Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Важное значение поверхностной диффузии в фундаментальной и прикладной физике показывает разнообразие областей ее применения за пределами разделения газов—гетерогенный катализ, образование месторождений нефти и руд, их добыча. Но до сих пор еще не существует теории, которая объясняла бы все накопленные экспериментальные данные [3.147, 3.148].
3.1.8. Композитные пористые фильтры
Оптимальные пористые фильтры газодиффузиоиного завода должны иметь близкую к единице разделительную эффективность при высоком уровне рабочего давления и по возможности наивысшую проницаемость. Если требуется сделать пористые фильтры с очень маленьким радиусом пор, то, как показывает формула (3.59), получить высокую проницаемость можно единственным способом: увеличивая отношение пористости 6 к толщине фильтра I до предела, определяемого механической прочностью, необходимой для строительства и эксплуатации завода. Решение этой проблемы обеспечивается композитными многослойными пористыми фильтрами [3.122], соединяющими механическую прочность твердого макропористого несущего слоя с разделительными качествами микропористого слоя, который может быть сделан чрезвычайно тонким, так как он уже не должен противостоять разности давлений. Характеристики структуры простейшей модели двухслойного композитного пористого фильтра, сделанного из пучков капилляров, и основные характеристики потока бинарной смеси изображены на рис. 3.10.
Результирующая разделительная эффективность двухслойного композитного пористого фильтра получается [3.122] из решения двух уравнений разделения (3.9). Диффузионные потоки компонентов бинарной смеси через микропористый делящий слой и че-ре? макропористый несущий слой должны быть равны: /,(т) = =J\(s), /2 (яг) =/2 (s), так что уравнения разделения (3.9) для делящего и несущего слоев имеют вид:
Jx (m)/J2 (m) = Ji (s)/J2 (s) = v/1 — v. (3.90)
90
Интегрирование уравнения разделения (3.62) дает для каждого слоя:
V — N = {e0v(l — V)/[1 + е0(1 — v)]}5(cp, э0) (делящий СЛОЙ);!
v — N — {е0 v (1 — v)/[l +s0 (1 —v)]] 5(/?®, (несущий слой). (
В формулах (3.91) 5(ф, ф0) и S(Rcp, /?фг,) определяются с помощью формул (3.69), в которых приведенное давление ф — отношение Р/Р,- для однородного пористого фильтра с тем же харак-
Рис. ЗЛО. Композитный двухслойный пористый фильтр.
Переменные, характеризующие структуру: а — радиус и / — толщина разделяющего слоя; Ra — радиус и LI—
толщина несущего слоя. Характеристики потока: давления Р у, Р^ и , кон-
центрации N у, N i и N^ соответственно на
входе в разделяющий слон, на границе двух слоев и на выходе из несущего
теристическим давлением Р0 какое имел бы изолированный делящий слой, а ф0 — постоянная интегрирования. Отношение R равно отношению радиусов пор (в случае длинных капилляров, см. рис. 3.10) делящего и несущего слоев или же отношению характеристических давлений изолированных делящего и несущего слоев (в случае пор более общей структуры). Если N, — концентрация на границе между делящим и несущим слоями, то обогащение (v — Ni) при диффузии через несущий слой получают путем приравнивания N и Nj во втором из уравнений (3.91). Обогащение (v — Ni) и (v—Ni) при диффузии через делящий слой и после делящего слоя находят, принимая Л/ = Л'/ и N=Nt в первом из уравнений (3.91). Значение фо получается, если приравнять друг другу оба выражения для (v — Ni):
S(b,?Q)^S(Ro;, R?b) ,3.92)
Отсюда для обогащения бинарной смеси па композитном пористом фильтре получается
V - Nf = [So v (1 - v)/[ 1 -f So (1 - V)]} Seff (Ф/) ъ), (3.93)
где разделительная эффективность композитного пористого фильтра имеет вид:
Sfff (V> <р4) = S (?/, ?,) 4- 5 (Rb, R?l>) [?; F (?i)]/[?/ F(,fY, (3.94)
В формуле (3.94) S и F(ф) определяются по формулам (3.69), примененным к изолированному делящему слою, а промежуточное приведенное давление есть
= ?й’+ (?/ —<Рв) [°/°(5)1 = + [(1 — г)/г] [0/0(5)]}, (3.95)
Здесь G и G(s) —проницаемость композитного пористого фильтра и несущего слоя соответственно. Уравнение (3.95) получается
91
Pf Nf
2а
1П11 JULILIU 1ПП1 11
?Ra
непосредственно из уравнения непрерывности для потоков через композитный фильтр и несущий слой в установившемся состоянии
о (<?, — Т6) = о (5) (срг—ср„). (3.96)
Аналогично формуле (3.67) для однородного пористого фильтра применяется также приближенная формула [3.122]
Seff ('¦?/. <?ь) = И 0 — г) ехР (—др1рс)• (3.97)
Рис. 3.11. Структурная эффективность композитного пористого
фильтра (х [3.122]:
1 — предел, (однородный пористый
фильтр); 2 — R = 500, L| = 20; 3 — R = 100,
L|=i0; 4~ Я-100, L\=\b
Pnc. 3.12. Проницаемость композитного пористого фильтра. График проницаемости асимптотически приближается к прямой G — Gqq с наклоном I/Л,, которая для значений R = *=500 н Lc,>200 практически совпадает с кривой проницаемости делящего слоя (единицы произвольны)
В этой формуле Рг означает характеристическое давление для делящего слоя, а коэффициент (х выражает структурную эффективность композитного пористого фильтра:
— [G/G (5)] ехр(—Jiср)[ 1 — ехр(/?Д<р0/0 (s))]. (3.98)
