И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 2 (1110088), страница 126
Текст из файла (страница 126)
Воз. бужденные молекулы отделяют затем посредством хнм. р-цнй, воздействием электрнч. поля нлн др. способом. Метод можно применять лля любых элементов. Пока его используют только в лаб. масштабах; осн. затруднения связаны с необходимостью сохранения селектнвностн на всех следующих после поглонтення кванта света стадиях (см. Лазерная химия). Методы разделенны второй группы основаны на неравномерном распредсленнн молекул разного изотопного состава межлу двумя фазами системы нлн между двумя зонами одной фазы, в к-рых полдержнваются разл.
значения т-ры, давления, электрнч. потенцнала нлн др. параметра. Если изменением агрегатного состояния части смеси нлн возлействнем поля разделять исходную смесь на две фракции с разным содержаннем изотопов, то элементарный разделит. эффект такой операции характеризуют козфф н дне н том разделения а. Для смеси двух изотопов АУ' Р(" а где Х' н бм малярные доли выделяемого изотопа в обогащенной н обелненной фракцнях.
Изменение изотопного состава обогащенной фракции по сравнению с поступающей смесью характеризуют коэффнцнентом обогащения «К' АУ где р) малярная доля выделяемого изотопа в поступающей смеси. Велнчнна () может прнннмать значения в пределах от 1 до а в завнснмостн от соотношения масс обогащенной н обедненной фракций.
Для разделення изотопов всех хнм. элементов (кроме водорода) значение а лишь немного больше 1 Поэтому элементарный разделит, эффект умножают в каскадах нлн в колоннах. Каскады представляют собой последовательно соединенные элементы однократного разделит. действия (ступенн). В т. наз. простом каскаде обогащенную фракцию первой ступени подают на вторую ступень, повторяют 389 ИЗОТОПОВ 199 операцию разделения, затем обогащенную фракцию второй ступенн подают на третью спупень н т, д. В целях экономия исходного материала обедненные фракции дальних ступеней, к-рые по сравненню с походной смесью обогащены целевым нзотопом, не отбрасывают, а используют как дополнит.
сырье на предыдущих ступенях (осуществляют рецнркуляцню потоков). Чаще всего обедненную фракцию послед. ступени (малярная доля выделаемого изотопа Х,", «) возвращают на предыдущую ступень (рнс. 1). В оптнм. ва. рнанте состав фракции, возвращаемой на 1-ю ступень, должен быть одинаковым с составом поступающей на эту ступень обогащенной фракции предыдущей (1 — 1).ступенн (малярная дола Р),' «).
Если значения В лля всех ступеней одинаковы, достигаемая в таком каскаде (наз. идеальным) степень раздсле- ння 1», Я е„'))»,', руд / е = — '/ — ()", — 1 — )«)и е«м 1 ( е,'„ [ ° ~ ] е"„т 1 е,' ГДЕ Г«р Н АУО-МОЛЯРНЫЕ ЛОЛН ИЗОТО- па в продукте н нсходной смеси, я — число ступеней каскада. 1»:., е,", е,"$ 1», Рж у Оксма каскада с ревиркулвписв потока а смеси 1» медврнаи лола вылслвсмото наото- ( Е, па.
я. в ис«одное смеси: Е' и я" своев. в оаосамавиоя н оасанснноя фракнив« В.ступени. Е, в продукте 8»р Я'Х Я„ в от«ола« а 1»,=»1 с Для снижения затрат энергии на перемещение потоков, уменьшения объема аппаратуры н периода первонач, накоплення изотопа (см, ниже) обычно сокращают потоки прн переходе от низких ступеней к более высоким, т.е. ведут процесс так, чтобы обогащенная фракция данной ступени была по массе меньше обогащенной фракции предыдущей ступени. В ряде случаев используют каскады без сокращения потоков (т. наз. прямоугольные каскады).
Аналогами прямоугольного каскада являются протнвоточные разделит. колонны, напр, ректнфнкацнонные. В каскадах переметценне потоков между ступенями осуществляют с помощью насосов нлн др. устройств, в колоннах за счет конвекц. потоков, возннкаюшнх нз-за различия плотностей, избыточного давлеяня, электрнч. потенцнала нлн др.
Прн этом в каждом поперечном сеченнн колонны изотопы перераспределяются между перемешающнмнся в противоположных направлениях потоками (в соответствии с элементарным разделят эффектом). Для достнження в прамоугольном каскаде (нлн в протнвоточной колонне) степеней разделения больших, чем в единичной операции (ф > ()), часть выходящего с последней ступени обогащенного потока возвращают в каскад нли колонну (рнс.
2) проводят обращение потока (напр., испарение жидкости нлн конденсацна пара прн рек. тнфнкацнн). Накопление целевого изотопа начинается на конце каскада (нлн колонны), где вследствие обращения потока контактирующие фракции нлн потоки выводятся нз состояния равновесия. В результате в контакт с обогащенной фракцией данной ступени приходит фракция, нмеюшая несколько 200 ИЗОТОПОВ более высокое содержание целевого изотопа, чем обедненная фракция, уведенная с этой ступени. Послед.
перераспрелеление изотопов приводит к увеличению концентрации изотопа по сравнению с исходной в обеих покидающих эту ступень фракциях. По мере протекания О!ренее»е Прекукт процесса обогащение на конце каскада ее!екд унеличивается, из состояния равновесия выводятся все более удаленные от места обращения потока ступени и протяженность обогащенной части каскада растет.
После достижения на конце каскада требуемой степени разделения начинают отбирать продукт. Далее каскад (или колонна) работает в стационарном режиме. рнс. 2. Сыма протипотосноа коконин с обрешсххнсм потоке. Эмми нт и-м се . Вслелствие малых отличий а от 1, а также из-за низких для мн.
элементов исходных концентраций целевого изотопа период накопления изотопа (пусковой период установки) составляет сотни и тысячи часов. Для характеристики эффеативности колонн используют понятие высоты, эквивалентной теоретич, ступени (ВЭТС),— высоты участка колонны, на к-ром при стационарном режиме составы выходящих потоков связаны таким же соотношением, как в однократной разделит, операции. Для колонны или прямоугольного каскада макс, степень разделения достигается при работе без отбора продукта.
В этих условиях т) = а", где л число ступеней каскада или число эквивалентных ступеней разделенна колонны. При работе с отбором продукта степень разделения снижается. Осн. характеристики процесса И.р. зависит от а; производительность (кол-во продукта, получаемого в единицу времени) и )пе) пропорциональны (а — 1), кол-во перерабатываемого в каскаде в.ва и энергетич. затраты обратно пропорциональны (а — 1)', пусковой период сокращается при увеличении а. Как правило, для достижения нужного обогащения требуется большое число ступеней, переработка больших материальных потоков и большие затраты энергии. Поэтому очень важен выбор условий, при к-рых отличия а от 1 были бы максимальными.
Для каждого метода характерна своя зависимость а от св-в разделяемых молекул и от условий разделения. В грубом приближении для большинства методов величина (а — 1) пропорциональна (М, — М,)/Мм где М, и М,-массы изотопно различающихся молекул. Рассмотрим осн, методы, используемые для разделения изотопов. Двстилляивя.
И.р. основано на различиях в равновесном составе жидкости и пара. Обычно саед., содержащее легкий изотоп, концентрируется в паре. Значение а равно отношению давлений насыщ. пара (летучестей) изотопно различающихся саед., оно уменьшается с повышением мол, массы и т-ры.
Осуществляют И.р. в противоточных колоннах. Применяется для пром. разлелення изотопов волорода и, в меньших маоштабах, В, С, Х, О, Изатовиый обмен. И. р. обусловлено отличием от единицы константы равновесия обмена изотопами данного здемента между двумя саед., находящимися в контактирующих фазах (чаще всего жидкость и газ, но используются также системы жидкость жидкость, жидкость твердая фаза н газ-тверлая фаза). Осуществляется в противоточных колоннах.
Для обращения потоков применяют термич. или электрохим. разложение либо р-ции со вспомогат. в-вами. Напр., при концентрировании изотопа 'оВ обменом между ВГз и его соединением с анизолом последнее разлагают при нагр. и ВГ» возвращают в колонну. При разделении изотопов лития 391 обменом между амальгамой и р-рами солей литий переводит в амальгаму электролизом р-ра соли на текущем ртутном электроде. При концентрировании изотопа "Х обменом между НХОз и ХО азотную к-ту восстанавливают диоксидом серы.
В случае разделения изотопов водорола процессы изотопного обмена с обращением потока не применяют, т.к. более экономичной оказывается двуктемпературная схема (рис. 3), в к-рой вместо перевода всей обогащенной смеси в др. фазу путем превращ. одного саед. в другое используют изотопный обмен между теми же саед, (напри Н,О и Нзб) при более высокой т-ре (меньшем а). В результате нз покидающей холодную колонну фазы Н (НзО) в поступающую Фазу (Нтб) переводится избыточное по сравнению с исходным кол-во накапливаемого изотопа. Обогащенная дейтерием вола выводится иа границе холодной и горячей колонн. Изотопный обмен применяется для пром.
разлеления изотопов легких элементов: водорода, 1.1, В, Х, С. Пеекух рис. 3. Схема К у тсмперетурпото коппситрироек- пи» иск ерн» 1Гт > Г,! 392 Цеитрифугированне. И. р. основано на распределении компонентов газовой смеси в центробежном поле. Осуществляется в противоточной газовой центрифуге, к-рая представляет собой узкий вертикальный цилиндр, вращающийся вокруг своей оси с большой скоростью.
Тяжелый изотоп концентрируется иа периферии цилиндра, легкий- вблизи его оси. Из-за различий плотности смесь переметцается вдоль оси вверх, а по периферии — вниз. В отличие от др, методов, а определяется або. разностью масс разлеляемых изотопов М, и М, а не относительной (М, — Мз))М„ поэтому метод применяется как для легких, так и для тяжелых элементов (С, Кг, Хе, ()). Эффузия газов. Метод основан на том, что при мол, истечении (эффузии) смеси изотопно замешенных молекул через пористую перегородку с отверстиями, диаметр к-рых меньше длины свободного пробега молекул газа, легкие молекулы проникают через перегородку быстрее, чем тяжелые.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
