CC BY
33
Успехи™ и ямичкяой технологии. Тон XXIII. 2009. № 9 (102)
- Based System. // Proceedings of International Symposium on isotope Separation and Chemical Exchange Uranium Enrichment [Tokyo, 1990]. Bull. RLNR TIT, 1992. PP. 368-375.
УДК 544.012; 546.171.2; 621.039.32
Зо E Наинг, Хтет Ко Ко, С. А. Чередниченко, А. В. Хорошилов
Российский химико-тсхнологичсскии университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
МЕТИЛАМИН КАК ГАЗООБРАЗНЫЙ КОМПОНЕНТ ГАЗО-ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ АЗОТА МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОБМЕНА
For the purposes of nitrogen isotopes separation by chemical exchange in the gas-liquid systems with thermal flow reflux the absorption of gaseous mcthylaminc by dimethylsulfoxidc (DMSO) was investigated. It was shown that at 20 nC value of molar ratio equal to 0.41 mole CHiNH?/molc DMSO and approximately 6 times greater solubility of ammonia in the investigated solvent at the same temperature.
Применительно к разделению изотопов азота методом химического обмена в системах газ-жидкость с термическим обращением потоков исследовано поглощение газообразного метиламина димстилсульфоксидом (ДМСО). Показано, что при температуре 20 С значение мольного отношения равно 0,41 моль СН?НН2/моль ДМСО и примерно в 6 раз больше растворимости аммиака в исследуемом растворителе при той же температуре.
Анализ существующих промышленных способов разделения изотопов азота с целью концентрирования более тяжелого l5N показывает, что таким технологиям, несмотря на высокие значения однократного коэффициента разделения и приемлемые массообменные характеристики, присущи серьезные недостатки - см. табл. 1. Особенности обращения потоков в рассматриваемых способах разделения, когда для получения 1 кг lsN (в пересчете на 100 %-й продукт) необходимо затратить как минимум десятки тонн такого химического реагента, как чистый диоксид серы (азотнокислотный способ), или жидкого азота (низкотемпературная ректификация NO).
Предложение использовать для концентрирования ISN химобменные системы на основе молекулярных комплексов, например, NO с НС1 [3], Nib с алифатическими спиртами [4], N2O4 с ТБФ или ДМСО [5], то есть системы газ-жидкость, для которых возможно термическое обращение потоков, не получило развития как из-за необходимости использования криогенной техники [3], относительно малых значений а [4] или проблем с полнотой обращения потоков по 15N [4, 5].
I. В продолжение и развитие указанных выше исследований нами выполнены эксперименты по определению возможности использования иных
6 Я в I И в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 9 (102)
химобменных газо-жидкостных систем, в которых в качестве газовой фазы используется аммиак (см. Зо Е Наияг и др. «Изучение новых аммиачных систем газ-жидкость с целью ...»). Параллельно с этим нами предпринято изучение систем, в которых в качестве газа используется производное аммиака - метиламин СНзМНг.
Табл. Характеристики основных способов разделения изотопов азота |1.2}
Способ Аммиачный Азотнокислотный Ректификация N0
Система Газ-жидкость Газ-жидкость Пар-жидкость
Коэффициент разделения а 1,020- 1,026 1,055 1,027
Скорость массооб-мена Высокая Средняя Высокая
Обращение потоков Химическое Химическое Термическое
Реагент на обращение потоков КОН ЯОг, 44 г/кг -
Хладоагент на обращение потоков Вода Вода N2 <жЬ. 49 т/кг ^
Состояние История Действующий Действующая
Так нее как и в предыдущей работе определяли значения мольного отношения г, моль СНзЫНг/моль О, где О - комплексообразователь, взаимодействующий с метиламином по реакции:
СН3ЫН2(Г) + о м СНзШгЭсж). (1)
В ходе уравновешивания газообразного метиламина с комплексооб-разователем контролировали изменение массы во времени, определяя текущее значение мольного отношения. Пример динамики насыщения жидкости метиламином приведен на рис. 1, откуда следует, что равновесная емкость комллексообразователя по метиламину зависит от температуры и образующееся соединение является термически неустойчивым. В целом полученная в результате уравновешивания зависимость мольного отношения от температуры показана на рис. 2. Как следует из представленных данных, численное значение мольного отношения в системе метиламин - комплексное соединение метиламина с ДМСО составляет при комнатной температуре г = 0,4 моль СНзИНг/моль ДМСО. При этом необходимо отметить, что значение г существенно (примерно в 2 - 3 раза) возрастает при понижении температуры до (5 + 10) °С. Кроме того, из полученных данных следует, что при образовании комплексного соединения метиламина с ДМСО наблюдается существенное понижение температуры плавления по сравнению с исходным ди-метилсульфоксидом, для которого гш, = 18,45 °С. Т ак, жидкая фаза комплексного соединения не затвердевает даже при температуре 5 С.
Сравнение измеренных значений мольного отношения с ранее полученными данными для комплексного соединения ДМСО с диоксидом азота [5] показывает, что при использовании в качестве газовой фазы метиламина значение мольного отношения весьма существенно снижается. Так, г = 0,92
6 If 0 X ¡1 в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 9 (102)
моль ЫгО^моль ДМСО и г = 0,22 СН^НУмоль ДМСО при температуре « 40 °С. Вместе с тем, емкость ДМСО по метиламину возрастает по сравнению с емкостью по аммиаку почти в 6 раз при температуре 20 С, изменяясь от г = 0,07 моль К'Нз/моль ДМСО
Рис. 1. Динамика насыщения диме-тилеульфоксидя (ДМСО) метиламином при различной температуре: / -20 "С; 2 -33 "С.;.? -S0 "С.
Рис. 2. Зависимость мольного отношения (г, моль CHjNHi/моль ДМСО) от температуры в системе CHjNFTi(r) - СН3МИг-ДМСО,«.
(см. Зо Е Наинг и др. « Изучение новых аммиачных систем газ-жидкость с целыо разделения изотопов азота методом химического изотопного обмена с термическим обращением потоков ») до г = 0,41 моль СНзМЬ/моль ДМСО.
Библиографические ссылки
1. Разделение изотопов биогенных элементов в двухфазных, системах. / Б.М.Андреев [и др.]; М.: ИздАТ, 2003. 376 с.
2. Хорошилов А.В. Разделение изотопов азота: задачи и пути их решения // Химическая промышленность, 1999. № 4 (241). С. 37-46.
3. Nakane R., Isomura S. Isotopic fractionation of nitrogen and oxygen in the low-temperature exchange system oil the coordination compounds of nitric oxide with hydrogen chloride.// Sci. Papers I.P.C.R., 1962. V. 56. № 2. PP. 164-166.
4. Katalnikov S.G., Mishletsov I.A., Khoroshilov A.V. Concentration of Nitrogen-14 by the Method of Isotopic Exchange Using a Dinitrogen Tetroxide -Based System. //Proceedings of International Symposium on Isotope Separation and Chemical Exchange Uranium Enrichment [Tokyo, 1990]. Bull. RLNR TIT, 1992. PP. 368-375.
5. Кузнецов A.M., Панченков Г.М. Характеристика и расчет основных параметров обменных систем в методе разделения изотопов азота путем химического обмена с термическим обращением фаз. // Ж-л ЖФХ. Т. 44. № 8. С. 2075.
