ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Производство дейтерия и трития из "Атомная промышленность " Водород — это, так сказать, лидер таблицы Менделеева он занимает в ней первое место. Водород — самый легкий в природе газ при обычной температуре и давлении 1 л водорода весит 0,09 г. Он встречается на Земле в виде соединений, таких, как вода, углеводы, углеводороды (нефть и др.). [c.112] О содержании водорода в земной коре можно судить по тому, что его вес составляет 1% от веса всей земной коры. В свободном виде водород содержится в воздухе, его доля в чистом воздухе по объему доходит до 0,0005%. Температура кипения водорода — 252,8° С. [c.112] В природном водороде содержится обычно два изотопа легкий водород с атомным весом, равным единице, и тяжелый водород — дейтерий с атомным весом, равным двум. Первый из них составляет 99,98% природного водорода, второй — всего 0,02%. [c.112] Говоря об изотопах водорода, нельзя не упомянуть третий изотоп водорода — тритий, в ядре атома которого содержится один протон и два нейтрона. В природной смеси изотопов водорода содержится ничтожно малое количество трития, однако его можно получить пскус-ственньш путем. Что же представляет собой тритий Прежде всего — это радиоактивный изотоп с периодом полураспада около 12 лет. Присутствие трития в атмосфере объясняется тем, что под действием космических лучей происходит ядерная реакция, в результате которой из азота образуются углерод и тритий. [c.113] Какова же теплотворная способность водородных ядерных горючих Будем исходить из того, что четыре ядра водорода сливаются в ядро гелия. Значит, затрачиваются четыре атома водорода с массой, равной 4,032 492. Получающийся в итоге реакции атом гелия имеет массу 4,00 390. Потеря массы, отнесенная к первоначальной массе четырех атомов водорода, будет равна 7,1-10 . Эту цифру умножим на теплотворную способность 1 кг вещества (25-10 кет-ч) и получим теплотворную способность водорода как ядерного горючего — 177,5 млн. квт-ч на 1 кг. Это в 7,78 раза больше теплотворной способности урана. [c.113] Дейтерий входит в состав тяжелой воды. Она отличается от обычной тем, что ее молекула содержит атом кислорода и два атома дейтерия. Так как атомный вес дейтерия равен двум, то и молекулярный вес тяжелой воды равен 20 вместо 18, как у обычной воды. Сырьевые ресурсы для производства тяжелой воды огромны. Это — вся вода, имеющаяся в природе. [c.113] В настоящее время известно несколько способов производства дейтерия и тяжелой воды фракционная перегонка воды, электролиз, метод изотопного обмена водород — вода, перегонка жидкого водорода. [c.113] Как же действует агрегат первой ступени Питающий пар превращается в жидкость, которую вводят в верхнюю часть колонны 1 и спускают вниз ей навстречу движется пар. В ходе процесса менее летучая тяжелая вода скапливается в жидкости. Пар, обедненный тяжелой водой, отводится из верхней части колонны, в конденсаторах К он превращается в жидкость, которую затем сбрасывают в реку. [c.115] Жидкость, обогащенная тяялелой водой, поступает в следующую колонну первой ступени. Здесь происходит дальнейшее увеличение концентрации тяжелой воды в жидкой фазе. После этого жидкость поступает во вторую ступень колонны 2. Колонны второй ступени меньше по размерам колонн первой ступени, размеры колонн последующих ступеней еще меньше. [c.115] Пар (его путь на схеме обозначен пунктиром), выходя из агрегата второй ступени, подается в конденсатор /Г, превращается в жидкость и снова подается в башню первой ступени там, где тяжелая вода имеет соответствующую концентрацию. [c.115] Выходящая из второй ступени жидкость содержит растворенные в ней твердые вещества, которые удаляются в установке, состоящей из испарителя, конденсатора и отстойника. Только после этого она подается в верхнюю часть колонны третьей ступени. Процесс в этой и последующих колоннах носит примерно тот же характер, что и в первых. После восьмой ступени продукты подвергаются конечному выпариванию в целях подготовки к отправке готовой продукции. Подобная установка обеспечивает концентрирование тяжелой воды до 90%. [c.115] Достоинство метода перегонки состоит в том, что дейтерий в больших количествах можно получать на сравнительно простых-установках. Но такой способ получения дейтерия и тяжелой воды дорог он требует мйого тепловой энергии. [c.115] Для постепенной концентрации тяялелой воды был предложен так называемый каскадный метод, при котором концентрация электролизом происходит по ступеням в большом количестве последовательно соединенных установок. На первую ступень каскада подается обычная вода. При электролизе содержание тяжелой воды в электролите на этой ступени увеличится до известного предела. После этого электролит подается на вторую ступень, затем на третью и т. д. [c.116] Таким образом, та часть воды, которая загружается в первую ступень и не разлагается в процессе электролиза, представляет собой преимущественно тяжелую воду. Она проходит через весь каскад, постепенно, от ступени к ступени, все более насыщаясь тяжелой водой. Если в каскаде достаточное число ступеней, то на последней будет получена почти 100%-пая тяжелая вода. Так как концентрация тянieлoй воды в электролите увеличивается от ступени к ступени, то и содержание дейтерия в выделяемом водороде увеличивается. [c.116] Чтобы уменьшить потери дейтерия, выделяющийся при электролизе водород сжигают а образующуюся при этом воду снова возвращают в систему. Огромным недостатком метода, разумеется, является то, что водород, считающийся весьма ценным продуктом, используется нерационально. [c.116] Процесс выделения тяжелой воды путем электролиза обычной воды без рационального использования получаемого в результате электролиза водорода очень дорог. Это объясняется в первую очередь высоким потреблением энергии и весьма значительными расходами на сооружение предприятий. При описанной каскадной системе и регенерации водорода и дейтерия путем сжигания расход энергии, по данным одного норвежского журнала, исчисляется в 130 тыс. квт-ч па 1 кг тяжелой воды. [c.116] Таким образом, для достижения экономии в процессе получения тяжелой воды электролизом очень важно рационально использовать выделяемый при этом водород, предварительно отделив от него дейтерий. [c.117] Для этого применяется обмен изотопами между водородом и водяным паром. Если пропускать смесь водорода, содержащего дейтерий, с водяным паром через катализатор (платинированный уголь, никель и др.), то произойдет следующее. Дейтерии будет переходить из водорода в водяной нар до тех пор, пока концентрация дейтерия в водяном паре не будет в три раза выше, чем в водороде. Обогащенный дейтерием водяной нар можно превратить в жидкость и возвратить в систему, а водород, отделенный от дейтерия, использовать для того или иного производства. Как известно, выделяемый при электролизе водород является прекрасным сырьем для аммиачного синтеза, который потребляет значительную часть выделяемого при электролизе водорода. [c.117] На рис. 31 показана упрощенная схема установки для электролиза. Полученный с дистилляциониой установки продукт в испарителе И и конденсаторе Я очищают, смешивают с электролитом в баке Б и загружают в ванны. [c.117] Что же представляют собой электролизные ванны, применяющиеся в этих установках Каждая из них имеет высоту 1,5 м, диаметр 406 мм и вмещает 45 кг раствора. Ванны снабжены охлаждаемыми водой внутренним и наружным катодами из углеродистой стали и концентрическими никелевыми анодами. Через ванны проходит ток в 1000 а. Этот ток подвергает электролитическому разложению около 34 кг воды в час на одну ванну. При этом напряжение составляет 2,4—3,4 в. Более высокое напряжение приводит к разрушению электродов. Охлаждающая вода имеет температуру 18 С и обеспечивает поддержание температуры в ваннах иа уровне 40° С. [c.117] Вернуться к основной статье