CC BY
46
8. Rao D.P. Process Intensification in Rotating Packed Beds (HIGEE): An Appraisal/ Rao D.P., Bhowal A., Goswami P.S. // Industrial and Engineering Chemistry, 2004. V. 43. № 4. P. 1150-1162.
9. Андриец С.П. оризонтальные роторные массообменные аппараты для процессов тонкого разделения веществ/ С.П. Андриец, А.А. Гущин, Ю.С. Мочалов, А.С. Козырев, С.Г. Пастухов, С.А. Семенов, А.П. Сизов, А.В. Хо-рошилов, С.А. Чередниченко // Перспективные материалы. Специальный выпуск (8), 2010. С. 334-340.
10. Сизов А.П.Испытание новой высокоэффективной массообменной колонны горизонтального типа/ А.П. Сизов, А.С. Снегирев, С.А. Чередниченко, А.В. Хорошилов // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008 Т. XXII. №8(88). С. 89-92
11. Сизов А.П. Роторная массообменная колонна: гидродинамика и массооб-мен в процессе ректификации // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. Т. XXIII. №8(101). С. 80-94.
УДК 621.039.3; 621.039.53; 621.039.58
А.В. Хорошилов, А.В. Степанов, А.В. Лизунов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИМОБМЕННОЙ СИСТЕМЫ BF3 - BF3 CH3NO2 НА СПИРАЛЬНО-ПРИЗМАТИЧЕСКОЙ НАСАДКЕ ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
For chemical exchange system the boron trifluoride - complex BF3 with nitromethane using countercurrent laboratory-scale plant of isotope exchange the dependence of pressure drop on the gas flow and capacity of the spiral-prismatic packing 1,25x1,25x0,2 mm were determined at (258+4) K. It is shown that in this case there is a substantial discrepancy between the data found experimentally and results are obtained by the equations recommended in the literature.
Для химобменной системы трифторид бора - комплексное соединение BF3 с нитрометаном с использованием лабораторной противоточной установки химического обмена определена зависимость гидравлического сопротивления от потока газа и пропускная способность спирально-призматической насадки 1,25x1,25x0,2 мм при температуре (258+4) К. Показано, что в рассматриваемом случае имеется существенное расхождение между данными, найденными экспериментально и полученными расчетом по рекомендуемым в литературе уравнениям.
Гидродинамические характеристики новых химобменных систем -совокупность необходимых данных как для правильной интерпретации результатов эффективности разделения изотопов, так и для расчета и проектирования соответствующих установок.
К сожалению, в большинстве случаев использование имеющихся в литературе уравнений (например, [1, 2]) не позволяет получить результаты,
адекватно отражающие реальную картину, что требует коррекции имеющихся представлений, как это выполнено в публикациях [3-5].
Цель работы - определение пропускной способности спиральнопризматической насадки для химобменной системы трифторид бора - комплекс ВБз с нитрометаном при температуре -15 °С, то есть в условиях, соответствующих высокой эффективности разделения изотопов бора указанным способом [6, 7].
Для проведения экспериментов использовалась противоточная установка с колонной изотопного обмена и двумя узлами обращения потоков фаз, подробно описанная в источнике [7].
Определение гидравлического сопротивления и пропускной способности используемой насадки выполнено при температуре колонны (-15 ± 4) °С - в верхнем сечении колонны -12 °С, в нижнем сечении -18 °С. Поток комплексообразователя (нитрометана), подаваемый на орошение абсорбера, изменяли, увеличивая его кратно (0,1 - 0,2) мл/мин и стабилизируя режим работы установки в течение (1 - 2) ч. Увеличение потока комплексообразователя продолжали до перехода колонны в режим захлебывания, который определяли по характеру изменения гидравлического сопротивления АР на-садочного слоя. Полученная зависимость гидравлического сопротивления колонны от потока комплексообразователя 1,п (с определением предельного *
значения Ьи ) приведена на рис. 1, а результаты измерения удельного гидравлического сопротивления АР/Н при соответствующем потоке ВБз сведены в табл. 1.
Табл. 1. Скорость на полное сечение колонны и удельное гидравлическое сопротивление СПН 1,25x1,25x0,2 мм для системы ВР3 - ВГуСН31\02 при Т = (258+4) К.
Поток ВР} Суд, моль/(см -ч) М?о, м/с Удельное гидравлическое сопротивление АР/Н, кПа/м Поток ВР} Суд, моль/(см -ч) М?о, м/с Удельное гидравлическое сопротивление АР/Н, кПа/м
0,69 0,055 0,34 1,30 0,103 1ДВ
0,84 0,067 0,51 1,38 0,110 1,38
1,00 0,080 0,66 1,46 0,116 2,19
1Д5 0,091 0,86 1,53 0,122 3,69
1,23 0,098 1,01
Расчет по известному уравнению для скорости газа в точке инверсии и’о [1,2]
-д-ру 8 ■ К ■ Р,
А-Х.15 ■
гр У/8 с т у/4
V Рх у
Ь_
(1)
при различных рекомендуемых значениях коэффициента А и соответствующих эксперименту параметрах насадки (поверхность ат; свободный объем Гсв), плотности газа и жидкости (ру; рх) и массовых расходах жидкой и газо-
вой фаз (X; О) приводит к существенным отклонениям по сравнению с экспериментальным значением м^о (табл. 2).
CL
<
Ф
S
I
ф
с;
ш
S
Q.
С
О
U
ф
О
¥
и
ф
т
S
с;
m
аз
о.
Cl
s
Поток комилексообразователя Х,0, мл/мин
Рис. 1. К определению пропускной способности колонны с насадкой СПН ,25x1,25x0,2 мм для системы ВГ3 - ВГ3‘СН3]Ч02 при Т = (258±4) К: зависимость АР от
Аналогичный результат имеет место и в случае расчета удельного гидравлического сопротивления АР/Н (2) и удерживающей способности насадки АНх (3) при рекомендуемом значении коэффициента к\ = 5 или к\ = 5,2
(А/Л = wl'(*'Py А
\н) 8 • (vce - Ан)3 где ReB , (А = 210-В = 0,77); (2)
АЯХ = к\ Rex13 {а |дх/рх)2/3, (3)
причем, при нагрузке по газу Gya <1,2 моль/(см2-ч) значения АНх < 0.
Результаты расчетов, устраняющие указанные противоречия, сведены в табл. 3, причем, как следует из анализа полученных данных, значение коэффициента (параметра) к\ в уравнении (3) не является постоянной величиной.
Корреляция между к\ и АНх, показанная на рис. 2, описывается линейным уравнением
к\ = С + D АНХ, (4)
где С = 0,943 и D = 32,89 (коэффициент корреляции R = 0,988), что позволя-
ет внести изменения в уравнение (3):
АЯх = С/ {[1/ Rex13 (аг Li\/р\)"31 -D) . (5)
С практической точки зрения полезным может оказаться уравнение, полученное по аналогии с выражением для АНх в химобменной системе ВБз - ВРз-СбНзОСНз для спирально-призматической насадки с размером элемента 2x2x0,2 мм [4]. Применительно к исследуемым условиям соответствующее выражение имеет вид:
АНх = Е (аг ич/р\)"3 (СудЮудУ = Е (а, цх/рх)2/3 ф ", (6)
где £' = 3,535; п = 2,1. При этом уравнение применимо в интервале значений относительной нагрузки 0,5 < ф < 0,9 и характеризуется коэффициентом корреляции Я = 0,983.
Табл. 2. Результаты расчета и’0 по уравнению (1).
Рекомендация Значение коэффициента^ Скорость газа и 'о, м/с Отклонение А м?о*, %
Системы газ-жидкосгь, промышленные кольцевые насадки 0,022 0,258 +112
Системы пар-жидкосгь, промышленные кольцевые насадки -0,125 0,218 +79
Системы газ-жидкосгь, мелкие насадки -0,4 0,159 +31
Система В1'\ - В1'г СН^О2, СПН 1,25x1,25x0,2 лш -1,548 0,122 0
Табл. 3. Результаты расчетов по уравнениям (2), (3).
М?о, м/с Яеу £ Яех АНх, м3/м3 к\
0,067 9,01 38,66 0,1060 0,051 2,299
0,080 10,72 33,80 0,1262 0,062 2,634
0,091 12,33 30,35 0,1451 0,084 3,432
0,098 13,19 28,82 0,1552 0,102 4,073
0,103 13,94 27,62 0,1640 0,122 4,773
0,110 14,79 26,38 0,1741 0,141 5,397
0,116 15,65 25,26 0,1842 0,221 8,311
0,122 16,40 24,36 0,1930 0,303 11,24
В несколько более широком интервале значений ф (0,3 < ф < 0,9) полная удерживающая способность АНх может быть определена с использованием полиномиального уравнения
АНх = 0,4547ф3 - 0,47ф2 + 0,2155ф - 0,004 (Я = 0,999). (7)
Аналогично, в зависимости от относительной нагрузки аппроксимируются экспериментальные значения удельного гидравлического сопротивления на интервале 0,4 < ф < 0,95
АР/Н, Па/м = 2-106ф6 - 7-106ф5 + 1-107ф4 - 9-106ф3 + 4-106ф2 -914210ф + 7011 (8)
(Д = 0,9997).
АНУ, м3/лл3
Рис. 3. Корреляция между коэффициентом Л"і и полной удерживающей способностью насадки АНх.
В целом, как следует из результатов обработки опытных данных, скорректированные соотношения удовлетворительно описывают имеющийся экспериментальный материал.
Библиографические ссылки
1. Андреев Б.М. Тяжелые изотопы водорода в ядерной энергетике./ Б.М. Андреев, Я.Д. Зельвенский, С.Г. Катальников. М.: ИздАТ, 2000. 344с.
2. Андреев Б.М. Разделение изотопов биогенных элементов в двухфазных системах./ Б.М. Андреев, Э.П. Магомедбеков, А.А. Райтман, М.Б. Розенке-вич [и др.];/под ред. Б.М. Андреева. М.: ИздАТ, 2003. 376с.
3. Хорошилов А.В. Разделение изотопов азота азотнокислотным способом (основные гидродинамические характеристики процесса)./ А.В. Хорошилов, М.М. Челяк, С.Г. Катальников // Журнал прикладной химии, 1988. № 10. С. 2238-2244.
4. Катальников С.Г. Изучение гидродинамики и массообмена в процессе разделения изотопов бора методом химобмена в системе ВГ? - комплекс ВГ? с анизолом/ С.Г. Катальников, Н.Е. Сизов, А.С. Соболев, К.А. Мальцев // Труды МХТИ им. Д.И Менделеева, 1989. Вып. 156. С. 123-129.
5. Чередниченко С.А. Гидродинамика и массообмен при разделении изотопов кремния химическим обменом в системах 8іГ4 - БіГ^ІЮН./ С.А. Чередниченко, А.В. Хорошилов, С.Н. Фёдорова, С.А. Орлов // Физ.-хим. проц.
при селекции атомов и молекул: Сб. докл. X Всеросс. (Междунар.) конф. М.: ЦНИИАтоминформ, 2005. С. 174- 180.
6. Хорошилов А.В. Особенности термической диссоциации комплекса ВГз-В и разделения изотопов бора в системе ВГз-ВГз-СНзМЭг. / А.В. Хорошилов, А.В. Лизунов, А.В. Степанов, С.А. Чередниченко //Радиохимия, 2009. Т. 51. №4. С. 353-354.
7. Хорошилов А.В. Первое разделение изотопов бора методом химического обмена при пониженной температуре в системе трифторид бора — его комплексное соединение с нитрометаном/ А.В. Хорошилов, А.В. Степанов, А.В. Лизунов, Е.В. Зернова //Перспективные материалы. Специальный выпуск (8), 2010. С. 258-262.
УДК 66.071
Пьи Пью Аунг, И. Л. Селиваненко
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ ТЕРМОДИФФУЗИИ
Thermodiflusion is small capacity but high effective method for separation of isotopes of the number of elements. At the report described some experimental data on separation of helium, oxigen and neon isotopes in thermodiflusion column of 2 meter length.
Термодиффузия является малопроизводительным, но весьма эффективным методом разделения изотопов ряда элементов. В докладе описываются некоторые экспериментальные данные по разделению изотопов гелия, кислорода и неона в термодифузионной колонне высотой 2 метра.
Для получения ряда изотопов легких газов, не производящихся сейчас в России, наиболее эффективным является метод термодиффузии, характеризующийся высокой разделительной способностью.
Коэффициент разделения а, характеризующий однократный разделительный эффект, определяется по известному уравнению [1,2]
ДТ
а = 1 + у , (1)
2Т
где АТ - разность температуры между горячей и холодной стенками;
Т - средняя температура в колонне.
Термодиффузионная постоянная у зависит от различия масс разделяемых изотопов и поправочного коэффициента Rt, учитывающего характер межмолекулярных сил:
105 М - М
У =--------------RT, (2)
118 М2 + М
