Введение к работе
Актуальность темы. Стабильные изотопы азота 14N и 13N широко вошли в практику исследований в химии, биологии, биохимии, фармацевтике, агропочвоведении и т.п., при этом, преимущественное практическое применение присуще изотопу азот-15 в виде азотсодержащих соединений с концентрацией N примерно от 5 % ат. до 99 % ат. Помимо исследовательских задач потенциальным и масштабным применением N может стать ядерная энергетика. Использование N в нитридном топливе быстрых реакторов диктует не только увеличение масштаба его мирового производства и высокий уровень обогащения (99 % ат.), но и весьма желательное снижение его стоимости. Поэтому исследования, посвященные интенсификации процесса разделения изотопов азота и направленные на увеличение экономической эффективности концентрирования N, вне сомнения актуальны, а из-за отсутствия в настоящее время в России производства изотопов азота - весьма своевременны.
Работа посвящена изучению влияния температуры, гидродинамических условий и концентрации азотной кислоты на эффективность процесса разделения изотопов азота азотнокислотным способом в условиях химического равновесия фаз.
Цель работы - определение оптимальных условий концентрирования N азотнокислотным способом.
Научная новизна:
Показано, что разработанный способ определения условий фазового равновесия при разделении изотопов азота азотнокислотным способом, позволяет контролировать процесс совместной работы реактора обращения потоков и колонны изотопного обмена;
Применительно к условиям процесса разделения изотопов азота определена зависимость равновесного состава жидкой фазы от температуры и концентрации HNO3.;
3. Для удельного расхода диоксида серы, необходимого для восстановления
азотной кислоты в узле обращения потоков, найдена зависимость от температуры и
концентрации HN03;
Установлено влияние температуры и концентрации азотной кислоты на гидродинамические характеристики (пропускная способность, гидравлическое сопротивление, удерживающая способность) спирально-призматической насадки 2x2x0,2 мм;
Найдена зависимость высоты, эквивалентной теоретической ступени, от температуры, плотности орошения (относительной нагрузки) и концентрации азотной кислоты для строго контролируемых условий химического равновесия фаз;
Уточнен механизм изотопного обмена азота в азотнокислотной системе при соблюдении условий равновесия фаз, установлены лимитирующие стадии процесса
массообмена и показано влияние температуры на соотношение стадий
массопередачи;
7. Исходя из критерия максимума удельной производительности, определено
влияние гидродинамических условий процесса разделения изотопов азота и
концентрации азотной кислоты на значение оптимальной температуры
концентрирования N.
Практическая ценность. Определены оптимальные значения основных технологических параметров установки для концентрирования N азотнокислотным способом (температура, плотность орошения, концентрация азотной кислоты), разработан метод контроля условий процесса разделения, что, в целом, представляет собой основу для проектирования и создания соответствующего производства в России.
Апробация работы. Результаты работы представлены на V и IX Всероссийской (международной) научной конференции "Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул" (2-6 октября 2000 г. и 4-8 октября 2004 г., Звенигород), 7-й Международной конференции "Эффекты разделения в жидкости и газе (SPLG)" (24-28 июля 2000 г., Москва), Международном симпозиуме по разделению изотопов и химобменному обогащению урана (29 октября -1 ноября 1990 г., Токио), Втором Международном симпозиуме по стабильным изотопам (ноябрь 1989, Тбилиси).
Публикации. По теме работы опубликовано 15 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованной литературы. Общий объем работы: 240 с.
