Совершенствование процесса разделения изотопов водорода методом изотопного обмена в системе вода-водород

• Автор: Федорченко, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1. Основные этапы в развитии процесса разделения

изотопов водорода в системе вода водород

1.2. Способы оценки разделительной эффективности

обменной колонны

1.2.1. Способ, реализованный вТрейлс

1.2.2. Классическая двухпленочная модель противоточного обмена модель аддитивности фазовых сопротивлений

1.2.3. Трехпоточные модели процесса

1.3. Исследование кинетики каталитического изотопного

обмена между водородом и водяным паром
ГЛАВА 2. Математическая модель, общий алгоритм расчетной
ПРОГРАММЫ ЭВИ04 И АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА МЕЖДУ ВОДОЙ И ВОДОРОДОМ НА ГИДРОФОБНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
ГЛАВА 3. Расчет эффективностей прямоточного изотопного
ОБМЕНА МЕЖДУ ПАРОМ И ВОДОРОДОМ НА ГИДРОФОБНОМ ПЛАТИНОВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ И ПРОТИВОТОЧНОГО ФАЗОВОГО ОБМЕНА МЕЖДУ ПАРОМ и водой
3.1. Расчет активности катализатора при изменении содержания дейтерия в реагентах в широком диапазоне концентраций при условии полного отсутствия эффектов диффузионного массопереноса
3.2. Учет диффузии реагентов и продуктов реакции в порах носителя
3.3. Экспериментальные и расчетные зависимости и их обсуждение
3.4. Расчет эффективности устройства фазового изотопного
обмена
ГЛАВА 4. Верификация компьютерной модели на
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ ЭВИО
4.1. Установка ЭВИО
4.2. Проверка адекватности результатов работы расчетной программы моделируемому процессу, и экспериментальные данные по кондиционированию и детритизации тяжелой воды
на установке ЭВИО
4.3. Компьютерный анализ поведения колонны при изменении нагрузки и условий проведения процесса
ГЛАВА 5. Колонна изотопного обмена с разделенными потоками
5.1. Качественный анализ процесса проводимого в колонне с разделенными потоками в сравнении с традиционной колонной
5.2. Конструкция колонны с разделенными потоками
5.3. Эксперимент на пилотной установке
ГЛАВА 6. Результаты расчетов различных разделительных
ПРОЦЕССОВ, МОДЕЛИРУЕМЫХ ПРОГРАММОЙ ЭВИО41
6.1. Сравнение двух типов колонн
6.2. Пример расчета двух температурной колонны
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Изменение схемы подачи воды по высоте колонны вместе с физическим разделением двух стадий позволяет при более высокой линейной скорости газа использовать меньшее количество катализатора, что важно при решении масштабных задач. Практическая значимость работы. Компьютерная модель используется в ПИЯФ РАН при эксплуатации опытно-промышленной установки изотопного обмена в системе вода-водород «ЭВИО», предназначенной для выполнения комплекса НИР и ОКР с целью отработки новых технологий кондиционирования и детритизации тяжеловодных отходов и производства Э. С помощью компьютерной модели ведется разработка альтернативного проекта установки изотопной очистки (УИО) тяжеловодного отражателя реактора ПИК. Спроектирована и изготовлена опытная колонна с разделенными потоками и с физическим разделением двух стадий. Тестовые испытания продемонстрировали работоспособность конструкции и адекватность модели новому схемному решению процесса. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы ( наименований). Глава 1 содержит обзор литературных данных по теме диссертации. Рассмотрены: основные этапы развития исследуемого процесса и типы контактных устройств, используемых для его реализации; способы оценки разделительной эффективности обменной колонны; исследование кинетики каталитического изотопного обмена между водородом и водяным паром. Сформулированы задачи настоящей работы. В главе 2 изложена математическая модель процесса и алгоритм расчетной программы, а также при помощи компьютерной модели сделан анализ закономерностей процесса изотопного обмена между водой и водородом на гидрофобном катализаторе при задании фиксированных значений эффективностей каталитического и фазового изотопных обменов. В главе 3 описано моделирование прямоточного изотопного обмена между паром и водородом на гидрофобном платиновом катализаторе при изменении концентраций реагентов в широком диапазоне. Разработаны методики расчета эффективностей слоев катализатора и насадки в зависимости от нагрузки и других условий ведения процесса. В главе 5 представлена принципиальная схема колонны изотопного обмена с разделенными потоками, анализ процесса проводимого в этой колонне в сравнении с колонной с общепринятой внутренней организацией потоков, конструкция колонны и результаты первых экспериментов. В главе 6 обсуждаются результаты расчетов различных разделительных процессов, моделируемых программой “ЭВИО-4”. Глава I. В году через лет после открытия изотопа водорода - дейтерия, начался переход от лабораторных масштабов производства тяжелой воды к промышленным. Начиная с этого времени, изотопный обмен между жидкой водой и водородом считался одним из самых привлекательных и перспективных методов разделения изотопов водорода и производства тяжелой воды. Такая его оценка вполне оправдана, благодаря хорошо известным и бесспорным его достоинствам: относительно высоким значениям коэффициента разделения, доступности и неагрессивности взаимодействующих веществ при умеренных значениях температуры и давления, отсутствию необходимости перевода целевого изотопа из молекулы соединения сырьевого потока в молекулу соединения рабочего вещества [7]. Одной из первых промышленных установок по производству тяжелой воды, использовавшей изотопный обмен между водой и водородом, стала установка в Трсйле [8]. Процесс проводили в особых колоннах, в которых между колпачковыми тарелками, орошаемыми водой, находились слои катализатора. Через катализатор пропускали смесь водорода с перегретым паром. Установка работала с полным обращением фаз, осуществлявшимся разложением водь? При осуществлении процесса не встретилось никаких трудностей. Главным недостатком этого процесса явилась низкая производительность, так как производство электролитического водорода в количествах, достаточных для экономически выгодного извлечения дейтерия, было ограничено существующей мощностью завода. Развитие метода в направлении организации настоящего противотока, подобно системе вода - сероводород, обещало большие выгоды.