Метод и аппаратура для крупномасштабного процесса лазерного разделения изотопов углерода

• Автор: Пигульский, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 357 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА
1.1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА

1.1.1. ДИФФУЗИОННЫЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ

Диффузия через мембраны

Термодиффузия

1.1.2. РЕКТИФИКАЦИЯ

Получение изотопов углерода методом ректификации

1.1.3. ХИМИЧЕСКИЙ ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН

1.1.4. РАЗДЕЛЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ РЕАКЦИЙ КОЛЕБАТЕЛЬНО ВОЗБУЖДЕННЫХ МОЛЕКУЛ

1.2. ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА
1.2.1. ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
1.2.2. ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА В КЛИНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ
Изотопный тест дыхания
Аппаратура для проведения теста дыхания
ЯМР-томография
Позитронно-эмисионная томография
1.2.3. ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА
В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1.2.4. ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА
В ЭКОЛОГИИ
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ
СОг-ЛАЗЕРОВ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
2.1. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ИМПУЛЬСНЫЙ И ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РАЗРЯДЫ В ГАЗЕ
2.1.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
2.1.2. ИМПУЛЬСНЫЙ РАЗРЯД В ПОКОЯЩЕМСЯ ГАЗЕ
Характер энерговыделения после импульсного разряда в газе
Релаксация энергии после разряда в азоте
2.1.3. РАЗРЯД В ПОТОКЕ ГАЗА
Расширение пробки нагретого газа в потоке
Пограничные слои
2.1.4. АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОМ
ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ
Слабые ударные волны
Расчетная модель
Результаты численного расчета
Перегревно-акустическая неустойчивость

2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ TEA С02-ЛАЗЕРЫ
2.2.1. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ИП С02-ЛАЗЕРА
Эффективная электродная система для ИПлазера
Особенности работы электродной системы с УФ
предыонизацией в ИП лазерах
2.2.2. ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЕ С02-ЛАЗЕРЫ СЕРИИ «ДЯТЕЛ»
Характеристики ИП С02-лазера «Дятел М»
Импульсно-периодический С02-лазер «Дятел-4И»
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. ЛАЗЕРНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА
НА УСТАНОВКАХ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ МОЩНОСТИ
3.1. МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛРИ УГЛЕРОДА
ПРИ МФД МОЛЕКУЛ CF31
Исследование параметров элементарного акта разделения
Химический цикл
Установка для масштабирования процесса разделения
Экспериментальные результаты
3.2. МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛРИ УГЛЕРОДА
ПРИ МФД МОЛЕКУЛ CFzHCI
Изотопически селективная МФД молекул фреона-12 и фреона
в моноимпульсном режиме
МФД молекул CF2HCI в импульсно-периодическом режиме
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. ЛАЗЕРНЫЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС «УГЛЕРОД»
4.1. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЕКТА КОМПЛЕКСА «УГЛЕРОД»
4.1.1. ЛАЗЕРНЫЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ УЧАСТОК
Лазер
Реактор
Система разделения сред
Характеристика сырья, отходов производства.
Материальный баланс
4.1.2. УЧАСТОК ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА
Узел конденсации газовой смеси
Узел ректификации
Узел очистки ТФЭ от хлористого водорода
Характеристика сырья, отходов производства.
Материальный баланс
4.1.3. УЧАСТОК ПЕРЕРАБОТКИ ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА
Узел накопления тетрафторэтилена
Узел пирогидролиза тетрафторэтилена
Узел улавливания СОг
Характеристика сырья, отходов производства.
Материальный баланс

4.1.4. УЧАСТОК ОЧИСТКИ И УПАКОВКИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
Описание технологической схемы
Характеристика сырья, отходов производства.
Материальный баланс
4.2. ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Методика проведения экспериментов
Результаты экспериментов
Потери продукта в технологической цепочке
4.3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИИ
Себестоимость продукта
Движение средств
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 5. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО ИЗОТОПА УГЛЕРОД
5.1. ЛАЗЕРНЫЕ МЕТОДЫ ДООБОГАЩЕНИЯ
5.1.1. ЛАЗЕРНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ В ПРИСУТСТВИИ
ЙОДИСТОГО ВОДОРОДА
Экспериментальные результаты
5.1.2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЕКТА
КОМПЛЕКСА «УГЛЕРОД-1»
Лазерный разделительный участок
Участок химической переработки
5.1.3. БРОМНЫЙ ЦИКЛ ЛАЗЕРНОГО ОБОГАЩЕНИЯ
5.1.4. МФД МОЛЕКУЛ СР2НС1, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБОГАЩЕННЫХ
ПО ИЗОТОПУ 13С ДО -30%
Параметры МФД молекул фреона-22 при комнатной температуре
Параметры МФД молекул фреона-22 при пониженных температурах
5.2. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ
Лазер + газовая центрифуга
Лазер + ректификация
Лазер + химический изотопный обмен
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
жидкость-пар. Примером является ректификация - один из основных методов разделения стабильных изотопов легких элементов. Не принесли успеха попытки использования для разделения изотопов систем твердое тело-жидкость (расплав) из-за низкой скорости гетерогенного изотопного обмена, лимитируемого диффузионными процессами в твердом кристаллическом веществе.
В системе из двух веществ, химически не взаимодействующих друг с другом, может протекать реакция изотопного обмена с константой равновесия, отличающейся от значения, соответствующего равновероятностному распределению изотопов между участвующими в реакции молекулами. На таких реакциях основано разделение изотопов методом химического изотопного обмена.
Помимо термодинамического изотопного эффекта при выборе системы рабочих веществ важное значение имеют кинетика реакции изотопного обмена и возможность осуществления доступными приемами процесса обращения потоков, т.е. перевода выделяемого изотопа из одного рабочего вещества или фазового состояния в другое. Для эффективного разделения изотопов химобменным методом необходимо, чтобы скорость изотопного обмена была достаточно велика.
В зависимости от того, как осуществляется обращение потоков (обращение фаз) на концах разделительной колонны, способы разделения изотопов химическим изотопным обменом можно объединить в три группы (Рис. 1.1, [3]): -способы с химическим (или электрохимическим) обращением потоков; -способы с термическим обращением потоков;
-двухтемпературный способ.
Независимо от способа обращения потоков из гетерогенных систем используют, в основном, системы газ-жидкость. Наблюдаются значительные изотопные эффекты и в гомогенных системах, которые, однако, не применяются из-за трудностей создания противоточного движения веществ в колонне.
Из нетрадиционных методов для изотопов углерода реализован метод лазерного разделения изотопов [4] на основе явления инфракрасной многофотонной диссоциации молекул (ПК МФД) - процесса, при котором молекула поглощает несколько квантов лазерного излучения и начинает