CC BY
24
Таблица 3. Результаты экспериментов
Пленочный режим Затопленный режим
Насадка СПН СПН РЛВН СПН СПН РЛВН
2х2х0,2 3,5х3,5х0,22 5х45 2х2х0,2 3,5х3,5х0,22 5х45
М*эксп ,м/с 0,57 0,90 2,0 0,90 1,5 2,4
М* расч, ,м/с 0,63 1,05 1,85 0,86 1,35 2,3
^раб, м/с 0,48 0,72 1,5 0,85 1,2 2,2
Ьуд кг/м ч. 1220 1920 4000 1920 3210 4900
Ъуд, раб. кг/м2 ч. 1030 1540 3200 1820 3040 4650
м/М* ВЭТС, см
0,6 1,9 3,4 11,6 3,3 7,5 22,0
0,8 2,0 3,6 12,6 3,0 4,0 16,0
0,95 2,0 3,7 12,5 2,3 3,8 13,0
охлаждающая вода
Рис. 1. Схема экспериментальной установки:
1. Куб; 2. Уровнемер куба; 3. Заливной кран; 4. Сливной кран; 5. Греющая рубашка; 6. ТЭНы; 7. Колонна; 8.
Фланец; 9. Шпильки; 10. Конденсатор; 11. Змеевик; 12. Кран охлаждающей воды; 13. Паропровод; 14. Трубка
орошения; 15. Сетка; 16. Обратный гидрозатвор; 17. Кран для измерения потока; 18. Кран отбора проб из головы колонны
Из данных табл. 2 видно, что для всех образцов насадок зависимость ВЭТС от нагрузки в пленочном режиме характеризуется незначительным ростом
3.8
_Ч 7.5
Х.5.5
з ,3.6 3.7 3.9
г*--4
ВЭТС с увеличением нагрузки, см., например, данные для СПН 3,5х3,5Х0,22, представленные на рис. 2.
10.0
9.0
8.0
7,0
> 6,0 и
О 5.0 2 4.0 3,0 2,0 1,0 0.0
БОО.О 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 ЗОГО.О 3500.0 ,кг/м2*час
• СПН 3,5x3,5x0,2 плёночный
• СПН 3,5x3,5x0,2 затопленный
Рис. 2. Зависимость ВЭТС от нагрузки в пленочном и затопленном режимах
Для затопленного же слоя наблюдается обратный и более резкий ход зависимости, т.е. ВЭТС достигаем минимального значения при нагрузке 0,95 от предельной. Для регулярной насадки РЛВН 5х45 значение ВЭТС в пленочном режиме возрастает с 11,6 до 12,5 см при росте нагрузки от 0,6 до 0,95 от ее предельного значения, а для режима затопленного слоя ВЭТС уменьшается от 22 до 13 см при изменении нагрузки от 0,6 до 0,95 от ее предельного значения.
Если же сравнивать абсолютные значения пропускной способности, то из данных табл. 2 видно, что в затопленном режиме пропускная способность всех типов насадок существенно (в 1,5 -2 раза) выше, чем в пленочном. При этом ВЭТС при максимальных нагрузках близки. Таким образом, ректификация воды в затопленном слое насадке может дать преимущества в объеме разделительной аппаратуры при решении ряда задач разделения изотопов.
2
Тхет Мьйо Аунг, аспирант кафедры технологии изотопов и водородной энергетики РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Мосеев Павел Сергеевич, аспирант кафедры технологии изотопов и водородной энергетики РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г., Тяжёлые изотопы водорода в ядерной технике: Учебное пособие для вузов / - М.: ИздАТ, 2000. 344 с.
2. Малюсов В. А., Жаворонков Н. М., Малафеев Н. А., Ромейков Р.Н. Исследование эффективности регулярных насадок в процессе ректификации воды // Химическая промышленность. 1962. № 7. C. 52-63.
3. Кафаров В.В., Бляхман Л.И., Плановский А.Н. Явление скачкообразного увеличения тепло- и массообмена между газовой и жидкой фазами в аппаратах с насадкой. - Теор. осн. хим. техн. 1976. Т. 10, № 3. С. 331339.
ThetMyo Aung*, Moseev Pavel Sergeevich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: thetmyo@mail.ru
WATER DISTILLATION IN BUBBLE MODE OF RANDOM AND REGULAR PACKINGS
Abstract
The results of hydrodynamic and mass exchange tests for bubble distillation column are presented. It is shown, that HETP dependence of flow rate has opposite direction for bubble and film mode. Minimum HETP for bubble mode is achieved when maximum flow rate. The capacity of both random and regular packings in bubble mode is 30-50 % higher than in film mode.
Keywords: distillation, packing column, bubble mode, film mode, HETP, capacity, random packing.
УДК 54.058
П. С. Мосеев*, О. И. Селиваненко, И. Л. Селиваненко
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 * e-mail: moseevps@gmail.com
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И МАССООБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ИЗОТОПНО-ОБОГАЩЕННОГО ТЕТРАХЛОРИДА ГЕРМАНИЯ МЕТОДОМ РЕКТИФИКАЦИИ НА МОДЕЛЬНОМ ВЕЩЕСТВЕ - ВОДА
Проведены работы по наладке установки, предназначенной для очистки изотопно-обогащенного тетрахлорида германия методом ректификации. Подобраны рабочие параметры установки и получены данные о гидродинамических и массообменных характеристиках на модельном веществе - вода. Показано, что материалы аппаратуры не вносят дополнительного загрязнения в рабочее вещество по радиоактивным примесям, таким как уран и торий.
Ключевые слова: двойной Р-распад, германий, глубокая очистка.
Один из эффективных методов получения информации о природе нейтрино и антинейтрино -наблюдение за двойными Р-распадами, в результате которых одновременно два нейтрона распадающегося ядра становятся протонами, что сопровождается рождением двух электронов и двух антинейтрино. Однако, существует предположение, что нейтрино может быть тождественен антинейтрино и, таким образом, возможно протекание безнейтринного двойного Р-распада (0УРР).
Экспериментальным подтверждением распада ОуРР является наблюдение пика в конечной точке суммарного энергетического спектра двух электронов. Наиболее чувствительные ОуРР -эксперименты в настоящее время основаны на высокочистой германиевой (HPGe) детекторной технологии. Полупроводниковые детекторы, изготовленные из Ge высокой чистоты, обогащенного по 76Ge, являются хорошими детекторами для ОуРР распада, будучи одновременно источником РР распада и детекторами с превосходным энергетическим разрешением (несколько кэВ) при Q = 2039 кэВ.
В качестве сырья для производства германиевых детекторов используется диоксид германия. Первой стадией этого процесса является восстановление оксида Ge(IV) в металлическую форму водородом. Затем, образовавшийся металлический слиток подвергают главной стадии очистки - зонной плавке. В результате этой операции образуется некоторое количество отходов - хвостовых слитков, содержащих повышенное содержание примесей. Кроме того, небольшое количество отходов образуются при дальнейшем росте кристаллов из расплава по методу Чохральского, в процессе которого происходит финальная очистка германия. Отходы, содержащие дорогостоящий изотоп, нуждаются в дальнейшей переработке, целью которой является химическая очистка до уровня начального сырья.
Анализ, выполненный на приборе ICP-MS специалистами лаборатории LNGS, Италия, показал, что чистота отходов от производства германиевых детекторов составляет 99,9 % по основному веществу.
Доочистка изотопно-обогащенного Ge до степени чистоты, необходимой для нормальной работы детекторов (суммарно менее 1 ррт примесей), потребовала создания малоотходной технологии, основанной на ректификации тетрахлорида германия GeQ4. Выбор именно этого соединения не случаен. Температура кипения тетрахлорида германия составляет 83,1°С [1]. Этот факт позволяет реализовать процесс очистки при атмосферном давлении.
Стоит отметить, что данный метод широко используется в промышленном получении особо чистого германия, однако особенностью данной задачи является требование небольшой загрузки исходного материала (до 1 кг) и минимизация отходов. Немаловажным является и требование по длительности переработки, так как в противном случае под воздействием космогенного излучения из ядра 76Ge образуется 60Со, который также является мешающей примесью для изучения ОуРР распада. Это и стало определяющем фактором при выборе технологической схемы ректификации. В данном процессе применяется ректификация с центральным кубом и двумя колоннами, одна из которых производит очистку от легкокипящих примесей (верхняя колонна), а другая от тяжелокипящих (нижняя колонна).
Тетрахлорид германия - очень коррозионная среда, устойчивостью в которой обладают лишь кварц, PTFE, PVDF, а также тантал и ниобий. Другие материалы могут внести дополнительное загрязнение в рабочее вещество. Поэтому все узлы установки выполнены из кварца, а коммуникации и насосы из PTFE и PVDF, а в ректификационные колонны загружена спирально-призматическая насадка из танталовой проволоки.
