Способ разделения изотопов азота Советский патент 1991 года по МПК B01D59/28 

Изобретение относится к физико-химическим методам разделения и может быть использовано для производства стабильных изотопов методом химического изотопного обмена, например при получении изотопа азот-15.

Цель изобретения -увеличение производительности.

П р и м е р 1. Разделение изотопов азота осуществляют в насадочной колонне диаметром 16 мм и высотой 100 см, заполненной спирально-призматической насадкой из нержавеющей стали с размерами элемента 2x2x0.2 мм. Колонна заключена в рубашку, в которой циркулирует вода из термостата VTV-2. Колонну орошают ЮМ азотной кислотой, поток которой измеряют с помощью отколиброванной капельницы, и, зная зависимость пропускной способности насадки от температуры, рассчитывают относительную нагрузку (р . Выходящую из колонны азотную кислоту известным способом восстанавливают сернистым ангидридом до смеси оксидов азота, равновесной с азотной кислотой. Смесь оксидов азота направляют в колонну изотопного обмена противотоком к стекающей кислоте, отбирая часть потока оксидов азота в качестве продукта. Продукт анализируют на содержание азота-15 массоспектрометрически или с помощью анализатора изотопов азота NOI-5.

О

О hO Os

Jb

00

В зависимости от температуры и относительной нагрузки р поток отбора устанавливают таким, чтобы концентрация азота-15 в нем Хв или степень разделения К, определяемая соотношением

(1-Хр)/(Хр(1-Хв))

была равна заданной величине, например такой, как при осуществлении способа-прототипа, в котором процесс разделения проводят при значениях ро 0,4 и to 20°C.

Изменение производительности с изменением р и t отражено в табл. 1.

П р и м е р 2. Способ выполняют аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что поток отбора зафиксирован и принят равным отбору при р 0,4 и t 20°С, что соответствует условиям способа-прототипа.

Наблюдаемые с изменением и t значения концентрации Хв азота-15 и степени разделения приведены в табл. 2.

Из приведенных в табл, 1 и 2 данных следует, что при увеличении относительной нагрузки рс 0,4 до 0.7-0,8 и температуры t с 20 до 70°С рост потока отбора составляет 40%, а концентрация азота-15 увеличивается на 13% (относительных). Из таблиц также следует, что увеличение температуры должно в 1,5-2,5 раза превосходить увеличение относительной нагрузки, причем связь между относительными изменениями этих параметров с удовлетворительной точностью может быть выражена эмпирическим соотношением

0

5

0

5

0

0,6 + 0,4 (t/t0), которое устанавливает наилучшее соответствие между р и t.

Формула изобретения

1.Способ разделения изотопов азота химическим изотопным обменом между азотной кислотой и оксидами азота, включающий противоточное контактирование потока азотной кислоты с потоком газообразной смеси оксидов азота в массо- обменной колонне при постоянной температуре и постоянной относительной нагрузке колонны по азоту, восстановление азотной кислоты газообразным сернистым ангидридом до равновесной с азотной кислотой смеси оксидов азота и отбор части азотной кислоты или оксидов азота в качестве продукта, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, процесс ведут при одновременном увеличении относительных нагрузки и температуры, причем увеличение температуры в 1,5-2,5 раза превосходит увеличение относительной нагрузки.

2,Способ по п. 1,отличающийся тем, что относительная нагрузка и температура связаны соотношением

0,6 + 0,4 (t/to) ,)-1,5, где t, to - температура;

- относительная нагрузка; индекс о относится к способу-прототипу.

Изобретение относится к химической технологии и имеет целью увеличение производительности потока отбора или степени разделения концентрации целевого изотопа в продукте при получении стабильного изотопа азот-15 химическим обменом между азотной кислотой и оксидами азота. Цель достигается за счет одновременного увеличения температуры проведения процесса разделения и относительной нагрузки насадочной колонны при определенном соотношении между этими параметрами, причем процесс химического изотопного обмена осуществляют в условиях химического равновесия между жидкой и газовой фазами. Связь между относительными изменениями температуры и относительной нагрузкой при достижении максимального эффекта выражена эмпирическим соотношением. 2 табл.

Изменение потока отбора В с изменением температуры t и относительной нагрузки р при степени разделения К 2,0; (рд)/В0(,4, t 20°С)

Таблица 1

Продолжение табл. 1

Изменение степени разделения К и концентрации Хв азо.й- -5

с изменением относительной нагрузки р и температуры t nptv

В Во (р 0,4. t 20°С); К К (p,t )/К0 (р 0,4, t 20°С);

Хв Хв (р, t)/XBo (р 0,4, t 20°С)

б л v, ц а 2

Продолжение табл. 2