Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
* Разновидностью щелевых аппаратов является так называемая проволочная колонна, когда по оси охлаждаемой трубки натягивайся проволока, обогреваемая электрическим током.
411
при помощи электрического тока, конденсирующегося пара или быстро циркулирующей горячей жидкости. Ламинарное течение разделяемой смеси обеспечивается при соблюдении следующих условий: а) ширина зазора достаточно мала (для газов она составляет 5—10 мм); б) температура горячей и холодной стенок поддерживается строго постоянной; в) стенки обладают хорошей теплопроводностью; г) стенки хорошо отполированы и расстояние между ними по всей
Теплоноситель
Легкая фракция Хладагент
Исходная смесь
Хладагент Тяжелая фракция
Теплоноситель Рис. 86. Термодиффузионная колони і.
длине колонны строго постоянно. Таким образом, несмотря на простоту конструкции термодиффузионной колонны изготовление ее требует высокой механической точности.
Термодиффузионная колонна может представлять собой аппарат непрерывного действия, когда после достижения -стационарного состояния становится возможным постоянно вводить исходную смесь И ВЫВОДИТЬ из колонны тяжелую и легкую фракции. Для обеспечения высокой степени разделения и очистки термодиффузионные колонны собирают в каскады, причем число колонн в каскаде может быть весьма значительным.
Вообще говоря, термодиффузионный способ разделения — один из наиболее низкопроизводительных и энергоемких процессов, так как выход колонны на рабочий режим иногда продол-сам процесс также протекает а производительность исчис-
жается несколько десятков суток,
в течение значительного времени, _.г______„_____________ „^-„.^
ляется граммами в сутки. Однако этим методом можно разде лять такие смеси (например, смесь изотопов одного элемента, смесь веществ с очень близкими температурами кипения), которые неразделимы обычными методами. Так, термодиффузия была применена для получения изотопов Не3, Ы15, С13, Ые20, Ые22, С135, Кг84, Кг86 с концентрацией выше 99,5% и высокой степени чистоты [5].
412
Термическая диффузия может иметь место и в жидкостях. Например, по длине неравномерно нагретой трубки, заполненной раствором, наблюдается разность концентраций, что получило название эффекта Соре. В принципе термодиффузия в жидкостях описывается теми же уравнениями, что и газовая термодиффузия, и для коэффициента разделения а по-прежнему справедливо выражение (XI. 3); нет особых различий и в аппаратуре. В силу значительно более сложного характера межмолекулярного взаимодействия в жидкостях, нежели в газах, для жидкостной термодиффузии выражение (XI. 4) неприменимо и значение термодиффузионной постоянной ат приходится находить экспериментально.
Тот факт, что гидродинамические характеристики жидкостей весьма отличаются от таковых для газов, сохранения ламинарного потока в жидкостной термодиффузионной колонне удается добиться, уменьшив ширину зазора до 0,2—0,3 мм. При этом, как уже говорилось выше, такой размер должен быть строго соблюден по всей высоте колонны, стенки которой полируются *.
Наконец, возможен еще один вариант термодиффузионного разделения, когда температура холодной стенки ниже температуры кипения смеси разделяемых веществ или низкокипящего компонента, а горячий — выше. Тогда в термодиффузионной колонне будут сосуществовать две фазы — жидкость и пар и, таким образом, протекающий параллельно процессу термодиффузии ректификационный процесс будет только способствовать повышению степени разделения [11].
Впервые явление термической диффузии в жидкостях было использовано в технике для разделения изотопов, например для концентрирования и235 в виде иР6 [6]. Впоследствии термодиффузию стали применять для разделения нефтепродуктов, углеводородов, молекулярных растворов, красителей и т. п.
Так Летчер и Мильбергер [12] за 48 ч провели полное разделение искусственной смеси 2,4-диметилпентана (т. кип. 80,5°С) и циклогексана (т. кип. 80,74°С) состава 1:1 при помощи цилиндрической термодиффузионной колонны высотой 150 см, диаметром 16 мм и шириной зазора 0,3 мм, причем чистота полученных фракций превышала чистоту исходных компонентов.
Известен непрерывный способ разделения термодиффузионным методом бензола и гептана [13], различных нефтепродуктов
* Термодиффузионная колонна с такими конструкционными характеристиками может быть изготовлена только из металла (например, из нержавеющей стали). Невозможность использования для этих целей пластмасс (полиэтилен, фторопласт и другие) накладывает определенные ограничения на круг обрабатываемых объектов. По этой причине термодиффузионное разделение и очистка очень агрессивных жидкостей, взаимодействующих с самыми стойкими марками нержавеющей стали, связана со значительными техническими затруднениями.
413
и смазочных масел [14—17]. Дрикамер и сотрудники [18, 19] исследовали процесс термодиффузионного отделения сероуглерода и тетрахлорэтана от парафиновых углеводородов.
Следовательно, как правило, термическая диффузия применяется в качестве тонкого метода разделения. Несмотря на то, что в литературе данные по использованию термодиффузии для получения особо чистых веществ пока отсутствуют, есть все основания утверждать, что рассматриваемый метод достаточно перспективен для отделения микропримесей от основного вещества, особенно когда из-за крайней близости свойств очищаемого вещества и вещества-примеси ультраочистка с помощью иных методов нереальна. Углубления степени очистки следует ожидать по мере увеличения числа 'термодиффузионных колонн, собранных в очистительный каскад. Вероятно, наиболее перспективным является применение термодиффузии в том случае, когда требуется получить высокочистое вещество, одновременно обладающее моноизотопным составом.
