Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Для разделительной эффективности S получается выражение (3.63) с очень сложной функцией F (Р), причем характеристическое давление для изотопной смеси при очень низком относительном давлении определяется формулами:
i6 1 I2
1 401 1 I *• 7ЛI
2 X2
(3.77)
В соответствии с формулой (3.77) характеристическое давление Рс зависит от структуры пористой среды, описываемой коэффициентом рк, коэффициента извилистости ?, характеристической длины К10 и функции распределения пор по размерам f(lK) (3.34), с которой определяются средние значения Pw и 121С. Характеристическое давление Рс зависит также от вязкости газа по форму-
6 Зак, 2067 81
ле P%=2r)RT/Mv и от отношения $Р/$к, входящего в малое слагаемое уо. В случае второго закона распределения f{hv) (3.34) значения Р,- по формулам (3.76), (3.77) почти совпадают при низком давлении (при 5/5о>'0,5). Обе теории сильно усложняются, когда пористость заметно отличается от единицы, например когда б<0,8, как это имеет место для пористых фильтров, обладающих механической прочностью, достаточной для промышленного применения.
Для неизотопных смесей Бретон [3.37] показал, что поток через пористый фильтр равен сумме вязкого неделящего потока и разделяющего диффузионного потока. Идеальный коэффициент разделения в объеме движущейся смеси
ао-клужоы^)]1'2 (3-78)
зависит от диаметра cri и сгг и массы молекул М\ и М2; в кнудсе-новском слое вблизи стенок коэффициент разделения ао определяется по-прежнему формулой (3.4) и не зависит от диаметров столкновения cti, 02 и oi2, поскольку столкновений в этом слое не происходит. Переход от скольжения к течению Кнудсена происходит путем заполнения объема поры слоем Кнудсена. Эти представления об идеальном разделении и о соответствующем ему характеристическом давлении Рс объясняют наблюдавшееся на опыте разделение изобарных смесей при газовой диффузии через капилляры [3.78] или слои шариков [3.37] в количественном отношении лучше [3.37, 3.113], чем теория Кинча [3.123], в которой величина Рс составляет примерно половину Рс по теории Бретона. Объясняется также наблюдавшееся на опыте изменение во времени парциальной плотности в процессе взаимной диффузии компонентов бинарной смеси в пористой среде при постоянном давлении [3.125, 3.126]; учет размеров молекул (3.78) позволяет ввести поправки в первый закон Грэхема [3.127], согласно которому молекулярная взаимная диффузия должна быть пропорциональной М~'/2, а также в другие теории взаимной диффузии [3.39, 3.85, 3.112, 3.128}.
Экспериментальные данные по разделению. Известно немного точных и надежных данных по разделительной эффективности пористых перегородок. Для того чтобы иметь возможность сравнить их с теоретическими, они должны быть получены на простых моделях пор. Радиус капилляра или зазор между параллельными пластинами должен быть достаточно малым, чтобы работать при не очень низком давлении. Необходимость отбора проб газа, достаточных для точного определения изменения концентрации, создает технологические проблемы, связанные с изготовлением пучка одинаковых капилляров с хорошо контролируемой поверхностью стенок. Такие же проблемы возникают для пористых сред в виде слоя шариков.
Экспериментальные данные Хагилла [3.78] по разделению бинарных неизотопных смесей (Na — С02, Аг — С02) и изобарной
82
смеси N2—С2Н4 в длинных капиллярах указывают на аномалии в потоках газа и взаимодействии молекул со стенкой.
Наиболее точный и полный набор экспериментальных данных по разделению бинарных смесей изотопов неона в длинных и коротких капиллярах, а также в параллельных щелях опубликовали Фейн и Браун [3.76]. Они исследовали длинные капилляры в эпоксидной смоле, метилметакрилате и стекле, короткие капилляры из золота и параллельные пластины из стали, причем эффективный радиус пор йр (см. разд. 3.4.2), определявшийся по проницаемости для вязкого потока, составил 5—25 мкм (табл. 3.2).
Таблица 3,2. Экспериментальные данные Фейна и Брауна (3.761
Число капил- >5 К Z s Отношение по срагнепию Взгимодей-ствие со стенкой
Вид материала =¦ S 5 =4 - и -t / /' об-
ляров в и О- s L_ — 01] ь. т тоо- 1 И vl зер- каль- ное ратное рассе- яние
Длинные капилляры:
эпоксидная смола 212 24,6 1 ,038 0,982 0,75 — 0,86
эпоксидная смола 838 12,9 1,036 0,997 0,75 — 0,82
метилметакрилат 92G 12,6 1,033 0,994 0,70 — 0,82
стекло 1С54 4,9 1,000 1 .000 0,75 — 0,86
стекло 64 22,0 1 ,210 0,994 0,75 _ 0,92
Короткие капилляры: золотая фольга 10 26,0 0,844 0,550 0,5 — 0,91
Параллельные пластин ы:
сталь — 25,6 1,254 2,202 1,18 0,86 —
сталь -— 10,3 1,171 2,541 1,18 1 1 "
Примечание. Для пучкоз длинных капилляров отнолениг I'.cl составляло 200—900, для короткого капилляра (отверстие) Ца = 4,3, а для параллельных пластин 1}а > 350. Наименьшее значение доли обратного р_эсссани;г (1 — f) для стеклянного образца (64) обусловлено полировкой его пламенем при 5; 0° С, увеличившей долю зеркально, о отражения. Наишсший коэффициент аккомодации импульса наблюдался для капиллгра стекляяно.о образца (,1054е) (имевшего наименьший радиус), как пок пыва^т рассмотрение отношений /?; R — отношение ншаль-ных наклонов разделительной эффективности двух образцов (,212й и деленное па от-
