потока (скорости) газа на задержку жидкости на массообменном устройстве. Этот параметр определяет количество дейтерия и трития в колонне и отсюда капитальные и эксплуатационные расходы;
Ѕ определены значения величины единицы переноса (ВЕП) для каждого массообменного устройства и их зависимость от нагрузки (скорости) газа в колонне и диаметра колонны.
Было показано, что все насадки за исключением регулярной насадки из слоев зигзагообразной сетки могут быть использованы в качестве массообменных устройств, но предпочтение может быть отдано тарельчатой конструкции и спирально-призматической насадке из медной проволоки. На экспериментальном стенде ректификации водорода был выполнен также цикл исследований по обеспечению безопасности (теплофизические исследования при нарушениях нормального режима работы колонны, уменьшение объема жидкости в кубе-испарителе колонны, исследование намораживания компонентов воздуха на корпусе колонны при потере герметичности кожуха колонны и др.). Результаты исследований опубликованы, последняя публикация [7].
Ректификация жидкого водорода для выделения из него дейтерия и получения тяжелой воды в настоящее время является одним из основных промышленных способов производства этого продукта. Ректификация водорода имеет такие преимущества, как высокий коэффициент разделения, низкую молекулярную массу рабочего вещества, достаточно большие ресурсы водорода. В качестве сырья могут быть использованы электролитический водород, азотно-водородная смесь для синтеза аммиака, синтез-газ для производства метанола, водородсодержащие газы нефтеперерабатывающих заводов. Лучшим видом сырья является электролитический водород, он меньше загрязнен примесями и при соответствующей организации процесса электролиза воды может иметь повышенное содержание дейтерия. Однако стоимость производства водорода электролитическим методом пока высока и масштабы соответственно невелики.
Принципиально процесс ректификации сжиженных газов при низкой температуре ничем не отличается от ректификации при положительной температуре и поэтому описывается теми же известными расчетными соотношениями.
То же можно сказать об устройстве ректификационных колонн, однако конструкционный материал для их изготовления должен сохранять свои механические свойства при низкой температуре. Поэтому исключается применение углеродистых сталей, которые при низкой температуре становятся хрупкими. Пригодны легированные сорта стали, медь и ее сплавы, алюминиевые сплавы.[12]
Главная особенность ректификации сжиженных газов связана с принципами и техникой получения и поддержания низкой температуры и покрытия потерь холода. Другая ее черта это необходимость глубокой очистки разделяемого газа от примесей.
Холод, необходимый для стационарного функционирования промышленных установок низкотемпературной ректификации, а также для первоначального охлаждения и заполнения сжиженным газом при пуске, получают с помощью холодильных циклов, включенных в технологическую схему установки и основанных на дросселировании-изоэнтальпическом расширении газа без совершения работы или на изоэнтропическом расширении газа в детандере с совершением внешней работы. Последние экономичнее, но требуют более сложного оборудования. Рабочим телом в холодильных циклах может служить сам ректифицируемый газ или вспомогательное вещество.[3]
Важным элементом установок для низкотемпературной ректификации является тепловая изоляция, предназначенная для уменьшения потерь холода в окружающую среду.
Приток тепла из окружающей среды в аппаратуру, работающую при низкой температуре, происходит через теплоизолирующее пространство, так и через "тепловые мосты"-опоры, подвесы, трубопроводы.
Для изоляции низкотемпературных установок применяются различные способы.
Насыпная изоляция-пространство между аппаратурой и наружным кожухом заполняют изолирующим материалом с низкой теплопроводностью. К таким материалам относятся волокнистые(шлаковая и стеклянная вата), порошкообразные(перлит, аэрогель или аэросил) и ячеистые(пеностекло и пенопласты). [6]
Высоковакуумная изоляция-пространство между аппаратурой и наружным кожухом с помощью вакуум-насосов вакуумируют до остаточного давления 10-3Па. При этих условиях длина свободного пробега молекул больше расстояния между стенками и перенос тепла остаточным газом достаточно мал. В области более высоких давлений, когда длина свободного пробега мала, уменьшение теплопроводности, вследствие уменьшения плотности газа компенсируется ростом длины свободного пробега. Следовательно, хороший эффект вакуумной изоляции наблюдается только при достаточно глубоком вакууме. Другой недостаток вакуумной изоляции состоит в том, что не исключаются потери по механизму лучеиспускания. Высоковакуумная изоляция применяется преимущественно в небольших установках.[3]
Вакуум-порошковая изоляция отличается тем, что вакуумированное пространство заполняют мелким порошкообразным материалом с низкой тепловодностью, например перлитом, аэрогелем, магнезией тонкого помола. Распространению теплового излучения препятствует экранирующее действие частиц порошка, которые образуют систему малоэффективных, но очень многочисленных экранов. Отражающую способность порошка можно повысить добавлением к нему небольшого количества металлической пудры.
Наиболее совершенной является многослойная экрановакуумная изоляция, состоящая из чередующихся слоев материала с малой теплопроводностью(стеклобумага) и материала с высокой отражающей способностью(алюминиевая фольга). [6]
Похожие статьи
-
Дейтерий и тяжелая вода - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Дейтерий (тяжелый водород) - один из двух стабильных изотопов водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Молекула D2 -...
-
Классификация методов разделения изотопов водорода - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Изотопное замещение в молекулах приводит к некоторому изменению физических и химических свойств вещества. Такие изменения наиболее сильно проявляются при...
-
Водород - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Водород - самый распространенный химический элемент во Вселенной. Он составляет примерно половину массы Солнца и большинства звезд, является основным...
-
Введение - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Практическое значение изотопов водорода определилось после изучения их ядерно-физических свойств, в первую очередь отношения дейтерия с нейтронам и...
-
Таблица 2 - Структура сырья в производстве метанола, %. Сырье В мире Беларусь и Россия Природный газ 73,8 70,7 Нефть и нефтепродукты 24,4 4,0 Отходы...
-
Электролиз может начаться после того, как приложенная извне разность потенциалов достигает величины, равной (вернее, очень незначительно превышающей)...
-
Теплообменный аппарат химический температурный Цель работы 1. Cоставить уравнения тепловых балансов потоков в теплообменных аппаратах. 2. Составить...
-
Первая теория замедленной рекомбинации была предложена Тафелем исторически раньше других теорий (1905 г.). Она в своем первоначальном виде давала хорошее...
-
Данные для расчета: Основная реакция: (1) Побочные реакции: Рабочий объем катализатора - 24 м3. Расход оксида углерода и метанола на побочные продукты с...
-
Влияние природы и состава раствора. - Перенапряжение водорода. Рекомбинационная теория
А) Влияние растворителя. Наибольшее число исследований по перенапряжению водорода выполнено с водными растворами. Для ртути и для некоторых др. металлов...
-
Ректификация - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
РЕКТИФИКАЦИЯ (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся т-рами...
-
Металлические стекла - Металлы и сплавы в химии и технике
В самом начале этого реферата мы выяснили, что при обычных условиях затвердевания жидкого металла его атомы образуют кристаллическую решетку того или...
-
Материалы с гигантской магнитострикцией - Металлы и сплавы в химии и технике
Металлы ТЬ, Dу и ферриты-гранаты этих металлов при низких температурах имеют гигантские магнитострикции, на 2--3 порядка большие, чем магнитострикции в...
-
Мощность производства определяется по производительности электролизера в м3/час производства водорода. Основным технологическим оборудованием являются: -...
-
Процесс получения водорода электролизом воды - Электролиз воды
При воздействии постоянного электрического тока на воду происходит разложение воды на водород и кислород Н2О = Н2 + 0,5О2 с выделением на катоде -...
-
Основные промышленные способы производства водорода - Электролиз воды
Существует несколько основных промышленных способов получения водорода. Производство водорода паровой конверсией метана - основной промышленный способ...
-
Описание объекта моделирования - Математическое моделирование процесса ректификации
Ректификационная установка представляет собой совокупность следующих аппаратов: ректификационной колонны, дефлегматора (теплообменника-холодильника и...
-
При оценке состояния экосистемы важно учитывать загрязненность водного объекта токсичными веществами. Наибольшую опасность среди них представляют тяжелые...
-
Ректификация бензол жидкость Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами...
-
Химизм процесса гидроочистки - Сравнительный анализ методов обессеривания
Превращение серосодержащих соединений В неуглеводороных соединениях связи C-S и S-S менее прочны, чем связи С-С и С-Н, усредненные энергии связи которых...
-
Способ получения диметилфосфита - Реакция диметилфосфита
Изобретение относится к области технологии органических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения диметилфосфита. Описывается способ...
-
Обеспечение безопасности при обращении с аппаратами и сосудами, работающими под давлением Аппараты и сосуды, заполненные газом, находящимся под...
-
Макрокинетика процесса - Каталитический риформинг
Характерной особенностью всех модификаций риформинга является то, что одна из его основных стадий - ароматизация - эндотермична, а другая - гидрокрекинг...
-
Полимеризация двуокиси азота. Переработка нитрозных газов в азотную кислоту обычно происходит при температурах от О до 50 °С. В этих условиях двуокись...
-
Способы улучшения качества дизельного топлива - Сравнительный анализ методов обессеривания
Специальные присадки Понижение содержания серы в дизельном топливе, как правило, приводит к уменьшению его смазывающих свойств, поэтому для дизельных...
-
Закономерность управления процессом для реакции - Каталитический риформинг
Управлять ХТП - это означает, меняя технологические параметры процесса (температуру, давление, состав сырья, катализатор, скорость перемешивания,...
-
Повышение или понижение уровня в емкостях, разделителях и колоннах может привести к нарушению технологического режима, а недопустимое повышение или...
-
Фракционный состав нефти и нефтепродукта определяют путем перегонки и ректификации. Перегонка (дистилляция) - это физический метод разделения, основанный...
-
Ректификация формалина-"сырца" - Технологический расчет контактного аппарата
Формалин-"сырец" с массовой долей метанола до 99,92 % и формальдегида не более 37 % из куба абсорбционной колонны поз. К16 насосами поз. Н17/1-2 подается...
-
Охрана труда и техника безопасности - Расчеты по проектированию силового электрооборудования
Выбор конструктивного выполнения и расчет заземляющего устройства (ЗУ) КТП В соответствии с 7, 1.7.98 КТП должна иметь глухое заземление нейтрали Т на...
-
Алгоритм использует в качестве исходных данных документы, содержащие следующие сведения: X A, k,j, i - измеряемые показатели научной работы; X A, TG,...
-
Получение тяжелой воды - Электролиз воды
Электрохимические методы получения тяжелой воды основаны на фракционировании изотопов водорода в процессе электрохимического разряда водорода. В...
-
Уровень науки и техники Надежность средств, с помощью которых человек достигает космоса высокая, но не идеальна. РН -- сложная конструкция, и даже в...
-
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...
-
Основные понятия о водородной энергетике Существует направление в технике, получившее название "водородная энергетика". В водородной энергетике водород...
-
Стекло запрещается протирать органическими растворителями. Работы, связанные с применением растворителей, необходимо проводить в помещениях, снабженных...
-
Водородные соединения, Водородная связь - Свойства водорода
В этой таблице слева легкой тенью выделены клетки элементов, образующих с водородом ионные соединения - гидриды. Эти вещества имеют в своем составе...
-
Водород - двухатомный газ Н2. Он не имеет ни цвета, ни запаха. Это самый легкий газ. Благодаря этому свойству он использовался в аэростатах, дирижаблях и...
-
Способы воздействия на реакцию выделения водорода - Перенапряжение водорода. Рекомбинационная теория
В промышленных электролизерах, в которых на катоде выделяется водород (как основная или вспомогательная реакция), поляризация этой реакции увеличивает...
-
Любой электродный процесс обязательно включает в себя одну или несколько стадий, на которых частицы либо присоединяют к себе электроны (акт...
Ректификация водорода с целью извлечения дейтерия - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике