Сульфидный процесс Гирдлера - Girdler sulfide process
Процесс (ОО) Girdler сульфида , также известный как процесс Гейб-Spevack (GS) , представляет собой промышленный способ производства для фильтрации природной воды в тяжелой воды ( дейтерий , оксидный = D 2 O) , который используется в исследованиях частиц, в ЯМР- спектроскопия дейтерия , дейтерированные растворители для протонной ЯМР-спектроскопии, в ядерных реакторах с тяжелой водой (в качестве хладагента и замедлителя ) и в дейтерированных лекарствах .
Карл-Герман Гейб и Джером С. Спевак независимо и параллельно изобрели этот процесс в 1943 году, а его название происходит от компании Girdler, которая построила первый американский завод, использующий этот процесс.
Метод представляет собой процесс изотопного обмена между H 2 S и H 2 O («легкая» вода), в результате которого в несколько этапов образуется тяжелая вода. Это очень энергоемкий процесс. Морская вода содержит 180 частей на миллион HDO.
До своего закрытия в 1997 году завод тяжелой воды Брюс в Онтарио (расположенный на том же месте, что и Дуглас-Пойнт и АЭС Брюс ) был крупнейшим в мире заводом по производству тяжелой воды с пиковой мощностью 1600 тонн в год (800 тонн в год на полную установку, два полностью работающих завода на пике мощности). Он использовал сульфидный процесс Гирдлера для производства тяжелой воды и потребовал 340 000 тонн (370 000 коротких тонн) питательной воды для производства 1 тонны (1,1 коротких тонн) тяжелой воды.
Первое подобное предприятие Совета по тяжелой воде Индии, использующее процесс Гирдлера, находится в Раватбхате около Коты, Раджастхан. Затем последовал более крупный завод в Манугуру, Андхра-Прадеш. Другие заводы существуют, например, в США и Румынии .
Процесс
Каждая из ступеней состоит из двух колонн ситовых тарелок. В одной колонне поддерживается температура 30 ° C, она называется холодной башней, а другая - 130 ° C и называется горячей башней . Процесс обогащения основан на разнице в разделении между 30 ° C и 130 ° C.
Интересующий процесс - это равновесная реакция,
H 2 O + HDS ⇌ HDO + H 2 S
При 30 ° C константа равновесия K = 2,33, а при 130 ° C - K = 1,82. Эта разница используется для обогащения дейтерия тяжелой водой.
Газообразный сероводород циркулирует в замкнутом контуре между холодной башней и горячей башней (хотя это могут быть отдельные башни, они также могут быть отдельными секциями одной колонны, причем холодная секция находится наверху). Деминерализованная и деаэрированная вода подается в холодную колонну, где миграция дейтерия преимущественно происходит из газообразного сероводорода в жидкую воду. Обычная вода подается в горячую колонну, где происходит перенос дейтерия из жидкой воды в газообразный сероводород. В каскадных системах для обоих входов используется одна и та же вода. Механизм этого - разница в константе равновесия; в градирне концентрация дейтерия в сероводороде снижается, а концентрация в воде повышается. Дейтерий в горячем контуре немного предпочитает находиться в сероводороде, что приводит к избытку дейтерия в сероводороде по сравнению с холодной башней. Для n молей дейтерия на 1 моль протия во входящей воде горячей башни существуетп/1,82молей на моль дейтерия в сероводороде. В градирне часть этого дейтерия переносится во входящую воду в охлаждающую колонну в соответствии с константой равновесия. На входе в холодную колонну отношение продуктов к реагентам в приведенном выше уравнении составляет 1,82, поскольку оба входных потока имеют равные концентрации дейтерия. Химическое равновесие пытается заставить больше дейтерия попасть в воду, чтобы скорректировать соотношение. В идеале, градирня должна выводить воду с содержанием дейтерия на 28% больше, чем было введено (2,33, деленное на 1,82). Обогащенная вода выводится из холодной башни, а обедненная вода выводится из горячей башни.
Соответствующая каскадная система обеспечивает обогащение: обогащенная вода подается в другую установку разделения и дополнительно обогащается.
Обычно в этом процессе вода обогащается до 15–20% D 2 O. Дальнейшее обогащение до тяжелой воды «реакторного качества» (> 99% D 2 O) осуществляется в другом процессе, например дистилляции .