Способ разделения изотопов азота

 

Изобретение относится к химической технологии и имеет целью увеличение производительности потока отбора или степени разделения концентрации целевого изотопа в продукте при получении стабильного изотопа азот-15 химическим обменом между азотной кислотой и оксидами азота. Цель достигается за счет одновременного увеличения температуры проведения процесса разделения и относительной нагрузки насадочной колонны при определенном соотношении между этими параметрами, причем процесс химического изотопного обмена осуществляют в условиях химического равновесия между жидкой и газовой фазами. Связь между относительными изменениями температуры и относительной нагрузкой при достижении максимального эффекта выражена эмпирическим соотношением. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 01 D 59/28

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4423407/26 (22) 11.05.88 (46) 15.07.91. Бюл. hb 26 (71) Московский химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева (72) А.В. Хорошилов, С.Г.Катальников и И.А.Мышлецов (53) 621.039.3(088.8) (56) Хорошилов А. В., yceea Т. В. и Катальников С. Г. Заводская лаборатория, T. 42, 1982, f4 40, с. 15 — 18.

Гвердцители И, Г. и др, Опытное производство стабильных изотопов. — Третья международная конференция ООН по использованию атомной энергии в мирных целях. 28/P/388, май 1964, Женева, с, 5 — 7 (прототип). (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ

АЗОТА

Изобретение относится к физико-химическим методам разделения и может быть использованодля производства стабильных изотопов методом химического изотопного обмена, например при получении изотопа азот-15.

Цель изобретения — увеличение производительности.

Пример 1. Разделение изотопов азота осуществляют в насадочной колонне диаметром 16 мм и высотой 100 см, заполненной спирально-призматической насадкой из нержавеющей стали с размерами элемента

2х2х0.2 мм. Колонна заключена в рубашку, в которой циркулирует вода из термостата

VTV-2. Колонну орошают 10М азотной кис„„59„„1662648 А1 (57) Изобретение относится к химической технологии и имеет целью увеличение производительности потока отбора или степени разделения концентрации целевого иэтопа в продукте при получении стабильного изотопа азот-15 химическим обменом между азотной кислотой и оксидами азота. Цель достигается за счет одновременного увеличения температуры проведения процесса разделения и относительной нагрузки насадочной колонны при определенном соотношении между этими параметрами, причем процесс химического изотопного обмена осуществляют в условиях химического равновесия между жидкой и газовой фазами.

Связь между относительными изменениями температуры и относительной нагрузкой при достижении максимального эффекта выражена эмпирическим соотношением. 2 табл.

° Ъ

Ос лотой, поток которой измеряют с помощью О отколиброванной капельницы, и, зная зависимость пропускной способности насадки «р,, от температуры, рассчитывают относитель- д ную нагрузку р . Выходящую иэ колонны азотную кислоту известным способом восстанавливают сернистым ангидридом до . смеси оксидов азота, равновесной с азотной кислотой. Смесь оксидов азота направляют в колонну изотопного обмена противотоком к стекающей кислоте, отбирая часть потока оксидов азота в качестве продукта. Продукт анализируют на содержание азота-15 массоспектрометрически или с помощью анализатора изотопов азота

NOI-5.

1662648

Т.аблица 1

Изменение потока отбора В* с изменением температуры t и относительной нагрузки у при степени разделения К= 2,0;

В+= B(p л)/Во(р= 0,4, t =20 С) 20

30

0,3 0,4 0,45 0,5

0 83 0,99 1,06 0,64

0,3 0,4 0,5

0,90 1,00 0,14

0,2 0,3 0,4

0,74 0,95 0,88

Продолжение табл. 1

50

0,4 0,7 0,8 0,9

0,75 1,32 1,52 1.70

0;4 0,5 0,7 0,8

0,95 1,10 1,24 0,81

0,4 0,6 0,7 0,8 .

0,86 1,20 1,43 1,41

В зависимости от температуры и относительной нагрузки р поток отбора устанавливают таким, чтобы концентрация азота-15 в нем Х> или степень разделения К, оп ределяемая соотношением

К=Хп(1-Xr)/(Xр(1-Хв)) была равна заданной величине, например такой, как при осуществлении способа-прототипа, в котором процесс разделения проводят при значениях p = 0,4 и tp= 20 С.

Изменение производительности с изменением <р и t отражено в табл. 1.

Пример 2. Способ выполняют аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что поток отбора зафиксирован и принят равным отбору при p = -0,4 и t- 20 С, что соответствует условиям способа-прототипа.

Наблюдаемые с изменениемти t значения концентрации Хв азота-15 и степени разделения приведены в табл. 2.

Иэ приведенных в табл. 1 и 2 данных следует, что при увеличении относительной нагрузки р с 0,4 до 0.7-0,8 и температуры t с 20 до 70 С рост потока отбора составляет

40, а концентрация азота-15 увеличивается на 13 (относительных). Из таблиц также следует, что увеличение температуры должно в 1,5-2,5 раза превосходить увеличение . относительной нагрузки, причем связь между относительными изменениями этих параметров с удовлетворительной точностью может быть выражена эмпирическим соотношением

p/po =. 0,6 + 0,4 = (t/t,), которое устанавливает наилучшее соответствие между р и t.

Формула изобретения

5 1. Способ разделения изотопов азота химическим изотопным обменом между азотной кислотой и оксидами азота, включающий противоточное контактирование потока азотной кислоты с потоком

10 газообразной смеси оксидов азота в массообменной колонне при постоянной температуре и постоянной относительной нагрузке колонны по азоту, восстановление азотной кислоты газообразным сернистым

15 ангидридом до равновесной с азотной кислотой смеси оксидов азота и отбор части азотной кислоты или оксидов азота в качестве продукта, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, 20 процесс ведут при одновременном увеличении относител ь н ых нагрузки и температуры, пр ичем увеличение температуры в

1,5 — 2,5 раза превосходит увеличение относительной нагрузки.

2, Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что относительная нагрузка и температура связаны соотношением р/ср, = 0,6+ 0,4 (t/то)

30 t/tî= 2,5 (ф/ ъ) — 1,5, .где t, t< — температура;

p/p> — относительная нагрузка; индекс "о" относится к способу-прототипу.

1662648 ябл,.,ца 2

Изменение степени разделения К* и концентрации Хв* азо,а-".5 с изменением относительной нагрузки р и температуры t прк

В = Во (@= 0,4. t =20 С); К = К(рд)/Ко(p=0,4, t = 20 С);

Хв* = Хв (p, t)/Xeo (rp = 0,4, t = 20 С) 30

10

04

1.99

0,99

0,45

2,03

1,01

У

К+

Хв"

Продолжение табл. 2

70

Составитель Т.Барабаш

Техред М,Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор M.ÊåëåìåLU

За аз 2219 Тираж 419 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

У

К+

Хв*

0,2

1,84

0,92

0,4

1,98

0.95

0,3

1,99

0,99

0,6

2,05

0,99

0,7

2,11

1,02

0,4

1,97

0,98

0,8

1,96

0,98

0.3

1,99

0,99

0,4

1,95

0,97

0,4

2,00

0,ОО.0,5

2,15

-1,07

0,5

1,81

0,91

0,7

2,27

1,13

0,3

1,96

0,97

0,8

2,19

1,09

0,4

1,81

0,91

0,7

2,30

1,15

0,8

2,31

1,16

0,5

1,89

0,95

0,9

2,47

1,23