Введение к работе
. Актуальность проблеиы. Стабильные изотопы биогенных элементов, в гом числе азота, находят всэ более широкое применение в сельскохозяйственной практике, биологии, химии. Уровень потребления стабильных изотопов азота возрастает темпами, опережающими их прсизводст-ю, что связано прежде всого с их широким применением в качестве юченных атомов.
Однако, стоимость производства 1^N висока, а существующие мощности все еще отстают от запросов потребителей, причем увеличение про-ізводства 15N азотнокислотным способом связано с рядом трудностей: дефицитом высокочистого SO,, необходимостью дополнительной обработ-:и серной кислота, образующейся в ішжнем узле обращения потоков, до оварных кондиций, экологическими проблемами. В связи со сказанным іозрастает вішманио к альтернативішм способам производства изотопов ізота и к увеличению производства легкого изотопа ^N.
Настоящая работа посвящена разработке процесса разделения изото-:ов азота методом хітмобмена в системах нз основе тетраоїссида диазота термическим обращением потоков.
Работа выполнена в соответствии с Совместным приказом МинВУЗ СССР МСМ от г. и координационным планом организации п/я Р-4752 о проблеме "Радиационная техника и изотопы".
Цель работы. Целью настоящей работы явилось исследование перспек-ивных химобмешшх систем на основе газообразных оксидов азота (IV) NgO^NOg) и его молекулярных соединений с органическими комплексе -бразователями (D), жидких при комнатной температуре, обладающих ермодинамическими и кинетическими характеристиками, пригодными для рганизации процесса разделения изотопов азота с термической систе-ой обращения потоков. Указанная цель работы реализована решением ледующих конкретных задач:
-
Исследование физико-химических свойств молекулярных соединений этраоксида диазота с органическими комплексообразователями.
-
Определение равновесных характеристик изотопного обмена в сис-эмах N2o.(ra3)-D-N2o.(ж.).
-
Исследование поведения рабочих систем в условиях нижнего обра-зния потоков.
-
Исследование кинетики массообмена на лабораторных колоннах.
5. Экспериментальная оценка возможностей выбранных систем для
ззделения изотопов азота на противоточной химобмеьшой колонне с ис-
зльзованиом термического обращения потоков.
Научная новизна. В работе впервые исследованы молекулярные соеди-
іюиия тетраэксида диазота со следуюцими органическими веществами -ониевнші основаниями, способными к догорно-экцепторкому Езаимодейс-шно: даметилформэмид (ДША), димстштцетамид (ДМАА), диметклсулъфо-ксид (ДМСО), триметилфзсфат І1Ш), трибутилфосфат (ТБФ).' Измерена температурная зависимость комнлоксооСрпзующой способности указанных молекул, рассчитаны константи нестойкости комплексов, энтальпии образования комплексов. Ияморены зависимости плотности и вязкости молекулярных соединений от температуры.
Изморена температурная зависимость коэффициента разделения изотопов азота для систем .'^'V1'* гдс' и ~ Е?ЯАі -^'-AA, ДО.СО, ТШ>, ТЕФ. І'ассчитшш термодинамические константи реакций изотопного обмена. Разработана новая методика мнсс-споктрометрического анализа изотопного состава азсто, шг-лдаиш ь себя стадии очистки анализируемого года t.Vp) от м-чшиганх ггричес»п (СО, СО,,, С?Н4, и т.д.).
Сігродьлегпі полнота выделения диоксида азота, как глл-окотемпера-тури-ой формы существования тстрзоксида диазота, из комплексов при нагрепаник их до температуры, близкой jc темішрзтурс їсипония соот--потствущего комплоксообраэоьптелл. Для с-прєделония полноты выдоле-шы било модіфїщгрованна известная методика аналитического определения миіфоконнонтрпцип ионов ноіЛноГ).
Методом УФ спектроскопии исследовано равновесие но. *=s 2NO, в перечисленных ыдвз оргашіческих коиїлекссобразоватолях и изуч-ню взаимодействие н2о, |ко2) с ними в интервале температур 290-413 К.
Определены гидродинамические и массообмонннэ характеристики разделения изотопов азота в зкмобмзнных системах Н-О.-ТМФ и H-0.-TES при 1 = 31D К, и экспериментально осуществлено концентрнровашіе 1<t; в данных системах.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты явились основой для расчотов основних параметров технологическе' установки по разделению изотопов азота производительностью 500 и
1% в год с использованном систем ТМФ-н.,с, к ТБФ-н,о.. Экономически
., г А 2 4
расчет затрат на производство чн данным методом показал KOHKypejr:'-иоспособность метода с гпхшылленноиспользуемнми.
Получен акт об использовании результатов диссертационной рпбої» для проектирования опытной установки,концентрирующей азот-14 по разрабатываемой технологии.
Апробация работы. Материами диссертации докладывались и обсуждались на XXII (1996 г.), ххш (1987 г.) к XXIV (198? г.) научго технических, конференциях молодых-ученых МХТИ им.' Д.И. Менделеева, н Всесоюзном семинаре при коордгаэдюшгам совете по проблемам "Получв
нив стабильных изотопов и изотопомоди5ицнрованных материалов" (Тбилиси, 198а г.), на Международном симпозиуме по разделению изотопов и химобыегаому обогащению ураіго (Толю, .1990 г.).
Публикации. По тема диссертации опубликовано три шчатнцо работа и получено два положительных решения по заявкам на авторские свидетельства.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Объем работы изложен на /Й?-страницах машинописного текста, включает 27 рисунков, 17 таблиц, библиографию из 130 наименований.
