Процесс Girdler сульфида (ОО) , также известный как процесс Гейб-Spevack (GS) , [1] представляет собой промышленный способ производства для фильтрации природной воды в тяжелой воды ( дейтерий , оксидный = D 2 O) , который используется в частицы исследования в области ЯМР- спектроскопии дейтерия , дейтерированных растворителей для протонной ЯМР-спектроскопии, в ядерных реакторах с тяжелой водой (в качестве хладагента и замедлителя ) и в дейтерированных лекарствах .
Карл-Герман Гейб и Джером С. Спевак независимо и параллельно изобрели этот процесс в 1943 году [2], а его название происходит от компании Girdler, которая построила первый американский завод, использующий этот процесс.
Метод представляет собой процесс изотопного обмена между H 2 S и H 2 O («легкая» вода), в результате которого в несколько этапов образуется тяжелая вода. Это очень энергоемкий процесс. [3] Морская вода содержит 180 частей на миллион HDO.
До своего закрытия в 1997 году завод тяжелой воды Брюс в Онтарио (расположенный на том же месте, что и Дуглас-Пойнт и АЭС Брюс ) был крупнейшим в мире заводом по производству тяжелой воды с максимальной мощностью 1600 тонн в год (800 тонн в год). в год на полную установку, два полностью работающих завода на пике мощности). Он использовал сульфидный процесс Гирдлера для производства тяжелой воды и потребовал 340 000 тонн (370 000 коротких тонн) питательной воды для производства 1 тонны (1,1 коротких тонн) тяжелой воды. [4]
Первое подобное предприятие Совета по тяжелой воде Индии, использующее процесс Гирдлера, находится в Раватбхате около Коты, Раджастхан. Затем последовал более крупный завод в Манугуру, Андхра-Прадеш. Другие заводы существуют, например, в США и Румынии . [5]
Процесс
Каждая из ступеней состоит из двух колонн ситовых тарелок. В одной колонне поддерживается температура 30 ° C, она называется холодной башней, а другая - 130 ° C и называется горячей башней . Процесс обогащения основан на разнице в разделении между 30 ° C и 130 ° C.
Интересующий процесс - это равновесная реакция,
H 2 O + HDS ⇌ HDO + H 2 S
При 30 ° C константа равновесия K = 2,33, а при 130 ° C - K = 1,82. Эта разница используется для обогащения дейтерия тяжелой водой. [6]
Газообразный сероводород циркулирует в замкнутом контуре между холодной башней и горячей башней (хотя это могут быть отдельные башни, они также могут быть отдельными секциями одной колонны, причем холодная секция находится наверху). Деминерализованная и деаэрированная вода подается в холодную колонну, где миграция дейтерия преимущественно происходит из газообразного сероводорода в жидкую воду. Обычная вода подается в горячую колонну, где происходит перенос дейтерия из жидкой воды в газообразный сероводород. В каскадных системах для обоих входов используется одна и та же вода. Механизм этого - разница в константе равновесия; в градирне концентрация дейтерия в сероводороде снижается, а концентрация в воде повышается. Дейтерий в горячем контуре немного предпочитает находиться в сероводороде, что приводит к избытку дейтерия в сероводороде по сравнению с холодной башней. Для n молей дейтерия на 1 моль протия во входящей воде горячей башни существуетп/1,82молей на моль дейтерия в сероводороде. В градирне часть этого дейтерия переносится во входящую воду в охлаждающую колонну в соответствии с константой равновесия. На входе в холодную колонну отношение продуктов к реагентам в приведенном выше уравнении составляет 1,82, поскольку оба входных потока имеют равные концентрации дейтерия. Химическое равновесие пытается заставить больше дейтерия попасть в воду, чтобы скорректировать соотношение. В идеале, градирня должна выводить воду с содержанием дейтерия на 28% больше, чем было введено (2,33, деленное на 1,82). Обогащенная вода выводится из холодной башни, а обедненная вода выводится из горячей башни.
Соответствующая каскадная система обеспечивает обогащение: обогащенная вода подается в другую установку разделения и дополнительно обогащается.
Обычно в этом процессе вода обогащается до 15-20% D 2 O. Дальнейшее обогащение до тяжелой воды «реакторного качества» (> 99% D 2 O) осуществляется в другом процессе, например дистилляции . [7] [8]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Патент США 4620909 , Метод пополнения изотопов в обменной жидкости, используемой в процессе лазерно-индуцированного обогащения изотопов.
- Перейти ↑ Castell, Lutz (2003). Время, квант и информация . Google Книги: Springer Science + Business Media . п. 37. ISBN 978-3-642-07892-7.
- ^ Федерация американских ученых , Производство тяжелой воды , по состоянию на 1 февраля 2007 г.
- ^ «Вывод из эксплуатации завода тяжелой воды Брюса» (PDF) .
- ^ «Совет по тяжелой воде - подразделение при Министерстве атомной энергии, правительство Индии <» . Архивировано из оригинального 12 октября 2007 года.
- ^ Рэй, HK (1978). «Выбор процессов тяжелой воды». Разделение изотопов водорода . Серия симпозиумов ACS. 68 . С. 1–26. DOI : 10.1021 / Б.К.-1978-0068.ch001 . ISBN 978-0-8412-0420-1.
- ^ Борис Михайлович Андреев (2001). «Разделение изотопов водорода в системе H 2 O-H 2 S». Разделение науки и техники . 36 (8–9): 1949–89. DOI : 10.1081 / SS-100104764 . S2CID 95014060 .
- ^ «Праймер для специального оружия ФАС: производство тяжелой воды» .