Удерживающая способность насадочного слоя горизонтальной роторной колонны при разделении изотопов бора в системе BF3 (г) – BF3 · c6h5och3 (ж) Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

им. Д.И. Менделеева, 1998. 208 с.

4. Боресков Г.К., Катальников С.Г. Технология процессов химического изотопного обмена./МХТИ; М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1974. 205 с.

5. Mass Transfer Process / Ramshaw С.; Mallinson R.H. U.S. Patent 4,283,255, 1981.

6. Ramshaw C. “HiGee” Distillations An Example of Process Intensification // Chemical Engineering., 1983. Feb. P. 389-401.

7. Rao D.P., Bhowal A., Goswami P.S. Process Intensification in Rotating Packed Beds (HIGEE): An Appraisal // Industrial and Engineering Chemistry, 2004. V. 43. №4. P. 1150-1162.

8. Испытание новой высокоэффективной массообменной колонны горизонтального типа / А.П. Сизов, А.С. Снегирев, С.А. Чередниченко, А.В. Хо-рошилов // 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.

9. Сизов А.П., Хорошилов А.В. Роторная массообменная колонна: гидродинамика и массообмен 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.

10. Горизонтальные роторные массообменные аппараты для процессов тонкого разделения веществ. / С.П. Андриец [и др.]; // Перспективные материалы, 2010. №8. С. 334-339.

11. Николаев Д.А., Филиппов Г.Г. Графическое определение равновесного обогащения ректификационной колонки // Заводская лаборатория, 1966. 32. № 10. С. 1288-1289.

УДК: 621.039

А.П. Сизов, А.В. Хорошилов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

УДЕРЖИВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ НАСАДОЧНОГО СЛОЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ РОТОРНОЙ КОЛОННЫ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ ИЗОТОПОВ БОРА В СИСТЕМЕ BF3 (Г) - BF3 • СбН5ОСНз(Ж)

Method of determination of liquid holdup for the process of boron isotope separation in system BF3 ,G) - BF3 • C6H5OCH3 (L, is suggested. Experimental data on liquid holdup of the horizontal rotor column in the process of boron isotope separation in system BF3g - BF3 • C6H5OCH3i for gas flow rate 0,2 and 0,34 mol/(snr-h) were obtained.

Предложена методика определения удерживающей способности насадочного слоя

при разделении изотопов бора в системе ВР3 (Г| - ВР3 ■ С6Н5ОСН3 (Ж,. Для данной рабочей системы получены данные по удерживающей способности насадочного слоя горизонтальной роторной колоны при удельных нагрузках по трифториду бора 0,2 и 0,34 моль/(см2-ч).

Одной из важнейших характеристик любого массообменного аппарата является его удерживающая способность по жидкости, определяющая как пропускную способность аппарата, так и, что более существенно, время достижения заданной концентрации целевого компонента, которое для рабочих систем, характеризуемых коэффициентом обогащения в несколько сотых или даже тысячных долей, может достигать нескольких месяцев [1].

Для определения указанной характеристики для системы газообразный трифторид бора - жидкое комплексное соединение трифторида бора с метилфениловым эфиром (анизолом) в горизонтальной роторной колонне использовалась экспериментальная установка, принципиальная схема которой показана на рис. 1. Установка состояла из трех основных частей: горизонтальной роторной колонны изотопного обмена и двух узлов обращения потоков фаз - верхнего (абсорбер) и нижнего (десорбер).

Рис. 1. Принципиальная схема установки с горизонтальной роторной колонной для разделения изотопов бора методом химического изотопного обмена в системе Вр; (Г) -ВР3 • С6Н5ОСН3 (Ж): 1- роторная колонна; 2 - абсорбер; 3 - десорбер с кубом-кипятильником; 4,5 - осевой карман с термопарой.

Колонна изотопного обмена имела длину насадочного слоя 80 см, внутренний диаметр 30 мм и была заполнена спирально-призматической насадкой из нержавеющей стали с размером элемента 2,5x2,5x0,2 мм.

Насадочный абсорбер имел высоту 66 см, внутренний диаметр 30 мм и был заполнен спирально-призматической насадкой 3x3x0,2 мм.

Десорбер представлял собой колонну высотой 90 см, заполненную спирально-призматической насадкой 3x3x0,2 мм, совмещенную с кубом-

кипятильником. Десорбер был снабжен тремя секциями обогрева, первые две из которых (считая от верха десорбера) подключены кциркуляционным термостатам, а третья представляла собой электронагреватель, подключенный к лабораторному автотранстформатору (ЛАТРу).

Узлы обращения потоков были снабжены осевыми карманами с установленными в них термопарами, предназначенными для измерения температуры по высоте абсорбера и десорбера. Показания термопар посредством аналого-цифрового преобразователя передавались на экран персонального компьютера и фиксировались в памяти последнего.

Так как образование комплексного соединения трифторида бора с анизолом (1) происходит с выделением тепла [2]

ВБз (Г) + С6Н5ОСНз (ж) ~ ВБз (г) ■ С6Н5ОСН3 (ж) +0, (1)

измерение температуры в аппаратах установки позволяет контролировать положение зоны сорбции ВБз комплексообразователем, что определяется по возрастанию температуры в ядре жидкостного потока. Профиль температуры по высоте насадочного слоя абсорбера приведен в качестве примера на рис. 2.

Т, °С

Рис. 2. Типичный профиль температуры по высоте насадочного слоя абсорбера (отметка 0 см - нижняя часть абсорбера; отметка 60 см - верхняя часть абсорбера)

Изменение положения зоны сорбции по высоте (длине) насадочного слоя аппарата (абсорбер, колонна изотопного обмена, десорбер) при напуске контролируемого потока газообразного трифторида бора в установку и представляет собой основу методики определения удерживающей способности насадочного слоя. Так, при напуске ВБз в разделительную установку зона сорбции постепенно перемещается из нижнего узла обращения потоков (десорбер) в колонну изотопного обмена и, далее, по мере насыщения анизола трифторидом бора в верхний узел - абсорбер.

Регистрируя с высокой частотой (например, ежеминутно) расход газа

по показаниям предварительно откалиброванного реометра и время выхода зоны сорбции из каждого аппарата (рис. 3), можно рассчитать удерживающую способность АНвтз, моль ВБз, по соотношению (2)

У.

(2)

где АЯвг'з - удерживающая способность насадочного слоя, моль ВБз; Р(() -зависимость расхода газа при напуске от времени; ¥т - молярный объем ВБз; - время попадания зоны сорбции в аппарат; ^ - время выхода зоны сорбции из аппарата.

60

50

40

I I I I

— і . ! 1 !

выход зоны сороции

из № ;ор ое ра і

[А-

і Ч V

4

|*ЧГ

а I

70

60

50

40

Попадание зоны сорбции в абсорбер, термопара перемещается в середину аппарата

£

Зона сорбции достигла середины аппарата, подача газа остановлена

15/02/2011 15/02/2011 15/02/2011 15/02/2011

13 54 :24

03/02/2011

14:0-1:32 03/02/2011

03/02/2011

Рис. 3. Пример записи изменение температуры во времени: а - верхняя часть насадочного слоя десорбера; б - насадочный слой абсорбера

Удерживающая способность аппаратов экспериментальной установки с горизонтальной роторной колонной при разделении изотопов бора в системе а ) - ВР3 • СбН5ОСН3 рю (скорость вращения массообменной части колонны 40 об/мин)

№ эксп. Удельный поток ВБз, моль/(см2-Ч) Аппарат АНв-рз, моль ВБз о о г, моль ВБз/ моль анизола АН, м7м3

1 0,2 десорбер 0,12±0,02 86 0,157 0,18±0,02

колонна 0,83±0,08 40 0,860 0,24±0,04

абсорбер 0,23±0,02 53 0.634 0,23±0,03

2 0,34 десорбер 0,11±0,01 86 0,157 0,17±0,03

колонна 0,52±0,05 40 0,860 0,15±0,02

абсорбер 0,21±0,02 59 0,526 0,19±0,03

Расчет удерживающей способности в более привычных единицах (м3/м3) производился по формуле (3):

дя=АЛа„-М^ (3)

г ж ап

где АН - удерживающая способность насадочного слоя, м3/м3; Мж -молярная масса жидкости, г/моль; г - мольное отношение, моль BF3/ моль анизола; рж - плотность жидкости, г/см3; Ули - объем насадочного слоя, см3.

Результаты расчетов удерживающей способности насадочного слоя представлены в таблице. При расчетах для узлов обращения потоков использовалась среднеинтегральная температура по аппарату, вычисляемая по формуле (4): _f*T(.k)dhf

Тч>= !н (4)

где T(h) - температурный профиль по высоте аппарата; Н - длина насадочного слоя.

Сопоставление полученных значений удерживающей способности спирально-призматической насадки с размером элемента 2,5x2,5x0,2 мм в горизонтальной роторной колонне для системы газообразный трифторид бора - комплексное соединение трифторида бора с анизолом показывает, что в рамках отдельного эксперимента значение АН в пределах погрешности измерений совпадает с аналогичным значением для классических вертикальных колонн.

Библиографические ссылки

1. Разделение изотопов биогенных элементов в двухфазных системах. / Б. М. Андреев, Э. П. Магомедбеков, М. Б. Розенкевич [и др.]; [ред. Андреев Б. М.]; М.: ИздАТ, 2003. 376 с.

2. Боресков Г.К., Катальников С.Г. Технология процессов химического изотопного обмена./МХТИ; М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1974. 205 с.

УДК 621.039.7 + 504.064.47

Е Мьинт Лат, В.Б. Тимеркаев, И.Л. Растунова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

КИНЕТИКА ВЫДЕЛЕНИЯ ТРИТИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ ИЗ МАТРИЦ ФОСФАТНОЙ КЕРАМИКИ

The searching results of tritium containing water vapour emission rate from the surface of blocks made of phosphate ceramics during the contact with vapour-gaseous phase are presented. The date of the structural analysis of matrix and dependence of rate of tritium emission from matrix on gas flow and gas humidity are shown.

7 4