Автореферат (1025194)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. БауманаНа правах рукописиУДК 621.593Куприянов Максим ЮрьевичИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГОРАЗДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГЕЛИЯ С ЦЕЛЬЮ ИЗВЛЕЧЕНИЯИЗОТОПА 3He05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогеннойтехники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2016 г.Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный техническийуниверситет имени Н.Э. Баумана»Научный руководитель:доктор технических наук, профессорБондаренко Виталий ЛеонидовичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорБорзенко Евгений Ивановичкандидат технических наук, профессорКузьменко Иван ФедоровичВедущее предприятие:Публичное акционерное обществокриогенного машиностроения(ПАО «Криогенмаш»)Защита состоится «_30_»__ноября___2016 г.

в _14_ ч. _30_ мин. назаседании диссертационного совета Д212.141.16 при МосковскомГосударственном Техническом Университете им. Н.Э. Баумана по адресу:107005, г. Москва, Лефортовская набережная, д.1., корпус факультета«Энергомашиностроение», ауд. 314-Э (конференц зал).С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана ина сайте www.bmstu.ru.Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим высылать поадресу: 107005, г.

Москва, ул. 2-ая Бауманская, д. 5 на имя ученого секретарядиссертационного совета Д 212.141.16.Автореферат разослан «____» ___сентября___2016 г.Ученый секретарьдиссертационного Совета Д212.141.16,кандидат технических наук, доцентвКолосов М.АОБЩАЯ ХАРАКТРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Существование 3Не было предсказано в 1934 г.австралийским ученым М. Олифантом во время работы в Кембриджскомуниверситете. Экспериментально был открыт этот изотоп Л. Альваресом иР. Корногом в 1939 г.Области применения данного изотопа затрагивают многие научные итехнические сферы деятельности.

В будущем наиболее перспективнымвидится использование изотопа 3Не в качестве топлива для термоядерныхреакторов.На протяжении последних 25 лет 3Не получается искусственно впроцессе распада трития, являющегося единственным промышленнымисточником легкого изотопа гелия. В связи с сокращением запасов ипроизводства трития, соответственно, сократилось производство изотопа 3Не.Сегодня объем производства 3Не составляет около 15 нормальныхкубических метров в год (нм3/год), а мировые потребности – около45 нм3/год.Таким образом, рост потребности 3Не, при ограниченном егопроизводстве, указывает на острую необходимость осваивать природныеисточники 3Не.

Таким источником может быть товарный гелий, являющийсяприродной смесью изотопов 4Не и 3Не. Концентрация 3Не в товарном гелии,добываемом из природного газа, составляет в среднем 0,1 ppm, а в гелии,получаемом из продуктов разделения воздуха, 1,4 ppm. Количество 3Не,содержащееся во всем получаемом за год гелии, составляет около 30 нм3.Для выделения 3Не из природного гелия, можно предположить, чтопроцесс должен состоять из нескольких этапов:- предварительное обогащение исходной бедной природной смесиизотопов гелия методом низкотемпературной фильтрации с целью полученияконцентрата, содержащего от 0,1 до 10 % 3Не;- получение 3Не чистотой от 50 до 99,99 % из этого концентрататрадиционными методами низкотемпературной ректификации;- финишная очистка смеси и получение товарного 3Не чистотой от 50 %и выше с помощью низкотемпературной адсорбции.Результатынаучныхработзарубежныхиотечественныхисследователей указывают на возможность применения методовсверхтекучей фильтрации и низкотемпературной ректификации дляпромышленной экстракции, но не дают конкретных рекомендаций попараметрам процессов.Процессы низкотемпературной адсорбции смеси гелиевых изотоповмало изучены и нуждаются в дополнительных исследованиях.Процессы разделения осуществляются при температурах от 1,6 до4,5 К, в широком диапазоне давлений и расходов.

Также необходимообеспечивать высокую герметичность экспериментальных установок в связис высокой стоимостью редкого изотопа.1В ходе обзора научных публикаций выявлено:- ограничены данные о ректификации при низких (ниже 10 %)концентрациях 3He в исходной смеси;- не выявлены определяющие параметры контактных устройствректификационных колонн и параметры процесса ректификации;- теоретические и экспериментальные работы не позволяют установитьзависимость энергоэффективности и коэффициента извлечения 3He отпараметровтехнологических этапов предварительнойэкстракции,обогащения и окончательной очистки;- опубликованные результаты исследований базируются на методахфизического анализа не соответствующих современному уровню развитияаналитической техники.Таким образом, дальнейшие исследования процессов обогащенияизотопов гелия низкотемпературными методами фильтрации, ректификациии сорбции, применительно к промышленным масштабам, являютсяактуальной задачей.Цель работы.

Определение области рациональных параметровфильтрационной, ректификационной и адсорбционной стадий обогащенияпри низкотемпературном разделении смеси изотопов 3He-4He.Научная новизна.1. Впервые получены экспериментальные данные по массообмену наспиральной насадке с элементами диаметром 1,5 мм × 1,5 мм из стали12Х18Н10Т при разделении смесей гелиевых изотопов с низкиминачальными мольными концентрациями 3He (1,0; 2,4 и 4,7 %).2. Определена область рациональных значений промежуточнойконцентрации фильтрационной и ректификационной стадий для процессаразделения природного гелия с содержанием 3He от 0,1 до 1,4 ppm.Практическая значимость работы.

На основании проведенныхисследований разработаны исходные данные для опытно-промышленнойустановки получения 3He из природного гелия, которая обеспечиваетустойчивое выделение 3He в широком диапазоне изменения его входнойконцентрации. Данные позволяют выбрать область рациональных значенийпромежуточных концентраций смеси гелиевых изотопов при организациисмежных этапов получения товарного 3He, начиная с природнойконцентрации, установить необходимые режимы работы оборудования иполучить исходную информацию для его проектирования.Сокращено более чем в 10 раз время анализа проб по сравнению страдиционной методикой и составляет не более 10 минут, а минимальныйобъем пробы сокращен более чем в 100 раз и составляет не более 10 мл.Разработанная методика отбора проб при низкотемпературной ректификациии выполнения измерений мольных концентраций 3He в смеси с помощьювремяпролетного масс-спектрометра ЭМГ 20-8 позволяет осуществлятьоперативное управление процессом разделения.2Достоверностьполученныхрезультатовобеспечиваетсяприменением аттестованных измерительных средств, апробированныхметодик измерения и согласованием с результатами других исследователей.Проведенный анализ погрешности измерений изотопного состава показал,что во всем диапазоне значений относительная погрешность непревышает ± 13 %.На защиту выносятся.1.

Результаты экспериментальных данных по массообмену наспиральной насадке с элементами диаметром 1,5 мм × 1,5 мм из стали12Х18Н10Т при разделении смесей гелиевых изотопов с низкиминачальными мольными концентрациями 3He (1,0; 2,4 и 4,7 %).2. Методика расчета степени обогащения 3He в процессефильтрационного разделения сверхтекучей и нормальной компонентжидкого гелия с учетом влияния характеристик материала фильтра ипараметров состояния процесса, и методика расчета процесса ректификациисмеси гелиевых изотопов.3.

Результаты исследований по выявлению области рациональныхзначений промежуточной концентрации фильтрационной, ректификационнойи адсорбционной стадий для природного гелия с начальным содержанием3He от 0,1 до 1,4 ppm.Апробация работы. Основные результаты работы были представленыи обсуждались на следующих конференциях: на 2-й международнойконференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационныеразработки в области техники и физики низких температур» (Москва,2011 г.), на 9-й международной конференции «Cryocrystals and QuantumCrystals» (Одесса, 2012 г.), на 8-й международной научно-техническойконференции «Устойчивое развитие и искусственный холод» (Одесса, 2012г.), на международной конференции «Инновации в холодильной технике»(Москва, 2012 г.), на 24-м международном конгрессе «IIR InternationalCongress of Refrigeration» (Йокогама, 2015 г.), на 4-м конкурсеинновационных проектов «Техностарт» (Москва, 2016 г.).Личный вклад автора заключается в проведении экспериментальныхисследований низкотемпературной ректификации изотопов гелия, созданииэкспериментального стенда, получении и обработке данных по массообменуна спиральной насадке, анализе методов разделения гелиевых изотопов для3промышленногополученияHeипредложениирациональной3технологической цепочки получения He из природного гелия.Публикации.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации