ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Промышленные методы получения тяжелой воды из "Выделение дейтерия из водорода методом глубокого охлаждения" Явление обогащения дейтерием электролита при электролизе воды было основой первого промышленного метода получения тяжелой воды. [c.10] Ввиду большой значимости разделения изотопов, и в частности выделения дейтерия, было экспериментально изучено большое число различных методов. Детальный обзор возможных методов см. в работе [21 ]. [c.10] Для получения тяжелой воды в промышленном масштабе приемлемыми оказались только 1) электролиз воды 2) различные модификации химического изотопного обмена 3) ректификация водородсодержащих соединений и 4) ректификация жидкого водорода. [c.10] Процессы производства тяжелой воды можно разбить по исходному сырью на две группы 1) процессы, основанные на использовании в качестве сырья промежуточных продуктов какого-либо производства, например водорода, получаемого на химических заводах синтеза аммиака или на заводах гидрирования, водорода электролизного производства и пр. 2) процессы, не связанные общим сырьем с другими производствами, например дистилляция обычной воды или изотопный обмен, при проведении которого используют обычную воду. Вторая группа имеет то преимущество, что производство тяжелой воды не лимитируется сырьем. [c.10] Для сравнения укажем, что на заводах синтеза аммиака может быть получено 0,21—0,23 кг тяжелой воды elm выработанного аммиака, т. е. завод с годовой производительностью 100 ООО т ям шака может дать около 20 т тяжелой воды в год [8]. [c.10] Разберем коротко методы, получившие промышленное развитие. [c.10] До начала второй мировой войны электролиз считался единственным технически пригодным методом получения тяжелой воды (метод Норск-Гидро в Норвегии). [c.11] На рис. 2 показана схема совместной работы одной ступени электролизера с колонной-реактором изотопного обмена. В верхнюю часть реактора подается вода с предыдущей ступени электролиза. Вода, обогащающаяся дейтерием из газовой фазы, стекает последовательно с одной тарелки на другую и поступает в электролитические ванны. Водород из этих ванн идет в нижнюю часть реактора, где смешивается с водяным паром. На катализаторе, расположенном между тарелками, происходит фазовый обмен между водородом и паром, в результате чего дейтерий из водорода переходит в пар К 1) и далее, на тарелках, конденсируется. [c.12] Аналогичную схему совместной работы с реактором изотопного обмена имеет каждая ступень электролиза. Степень извлечения дейтерия при этом можно существенно повысить по сравнению с простым электролизным методом она может достигать З9 6. По такой схеме много лет эксплуатировалась установка для получения тяжелой воды в Трейле. Подробно о применении этого метода к промышленной установке см. работу [8]. [c.12] Первый путь оказывается экономически целесообразным только для реакции водяной пар — водород. Можно построить каскад из реакторов, где протекает реакция обмена, причем каждый последующий реактор питается водой предыдущего. Как указывалось выше, простой изотопный обмен успешно используется в комбинации с электролизом воды. [c.13] Весьма перспективным представляется второй путь, в котором с успехом могут быть использованы многие реакции изотопного обмена, особенно реакция НВ5 + Н2О, протекающая быстро без катализатора. Простейшая схема такого процесса, часто называемого двухтемпературным, или сероводородным, показана на рис. 3. [c.13] Принципиальная схема двухтемпературного процесса. [c.14] Все основные аппараты, арматура и трубопроводы, где поток сероводорода и воды движутся с большими скоростями, выполнены из нержавеющей стали. Аппараты, в которые попадают вещества,, не вызывающие эрозию, изготовляются из обычной стали. Опыт показал, что через 1000 ч работы внутренняя поверхность аппаратов покрывается слоем сернистого железа, предохраняющим их от дальнейшей коррозии. При попадании горячего потока воды в части аппаратов, имеющие более низкую температуру, из воды может выделяться сернистое железо и забивать аппаратуру. Чтобы уменьшить растворимость сернистого железа, в воду добавляется ЫаНЗ. [c.15] За состоянием аппаратуры ведется особо тщательное наблюдение, и ежегодно проводятся гидравлические испытания аппаратуры [26, 27]. [c.15] Полученный продукт, содержащий 15% ВаО, далее концентрируется до 90% ВгО на двух каскадах с шестью колпачковыми колоннами каждый конечный продукт-— 99,75% В О — получается электролизом. В настоящее время стадия электролиза зал1енена дистилляцией воды. [c.15] Общие капиталовложения на этом заводе составляют 360 ООО долл. на 1 т годовой мощности В О. Эксплуатационные расходы составляют 31 долл. на 1 кг В2О (без начислений и амортизации). Основные технико-экономические показатели процесса в Саванна-Ривер на 1 кг В.2О составляют расход воды 30 м , сероводорода — 0,43 кг, электроэнергии — 685 квт-ч, пара — 5,6 т, охлаждающей воды — 100 ж . [c.15] Следует иметь в виду, что для всех методов выделения тяжелой воды главные затраты на строительство и эксплуатацию (85— 92%) падают на степени, где достигается начальное обогащение — до 5—15% В2О [26, 27]. Дальнейшее концентрирование можно вести любым методом, и это мало отразится на себестоимости конечного продукта. [c.15] К недостаткам сероводородного метода следует отнести сильное корродирующее действие потоков, вследствие чего приходится применять аппараты, изготовленные из специальных материалов. Кроме того, при расположении завода вблизи населенных пунктов необходимо обеспечить тщательную очистку от сероводорода больших количеств сточных вод. [c.15] В настоящее время в ФРГ фирма Пинч-Бамаг построила опытную установку по двухтемпературному методу и имеет по этому методу проект завода производительностью 40 т В2О в год [23]. [c.15] Вернуться к основной статье