Детритизация воды методом химического изотопного обмена водорода с водой в контактных устройствах мембранного типа

• Автор: Прокунин, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные методы разделения изотопов водорода

1.2. Система вода-водород

1.2.1. Изотопный обмен в системе вода-водород

1.2.2. Катализаторы, используемые в процессе изотопного обмена водорода с водой

1.2.3. Типы контактных устройств для осуществления изотопного обмена в системе вода-водород

1.3. Контактные устройства мембранного типа

1.3.1. Структура и основные характеристики мембраны Иайоп

1.3.2. Эффективность массообмена в КУМТ
1.3.3. Метод расчета эффективности массообмена в
контактном устройстве мембранного типа
1.4. Выводы из литературного обзора
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗОТОПНОГО
ОБМЕНА В КОЛОННЕ С НЕЗАВИСИМЫМИ ПОТОКАМИ
2.1. Методика проведения экспериментов
2.1.1. Описание экспериментальной установки
2.1.2. Методика проведения экспериментов по исследованию эффективности ХИО в колонне с независимыми потоками
2.1.3. Методика проведения изотопного анализа по дейтерию
2.2. Методика обработки экспериментальных данных
2.3. Результаты экспериментов и их обсуждение
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗОТОПНОГО
ОБМЕНА В КОЛОННЕ С НИЖНИМ УЗЛОМ
ОБРАЩЕНИЯ ПОТОКОВ
3.1. Схема установки и методика проведения экспериментов
3.2. Методика проведения изотопного анализа по тритию
3.3. Методика обработки экспериментальных данных
3.4. Результаты экспериментов и их обсуждение

3.4.1. Предварительные эксперименты
3.4.2. Исследование массообменных характеристик в колонне
с КУМТ
Глава 4. ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕМБРАНЫ МФ-4СК
НА МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В КУМТ
4.1. Влияние состояния мембраны на проницаемость по воде
4.1.1. Методика определения проницаемости мембраны
МФ-4СК по воде
4.1.2. Методика подготовки к работе мембраны МФ-4СК
4.1.3. Методика проведения изотопного анализа
4.1.4. Методика обработки экспериментальных данных
4.1.5. Результаты экспериментов по исследованию скорости
переноса воды через мембрану в Н+-форме
4.1.6. Результаты экспериментов по исследованию скорости
переноса воды через мембрану, модифицированную
ионами металлов
4.2. Влияние состояния мембраны на эффективность ФИО в КУМТ
4.2.1. Исследование фазового обмена в КУМТ
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕТРИТИЗАЦИИ ВОДЫ
В КОЛОННЕ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА С МЕМБРАННЫМИ КОНТАКТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
5.1. Методика проведения экспериментов по детритизации на колонне с
контактными мембранными устройствами
5.1.1. Принципиальная схема разделительной установки детритизации воды
5.2. Результаты экспериментов по исследованию детритизации воды
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Появление задачи разделения изотопов водорода связано с рождением ядерной энергетики. Первой крупной проблемой, связанной с разделением изотопов водорода, было получение тяжелой воды для использования в качестве замедлителя нейтронов первых ядерных реакторов. Позже в процессе развития ядерной технологии появился ряд дополнительных задач в области разделения изотопов водорода, связанных, во-первых, с поддержанием заданного состава замедлителя тяжеловодных ядерных реакторов (т.е. извлечением из тяжеловодного замедлителя образующихся в процессе эксплуатации реактора трития и протия) и, во-вторых, с извлечением трития из технологических потоков на предприятиях ЯТЦ.
Количество образующегося трития в значительной степени зависит от типа ядерного реактора. Наибольшее количество трития выделяется при эксплуатации тяжеловодных реакторов. Что касается заводов по переработке облученного ядерного топлива, то для завода производительностью 1500 т/год выбросы трития в окружающую среду могут достигать 1 МКи/год, что соизмеримо с количеством трития, образующегося на Земле за счет естественных источников [1]. Создание в будущем новых энергетических термоядерных установок, работа над которыми ведется в ряде развитых стран мира, в том числе в рамках международных проектов (ITER, JET), еще больше обострит проблему локализации трития, так как выбросы по тритию для таких установок могут в 104-10б раз превышать аналогичную величину для АЭС эквивалентной мощности [1]. Поэтому в последние годы все более актуальной становится проблема защиты окружающей среды от трития. Изучение особенностей поведения трития в окружающей среде и характер поступления его в организм человека различными путями является задачей весьма важной, а высокая миграционная способность и биохимическая мобильность обуславливают необходимость тщательного динамического

(АМР) и метода рентгеновского рассеивания (8АХ8) удалось более детально изучить внутреннее строение Майоп и разработать иную модель кластерообразования,' учитывающую набухание мембраны. Данная модель основана на том, что тело мембраны в сухом состоянии состоит из волокон, переплетенных между собой. Волокна представляют собой длинные полимерные «агрегаты», окруженные заряженными ионами. После набухания мембраны происходит гидратация полимерных «агрегатов», приводящая к их рассредоточению в теле мембраны, что хорошо подтверждается авторами [119,136]. В отличие от модели Хсу и Герке, водную часть гидратированой мембраны ЫаНоп авторы [134] рассматривают как набухшую среду между полимерными «агрегатами». К сожалению, предложенная авторами [135] модель окончательно не сформулирована и требует серьезных доработок. В настоящее время ведутся работы в этом направлении результаты которых отражены в публикациях [135,137-140].
В силу вышесказанного следует отметить, что работы французских авторов [135, 137-140] очень важны для понимания механизма переноса воды через мембрану, так как этот процесс является неотъемлемой частью процесса ХИО, протекающего в КУМТ.
Известно, что первоначально промышленно полученная мембрана находится в «напряженном» состоянии [126,141,142]. Это подразумевает под собой, что структура мембраны находится в строго упорядоченном состоянии. Следует отметить, что теоретически возможно нарушить это состояние за счет пространственной переориентации боковых цепей полимера, что возможно при значительном повышении температуры. Авторами работы [143] такой переход наблюдался экспериментально при нагреве мембраны до 443 К в воде под давлением. При снижении температуры обратного перехода не наблюдается, то есть мембрана, будучи однократно переведена в «расширенную конфигурацию», остается в ней при понижении температуры. Обратный переход в структуре мембраны