Диссертация (1025195), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Сопоставление результатов с данными других авторов и результатамианалитического исследованияСравнение полученных расчетных данных (раздел 2.3) с результатамиWilkes'а:QR  Qк  GiGi GMсм iсмM 3He He3M 4 He He4(4.66)При недостатке данных об энтальпии, можно принять следующее:энергия,вносимаяпитательнымпотоком,равнаэнергии,уносимойпродукционными потоками, за исключением «холода», затраченного наконденсацию отводимого потока 4He.Нагрузка на нагреватель в кубе:QR  QK  Gr 0,62 мВтM 4 He kHe4(4.67)Суммарные затраты на ректификацию будут складываться из:- затрат на конденсацию пара вверху колонны;- компенсации теплопритоков на температурный уровень 1,8 К;- компенсацию недорекуперации холода прямого-обратного потоков;- энергии, подводимой к нагревателю в кубе.Рассматриваетсяидеальныйслучай,неучитываязависимостьэффективности колонны, от высоты слоя насадки, с источником холода в видевакуумной ванны с HeII, вводом смеси на разделение в качестве насыщенногопара.QQ Q Q QрекKRндос(4.68)Так же необходимо учитывать температурный уровень.Учитывая, что энергия, подведенная к кубу отводится в конденсаторе, ине рассматривая недорекуперацию и теплопритоки, можно предварительнооценить затраты на ректификацию, как затраты в конденсаторе присоответствующем температурном уровне.В расчетах принимался расход, приведенный к 1 нл3He в час,соответственно энергия, необходимая для получения продукта, содержащего1671 нл 3He на температурном уровне 1,8 К - Nк=36Дж.Расчет приведен к количеству смеси, содержащей 1нл 3He.Сопоставим данные из Таблицы 13 с полученными результатами.Данные из таблицы Wilkes'а [104]:- Gпп=0,1 г/с – расход питательного потока;- xп=10 % - концентрация питательного потока;- xпр=99,9 % - концентрация продуктового потока;- Qн=1,6 Вт – мощность нагревателя в кубе;- Тк=1,6 К – температура конденсатора.Пересчитаем на 1 нл 3He в продукте: ппНУ  0,1  н3He  0,9  н 4 He  0,162гл(4.69)Расход питательного потока при Н.У.:GппV Gппл 0,618 ппНУс(4.70)Энергия нагревателя в кубе, затрачиваемая на получение продукта,содержащего 1 нл 3He:Nr 2 Qн 1л 26 ДжGппV  xп(4.71)При аналогичных начальной и конечной концентрациях энергия,затраченная на нагреватель в кубе, в соответствии с расчетом выше и даннымииз таблицы - N r1 p  36 Дж .Энергия с учетом минимального, а не реального флегмового числа:N r1min Относительнаярезультатами вN r1 p1,5погрешностьтаблице 24 Джполученныхстатьи Wilkes'а(4.72)данных(необходимовсравненииучитывать,счтотемпературный уровень конденсатора в расчетах этой работы 1,8 К, а вустановке, описанной в статье Wilkes'а 1,6 К):168( N r 1min  N r 2 )100% 8,3%N r1min(4.73)Все установки, указанные в Таблице 35, являлись лабораторными, нерассматривалась их энергоэффективность, недостаточно данных по процессуректификации с начальной концентрацией сырья <1 %, капитальные затратыпри промышленной технологии несущественны.Таблица 35.Сопоставление результатов с данными других авторовБ.Н.

Есельсон,Б.Г. Лазарев, 1947 г.В.П. Пешков, 1956 г.В.М. Кузнецов, 1957 г.КонцентрацКонцентрацРасходТемператураия питанияия продуктапродуктконденсатор3He, %3He, %а, нл/ча, К0,01; 21,5; 531 – 2; 30 – 500,61,468 – 101,599,99993,50,6296,699,99975,62,29599,5A.C. Anderson, 1965 г.В.Н. Григорьев,Б.Н. Есельсон, 1967 г.A.C.

Anderson, 1968 г.W.R. Wilkes, 1971 г.99,8; 99,9658,7И.Ф. Кузьменко, 1995 г.Эксперимент99,952,6W.R. Abel,R.H. Sherman, 1966 г.30 – 50;2,50,97 – 4,799,965;99,99599,952,160,615,21,9399,951,3 – 3,19,9 – 41,32,07 – 2,10169Была определена область рациональных значений промежуточныхконцентрацийвсехтехнологическихэтаповцепочкипромышленногополучения 3He из природного гелия криогенными методами с суммарнымкоэффициентом извлечения 0,99. Схематично результаты представлены наРисунке 4.4 в виде блок-схемы организации этапов технологии промышленногополучения 3He из природного гелия (указаны мольные концентрации 3He,суммарный коэффициент извлечения 0,99).Рисунок 4.4.

Блок-схема технологии промышленного получения 3He изприродного гелия (указаны мольные концентрации 3He)4.4.Рекомендациидлясозданияопытно-промышленнойустановкиизвлечения 3HeВсоответствииспроведеннымиисследованиямиразработанырекомендации для создания опытно-промышленной установки:- в качестве последовательных методов обогащения изотопа3Heвозможно использование криогенных методов фильтрации, ректификации исорбции;-рациональныезначенияпромежуточныхконцентрацийобогащения и организации их этапов представлены на Рисунке 4.4;методов170- для анализа продуктов всей технологической цепочки применимывремяпролетныемасс-спектрометрысерииЭМГсмодернизированнойсистемой ввода для увеличения экспрессности анализа и уменьшения потерьредких газов;-расположениеожижительныхгелиевыхустановокзаводахфильтрациипозволитнепосредственноорганизоватьнаэкономическирентабельное производство при современных ценах на энергоносители иминимальной рыночной стоимости 3He.171ВЫВОДЫ1.

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 низкими начальнымимольными концентрациями 3He (1,0; 2,4 и 4,7 %), позволяющие спроектироватьнасадочную колонну опытно-промышленной установки.2.Определенаконцентрацийвсехобластьрациональныхтехнологическихэтаповзначенийпромежуточныхцепочкипромышленногополучения 3He из природного гелия с содержанием 3He от 0,1 до 1,4 ppmкриогенными методами.3.Предложена методика отбора проб при низкотемпературнойректификации и выполнения измерений мольных концентраций 3He в смеси спомощью времяпролетного масс-спектрометра ЭМГ 20-8, отличающаясянапускомиззамкнутогоминимальногообъемабезпротокагазаииспользованием пъезонатекателя, что позволило сократить время анализа пробболее чем в 10 раз по сравнению с традиционной методикой (менее 10 минут) иминимизировать объем пробы более чем в 100 раз (менее 10 мл).4.

Разработана методика расчета степени обогащения 3He в процессефильтрационного разделения сверхтекучей и нормальной компонент жидкогогелия с учетом влияния характеристик материала фильтра и параметровсостояния процесса.5. Получены исходные данные для создания опытно-промышленнойустановки извлечения 3Не из природного гелия.172УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯАд – адсорберБУ – баллон утилизацииВЕП, HET – высота единиц переносаВРУ – воздухоразделительная установкаВЭТТ – высота, эквивалентная теоретической тарелке, ммГ – газгольдерГПЗ – завод газоперерабатывающийД – сосуд Дьюара гелиевый (Криостат)ДК – допустимая концентрацияДОА – допустимая объемная активность, Бк/м3ИТЕР – International Thermonuclear Experimental ReactorК – компрессор гелиевыйК1 – колонна ректификационнаяК2 – конденсатор выноснойМЗА – минимально значимая активность, БкМЗУА – минимально значимая удельная активность, Бк/гМКЭ – механокалорический эффектН.У.

– нормальные условия по ГОСТ 2939–63О.О. – откачиваемый объемОП – пост откачнойПГ – природный газПН – вентиль–натекатель пьезокерамическийР – рампа закачнаяСВП, TPBAR – стержни с выгорающим поглотителемТТ – теоретическая тарелкаТМЭ – термомеханический эффектТОА – теплообменный аппарат173ЧЕП – число единиц переносанл – нормальный литр, м3•10-3 при Н.У.нм3 – нормальный метр кубический, м3 при Н.У.нмл – нормальный миллилитр, м3•10-6 при Н.У.A – коэффициент разделенияD – коэффициент диффузии, мм2/сG,g – массовые расходы, кг/сNV, NI, NP – насосы вакуумныеS – быстрота откачки, м3/сTE – термометр сопротивленияU – проводимость, м3/сW – быстрота действия насоса, м3/сf – флегмовое числоppb – part per billion (миллиардная доля)ppm – part per million (миллионная доля)q – удельная нагрузка, Дж/м3u – скорость пара, м/сɑ – коэффициент относительной летучестиβ – коэффициент извлеченияη – динамическая вязкость, Па•с – доля свободного объема насадки174СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.Применение3He в криогенной технике / В.В.

Будрик [и др.] М.:ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985. 35 c.2.Левин А. Измерен зарядовый радиус гелия-8 // future-science.ru: Науказавтрашнего дня, 2013. URL: http://future-science.ru/izmeren-zarjadovyjradius-gelija-8.htm (дата обращения: 28.07.2016).3.СковородниковИ.Г.Геофизическиеисследованияскважин.Екатеринбург: Институт испытаний, 2009. 471 с.4.Изотопная продукция. Краткая справочная информация о выпускаемойпродукции.//ФГУППО«Маяк»,2010.URL:www.po-mayak.ru/wps/wcm/connect/mayak/site/Production/isotopic/(датаобращения: 21.08.2012).5.Растворы квантовых жидкостей 3He-4He / Б.Н.

Есельсон [и др.] М.: Наука,1973. 423 с.6.СторожевойМ.Третируемыйтритий.2010//URL:http://www.atominfo.ru/news3/c0615.htm (дата обращения: 28.07.2016).7.Проектный центр ИТЭР / URL: http://www.iterrf.ru/ (дата обращения:15.01.2014).8.Мамырин Б.А., Толстихин И.Н. Изотопы гелия в природе. М.:Энергоиздат, 1981. 222 с.9.Прасолов Э.М. Изотопная геохимия и происхождение природных газов.Л.: Недра. Ленингр. отд-ие. 1990. 283 с.10.Бондаренко В.Л. , Графов А.П. Оценка затрат на получение изотопа 3Heиз природного гелия криогенными методами // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Характеристики

Список файлов диссертации