Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
в предположении, что исходная смесь содержит 75% Ые и 25% Не по объему. Температура охлаждения смеси принималась равной 20,4° К (жидкий водород при атмосферном давлении) и 15° К (жидкий водород при остаточном давлении около 100 мм рт. ст.). Предполагалось, что неоно-гелиевая смесь указанного состава под определенным давлением заполняла замкнутый объем, в котором охлаждалась соответственно до 20,4 или 15° К; при этом неон переходит в твердое состояние, а гелий остается в газообразном виде, причем остаточное давление в сосуде равно парциальному давлению гелия в исходной смеси (т. е. объем, занимаемый твердым неоном, не учитывался).
Расчетные данные, несмотря на их приближенный характер, отчетливо показывают целесообразность понижения температуры охлаждения путем откачки паров над жидким водородом, так как при этом условии резко возрастает чистота отбираемого гелия и уменьшаются потери неона. Очевидными преимуществами рассматриваемого метода являются высокая четкость разделения, отсутствие каких-либо промежуточных фракций, харак-178
терных для адсорбционного способа разделения этой смеси, w возможность полученния очень чистого неона.
Впервые разделение неоно-гелиевой смеси с применением: жидкого водорода осуществили Мейснер и Штейнер [57], а несколько позже В. Г. Фастовский и В. В. Берниковский [58]-В обоих случаях разделению подвергались очень незначительные количества смеси, причем жидкий водород получался на отдельной установке, а затем заливался в аппарат для разделения неоно-гелиевой смеси.
В. Г. Фастовский и Ю. В. Петровский [59] описали установку
(рис. 3.18) для разделения неоно-гелиевой смеси конденсационным методом, в которой сжижение водорода производилось непосредственно в разделительном аппарате, что исключало необходимость переливания жидкого водорода и тем самым повышало эффективность установки и безопасность ее эксплуатации.
Компрессор / засасывает водород из газгольдера 2 и сжимает его до давления 150 ат. Водород охлаждается в предварительном теплообменнике 3, ванне жидкого азота 4 и основном теплообменнике 5, а затем дросселируется в сборник 6, частично при этом сжижаясь. Несжижившийся и испаряющийся водород из сборника 6 выводится через теплообменники 5 и.3, где нагревается, и поступает в газгольдер 2, откуда вновь засасывается компрессором /. После начала сжижения водорода в аппарат подается неоно-гелиевая смесь из баллона 7, которая охлаждается в теплообменниках 3, 5 и азотной ванне 4, после чего поступает в сборник 8, охлаждаемый жидким водородом. В сбор-
Тбердый Ne
Жидкий Н2
Рис. 3.18. Схема установки для разделения неоно-гелиевой смеси конденсационным методом с применением жидкого водорода.
17»
яике 8 происходит конденсация и затвердевание неона, а гелий остается в газообразном состоянии, в результате чего давление в сборнике 8 постепенно повышается; когда оно достигает предельно допустимого значения, прекращают подачу неоно-гелие-вой смеси из баллона и водорода из компрессора. Затем производят откачку паров над жидким водородом с помощью вакуум-насоса, что приводит к затвердеванию водорода и пони^ жению его температуры до 14° К; одновременно отбирают из •сборника-; 6° несконденсированную фазу, представляющую собой гелий с очень Небольшими примесями неона. Такую операцию повторяют несколько раз до заполнения сосуда 8 твердым неоном. Для вывода неона включаются электрические нагреватели, которые вызывают сначала плавление и испарение водорода в ¦сосуде 6, а затем неона в сборнике 8.
Описанная установка работала периодически и при длительности цикла 3 ч позволяла получить около 200 л очень чистого неона. Расход жидкого азота не превышал 40 л, а степень извлечения неона достигала 0,99.
В принципе процесс разделения неоно-гелиевой смеси с применением жидкого водорода может быть сделан непрерывным, что, однако, сопряжено с менее четким разделением смеси. Действительно, в этом случае необходимо, чтобы неон не переходил в твердое состояние при охлаждении его жидким водородом, а оставался жидким. Для этого следует поддерживать температуру поверхности конденсации несколько выше температуры тройной точки неона (равной 24,56°К). Так как температура ялавления неона слабо зависит от давления, то температуру кипения водорода можно принять равной 25,7° К, чему соответствует давление 3,61 атм [60]: тогда при разности температур 3,7° жидкий неон будет иметь температуру 29,4° К, чему отвечает давление пара примерно 1,89 атм. Очевидно, что именно эта величина и будет парциальным давлением неона в смеси с гелием, которая' отбирается из дефлегматора. Жидкий неон непрерывно выводится из дефлегматора снизу. В этом случае степень извлечения неона зависит от общего давления в дефлегматоре (табл. 3.10).
Таблица 3.10 Зависимость степени извлечения неона от общего давления в дефлегматоре
Общее давление, am Содержание Ne в нескон-денсированном газе, % Степень извлечения Ne Общее давление, am Содержание Ne в нескои-денсированном газе, % Степень извлечения Ne
5 10 37,8 18,9 0,796 0,922 15 20 12,9 9,45 0,955 0,965
