Параметры модели UNIQUAC для описания фазового равновесия пар – жидкость изотопных смесей водорода H2–D2, H2–HD, HD–D2

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Выполнен анализ расчетных и литературных экспериментальных данных по коэффициентам активности изотопов водорода в смесях H2–D2, H2–HD. Расчетные данные получены на основе известной теории многокомпонентных жидких растворов водорода (Шервуда), учитывающей неидеальность парожидкостного равновесия. Максимальное относительное отклонение составило 5.4 %. Проверена адекватность описания упругости паров чистых компонентов H2, D2, HD эмпирическими уравнениями, и выбраны уравнения для расчета фазового равновесия в системе пар — жидкость. На основе математической обработки литературных экспериментальных данных по фазовому равновесию изотопных смесей водорода H2–D2, H2–HD, HD–D2 найдены параметры бинарного энергетического взаимодействия модели UNIQUAC для расчета коэффициентов активности компонентов H2, D2, HD. Вычислены коэффициенты разделения смесей H2–D2, H2–HD, HD–D2 при различных температурах кипения в зависимости от давления и состава. На основе полученных результатов построены диаграммы фазового равновесия y-x и t-x,y при атмосферном давлении. Расчетные исследования коэффициента разделения данных изотопных смесей показали отличие качественного поведения зависимости кривой коэффициента разделения от состава легколетучего компонента, полученного по модели UNIQUAC, по теории Шервуда и при рассмотрении смеси в качестве идеальной. Кривая коэффициента разделения, вычисленная по модели UNIQUAC, является слегка выпуклой к оси абсцисс, по теории Шервуда — убывающей, а при рассмотрении идеальной смеси, подчиняющейся закону Рауля, — возрастающей и практически прямой линией со значительным углом наклона к оси абсцисс. Приведены графические расчетные зависимости температуры кипения смеси H2–D2 от концентрации H2 в жидкой фазе при различных давлениях. Исследован профиль распределения компонентов H2, D2, HD по высоте 21-й тарельчатой ректификационной колонны для модельной трехкомпонентной смеси H2–HD–D2 состава, в % мол.: xH2 = 0.014; xHD = 60; xD2 = 39.986 для процесса замкнутой ректификации с учетом и без учета коэффициентов активности компонентов. Выявлено расхождение в профилях для H2 и HD. Наличие параметров бинарного энергетического взаимодействия UNIQUAC между молекулами изотопов водорода позволит проводить численный анализ разделения изотопных смесей водорода низкотемпературной ректификацией в среде моделирования Hysys при различных режимах работы ректификационной колонны или каскада колонн с целью поиска оптимальных структурных схем разделения.

About the authors

Т. Г. Короткова

Кубанский государственный технологический университет

Author for correspondence.
Email: korotkova1964@mail.ru
Russian Federation, Краснодар

References

  1. Timmerhaus K.D., Weitzel D.H., Flynn T.M. // Chem. Eng. Prog. 1958. V. 54. P. 35.
  2. Newman R.B. // Bull. Internat. Inst. Reirig. Annex. 1955. V. 3. P. 390–392.
  3. Hoge H.J., Arnold R.D. // J. of Research of the National Bureau of Standards. 1951. V. 47. No 2. P. 63. https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/47/jresv47n2p63_a1b.pdf
  4. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2 ч. / Пер. с англ. А.В. Беспалова, А.П. Жукова, В.В. Паукова. М.: «Мир», 1989.
  5. Малков М.П., Зельдович А.Г., Фрадков А.Б., Данилов И.Б. Выделение дейтерия из водорода методом глубокого охлаждения / Под ред. М.П. Малкова. — М.: Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники, 1961. 150 с.
  6. Иванов И.В., Лотхов В.А., Кулов Н.Н. // Теоретические основы химической технологии. 2017. Т. 51. № 3. С. 239.
  7. Короткова Т.Г., Константинов Е.Н. // Изв. вузов. Пищевая технология. 2012. № 1. С. 108.
  8. Niculescu A., Constantin T., Ana G., Draghia M. // Fusion Engineering and Design. 2017. V. 124. Р. 752. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.04.081
  9. Iraola E., Nougués J.M., Sedano L. et al. // Fusion Engineering and Design, 2021, 169, 112452. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112452
  10. Магомедбеков Э.П., Растунова И.Л., Кулов Н.Н. // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. № 1. С. 3. doi: 10.31857/S0040357121010097
  11. Sherwood A.E., Souers P.C. // Nuclear Technology — Fusion. 1984. V. 5(3). Р. 350. https://doi.org/10.13182/FST84-A23110
  12. Alekseev I., Arkhipov Ev., Bondarenko S. et al. // Review of Scientific Instruments 86, 125102 (2015). http://dx.doi.org/10.1063/1.4936413
  13. Короткова Т.Г. // Тонкие химические технологии. 2022. Т. 17. № 6. С. 459. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-6-459-472
  14. Anderson T.F., Prausnitz J.M. // Ind. Eng. Chem. Proc. Dec. DeV. 1978. V. 17. No 4. Р. 552–567. doi: 10.1021/i260068a028
  15. Al-yaqoobi Atheer, Hogg D., Zimmerman W.B. // Hindawi Publishing Corporation International Journal of Chemical Engineering. V. 2016, Article ID 5210865, 10 P. http://dx.doi.org/10.1155/2016/5210865
  16. Scott R.B., Brickwedde F.G., Urey H.C., Wahl M.H. // The J. of Chem. Phys. 1934.V. 2. P. 454 . doi: 10.1063/1.1749509
  17. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ. изд. / Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф. Дубовкин, Л.Н. Смирнова / Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. М.: «Химия», 1989. 672 с.
  18. Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей: Учеб. пособие для авиационных вузов. М.: «Машиностроение», 1976. 304 с.
  19. Фаркаш Л. // Успехи физ. наук. 1935. Т. XV. Вып. 1. С. 13.
  20. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: «Наука», 1972. 424 с.
  21. Sherwood A.E. // Fluid Phase Equilibria. 1989. V. 51. Р. 327. https://doi.org/10.1016/0378-3812(89)80374-7
  22. Fookson A., Pomerantz P., Rothberg S. // J. of Research of the National Bureau of Standards. 1951. V. 47. 6. P. 449. doi: 10.6028/JRES.047.052
  23. Aldehani M. Hydrogen-Water Isotope Exchange in a Trickle Bed Column by Process Simulation and 3D Computational Fluid Dynamics Modelling. 2016. https://eprints.lancs.ac.uk/id/eprint/82667/1/2016_Mohammed_PhD.pdf
  24. Короткова Т.Г., Касьянов Г.И. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 5. С. 800. doi: 10.31857/S0044453721050186

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».