Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Беккер Е. -> "Обогащение урана" -> 21

Обогащение урана - Беккер Е.

Беккер Е. Обогащение урана — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 320 c.
Скачать (прямая ссылка): obogoshenieurna1983.djvu
Предыдущая << 1 .. 15 16 17 18 19 20 < 21 > 22 23 24 25 26 27 .. 136 >> Следующая

Здесь /о, — поток, моль/с; R — универсальная газовая постоянная; п = 2п{ — молярная плотность смеси; m = nN{ — молярная парциальная плотность; N{ — мольная доля (концентрация); /\ = = PN{ — парциальное давление; Mj — масса моля и Vi — максвелловская средняя скорость i-го компонента газовой смеси
vt = [8RT/(nMt))112. (3.2)
Плотность потока /о, следовательно, обратно пропорциональна М1/2 (второй закон Грэхема [3.1] для диффузии при низком давлении) .
Коэффициент разделения. Предположим сначала, что выходное давление можно считать пренебрежимо малым, т. е. что Рь — = 0, и что газовая смесь содержит два сорта молекул с массами моля 2j и концентрациями N^ = N и N2=1 — N. Если No и
I — Л7о обозначают концентрации внутри сосуда, то отношение концентраций v и (1—v) в газовой смеси, прошедшей через отверстие, будет равно отношению плотностей потоков молекулярной эффузии /ю и /20, определяемых по формуле (3.1):
v/(l - V) = JiqJJ20 = (Vifv.2)(Plf/Pif) =
(M2IM^[N,!(\-N^\. (3.3)
Следовательно, идеальный элементарный коэффициент разделения будет иметь значение
*0 = 1 + *0 = [v/(l - V)] (1 - N0)IN0 = (М2/.ЩУ*. (3.4)
Для изотопной смеси 23SU и 238U в гексафториде урана ао = = 1,00429; для 20Ne и 22Ne а0 = 1,0488, а для 36Аг и 40Аг а0 = = 1,0541. Таким образом, приближение а0—1-С 1 в теории каскада [см. разд. 2.2.2, уравнение (2.83)] будет справедливым для разделения изотопов урана, а также для изотопов благородных газов (см. разд. 3.4.1).
На практике выходным давлением Рь в диффузионном потоке в общем пренебрегать нельзя. Кроме того, геометрия пор в пористом фильтре не так проста, как в модели отверстий: столкнове-
54
N.
¦ 'I
Рис. 3.2. Диффузия через пору
ния между молекулами различающихся компонентов приводят к выравниванию скоростей этих молекул и t>2 вследствие передачи импульса вблизи отверстия, тогда как столкновения молекул со стенками пор стремятся восстановить различие в средних скоростях молекул (3.2), обусловленное тепловым равновесием. По этим причинам при заданной концентрации v в выходящем потоке концентрация легкого компонента -Nf на отверстии со стороны повышенного давления оказывается выше N0, так что реальный элементарный коэффициент разделения
“B = [v/(l-v)](l-^/)/^/<a0 (3.5)
ниже идеального, соответствующего формуле (3.4). Коэффициент ав можно связать с а0 с помощью разделительной эффективности фильтра.
Разделительная эффективность фильтра определяется как отношение [3.25—3.28] реального обогащения фильтра, соответствующего формуле (3.5), к идеальному, следующему из формулы (3.4):
S = (v-Nf)lt*-Na). (3.6)
Из формулы (3.4) имеем:
Wo = v/[v + «0(l-v)]. (3.7)
Далее из формул (3.6), (3.7) находим:
S — (ч — [1 -f (а0 — 1)(1 — V)]/I(a0 — 1) v 0 -*)]¦ (3-8)
Значение 5 вычислим, исключив N, из формулы (3.8) с помощью уравнения разделения на фильтре
A(^V/)//2(^/) = v/(1-v). (3.9)
Здесь Ji(Nf) —плотность потока г-го компонента смеси, продиф-фундировавшего через пористый фильтр. Уравнение (3.9) сводится к (3.3), если этот поток молекулярный и если Рь = 0.
Реальный коэффициент разделения ав в соответствии с формулами (3.5), (3.8) определяется соотношением
«д-1 =(«„- 1)S/[1 +(*о-1)(1 - v)(l -S)], (3.10)
правая часть которого примерно равна (а0—1)5, если а0 — К <С 1, как это имеет место для UF6.
Влияние выходного давления. Если Ръ'Ф0, то эффузионный поток газа с обратной стороны фильтра, где концентрация легкого компонента равна Nh, складывается (алгебраически) с прямым потоком газа со стороны входа, где эта концентрация равна Nf. В установившемся состоянии концентрация v в потоке, прошедшем через отверстие, обычно не совпадает с AV в соответствии с формулами (3.1), (4.9) она определяется уравнением
v/(l _ v) = (M2IMiyi2(Plf ~ Plb)/(P2f - P2b) =
= ао(Аг/-гад(1-^/)-л(1 ~Nb)}, (3.11)
55
где г— отношение давлений:
(3.12)
5- 1 г (1 v) v (1 Л^)]/[(ао 1) v (1 —¦ v)]. (3.13)
Если состав смеси на выходе поддерживается таким же, как внутри поры (скрещенные потоки, разд. 3.2), то v = Nb и
Влияние столкновений между молекулами. Значение S зависит также от структуры фильтра и от отношения частоты столкновений молекул со стенками пор к частоте столкновений молекул друг с другом (см. разд. 3.1.2), т. е. тем самым от режима газовой диффузии через пористый фильтр (см. разд. 3.1—3.7).
Структура фильтра. Пористый фильтр представляет собой перегородку с большим числом маленьких пор. В качестве основных теоретических моделей структуры пористого фильтра используются либо модели капиллярного типа, в которых поры представляются в виде разделенных между собой сквозных каналов, либо модели типа спрессованных твердых порошков, когда поры имеют вид взаимно сообщающихся пустот в пористой среде. В пористых фильтрах, разработанных для газодиффузионного разделения, поры большей частью имеют неправильную форму сечения, отличаются извилистостью и сообщаются друг с другом; по структуре пористая среда похожа больше на слой шариков, чем на пучок капилляров (см. разд. 3.4.1). Однако для капиллярных моделей теория течения газа оказывается более точной и простой. Поэтому простая модель пор в виде пучка одинаковых цилиндрических капилляров круглого сечения, перпендикулярных поверхности фильтра, используется далее в качестве эталонной при рассмотрении физики диффузии через пористые среды.
Предыдущая << 1 .. 15 16 17 18 19 20 < 21 > 22 23 24 25 26 27 .. 136 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed