ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ГАЗ-ТВЕРДОЕ Мясников М.С. Северский Государственный Технологический Институт

ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ГАЗ-ТВЕРДОЕ В АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ: Фторирование урана, плутония и т. д. Фторирование урана, плутония и т. д. Очистка сбросных газов Очистка сбросных газов Селективная сорбция и десорбция Селективная сорбция и десорбция Процессы окисления и восстановления Процессы окисления и восстановления

ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ: 1.Установление факторов, влияющих на процесс 2.Определение кинетических параметров реакции и вывод уравнения вида α = f(T, P, ), где α – степень превращения твердого образца где α – степень превращения твердого образца

Очистка электролизного фтора от фтороводорода Очистка электролизного фтора от фтороводорода Утилизация и селективная сорбция газообразных фторидов (SiF 4, BF 3 и др.) Утилизация и селективная сорбция газообразных фторидов (SiF 4, BF 3 и др.) Получение летучих фторидов (WF 6,ClF 3,MoF 6,NF 3 и др.) Получение летучих фторидов (WF 6,ClF 3,MoF 6,NF 3 и др.) Технология ВОУ-НОУТехнология ВОУ-НОУ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ:

ПРИМЕНЕНИЕ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ПРОЦЕССА ВОУ-НОУ Получение фтора Чистый F 2 Фторирование U 3 O 8, следы Pu Очистка от фтороводорода Очистка от плутония Чистый UF 6 Конденсация Чистый UF 6 В вентиляцию Санитарная очистка газов F 2, HF

ПОРОШКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТАБЛЕТИРОВАННЫХ СОРБЕНТОВ NaF Формование таблеток Сушка таблеток Т = о С Сушка таблеток Т = о С Прокалка таблеток при температуре десорбции летучего компонента Прокалка таблеток при температуре десорбции летучего компонента упаковка товарного таблетированного сорбента

СОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ NaF, LiF, CaF 2 ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ ЛЕТУЧИХ ФТОРИДОВ MoF 6, WF 6, HF, UF 6, SiF 4 Удельная поверхность, м 2 /г…4.94 Статическая прочность, кгс/см 2 … Истинная плотность, г/см 3 … Насыпная плотность, г/см 3 ………….1.16 Пористость, %………………..…52.0 Количество адсорбированного HF при 80 o C и 50 мм рт. ст., г/г…………0.43 то же UF 6 ………………………….……….1.8 то же UF 6 ………………………….……….1.8

Разработана методика и компьютерная программа «Кинетика» для расчета кинети- ческих параметров сорбции и десорбции летучих фторидов с таблетированных сорбентов : E a - кажущейся энергии активации процесса;E a - кажущейся энергии активации процесса; n - порядка реакции по твердому реагенту;n - порядка реакции по твердому реагенту; m - порядка реакции по газообразному реагенту;m - порядка реакции по газообразному реагенту; k 0 - предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса (константы сорбционной колонны),k 0 - предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса (константы сорбционной колонны), а также установления лимитирующей стадии процесса

Работа программы продемонстрирована на примере процесса десорбции гексафторида молибдена с гранулированного NaF по реакции («быстрая» стадия процесса): MoF 6 ·2NaF MoF 6 + 2NaF

Матрица исходных данных (в окне текстового редактора Norton Commander) значения время в минутах границы рабочей области (в минутах) на графиках = f( ) температуры опытов в градусах Цельсия давление опыта в мм рт. ст.

Выбор рабочей области (контролирующей стадии) на графиках зависимости = f( )

Построение зависимости = f( ) по рассчитанным параметрам

Определение порядка реакции n Определение кажущейся энергии активации Е акт Определение порядка реакции по давлению m

Исходные данные, = f( ) Расчет констант скоростей по уравнению: k = ln(-ln(1-a))/ n Определение порядка реакции по газу m Определение кажущейся энергии активации E акт Расчет предэкспоненциального множителя k 0 по уравнению: и ошибки определения Δk 0 Усредненные значения E акт., k 0., n., m. Проверочный расчет и построение = f( ) Обработка данных по типовым кинетическим уравнениям Выбор рабочей области на графиках = f( ) максимальная корреляция Вывод об вероятной области реагирования Кинетическое уравнение процесса вида да нет Алгоритм работы программы: Определение порядка реакции n по уравнению:

Получено кинетическое уравнение процесса:

В ПЕРСПЕКТИВЕ ПЛАНИРУЕТСЯ: дополнить программу модулями статистики и автоматического поиска контролирующей стадии процесса на графиках = f( );дополнить программу модулями статистики и автоматического поиска контролирующей стадии процесса на графиках = f( ); транслировать текст программы с языка Matlab в исполняемые модули и лицензи- ровать полученный программный продукт.транслировать текст программы с языка Matlab в исполняемые модули и лицензи- ровать полученный программный продукт. организовать ввод исходных данных непосредственно с датчиков эксперимен- тальной установки через контроллерорганизовать ввод исходных данных непосредственно с датчиков эксперимен- тальной установки через контроллер

Установка для исследования кинетики процессов сорбции- десорбции, совмещенная с персональным компьютером 1, 2 - баллоныс газом-адсорбтивом и газом-разбавителем; 3 - прибор контроля давления рабочего газа; 4 - ресивер; 5 - таблетка; 6 - взвешивающая система; 7 - датчик измерения массы; 8 - пористый рассеиватель; 9 - нагреватель; 10 - контроллер; 11 - персональная ЭВМ; 12 – принтер Вакуумная линия

Спасибо за внимание!