硼同位素分离模型的建立.docx

第 34卷 第5期2006年5月化 学 工 程CHEM ICAL EN GIN EER ING (CH INA)Vo l. 34 No.5May 2006硼同位素分离模型的建立王辉, 张雪梅, 于景阳, 张卫江, 谭国锋(天津大学 化工学院 ,天津300072)摘要:针对三氟化硼2苯甲醚化学交换反应精馏体系,建立了稳态数学模型,求解了平衡常数与温度的关系,得到了 硼同位素分离过程的分离规律。考察了温度和回流比对富集段和稀释段的分离结果和最小理论板数的影响,并对 工艺设计进行模拟计算,结果表明采用较低的温度与较大的回流比可以有效地减少理论板数,降低塔高,得到高纯 度10B产品。关键词:硼;同位素;数学模型;模拟中图分类号 : TK228文献标识码 :A文章编号 : 100529954 (2006)0520001204Study on model of separa tion of boron isotopesW ANG Hu i, ZHANG Xue2m e i, Y U J ing2yang, ZHANG W e i2jiang, TANGuo2feng( School of Chem ical Engineering and Techno logy, Tianjin University, Tianjin 300072,China)Abstract: The mathem atical model of the steady2state separation of bo ron iso topes in the comp lex aniso le·B F3was established. An exp ression fo r the temperature dependence of reaction equilibrium constant was given. The processof separation of bo ron iso topes was so lved on the model and the influence of temp erature and reflux ratio on theresult of separation was analyzed. The result show s that the lower temp erature and the higher reflux ratio canlessenthe num ber of theoretical p late and the height of tower, and obtain high purity 10 B product.Keywords:boron; isotopes; mathematicalmodel; simulation硼有2种稳定的同位素10B和11B,10B在自然界C HOCH·11BF(L) +10BF(g)6 5333中的丰度较小,只占19. 3%。10B对中子的吸收截面C HOCH·10BF(L) +11BF(g)(1)6 5333较大,而11B则很小。由于10B的这种优良特性,在现 代工业及军事装备上得到较广泛的应用。特别是随 着核电的发展,其使用量不断增加。另外10B在治疗 癌症上也有所应用。富集同位素10B的方法有许多 种 ,但真正实现工业化生产的主要有三氟化硼2乙醚 络合物化学交换精馏法[1],三氟化硼2甲醚络合物化 学交换精馏法[2]以及三氟化硼2苯甲醚化学交换反 应精馏法[3]。这些方法都是在20世纪70年代以前 成型的,近几年来没有相关资料。而三氟化硼2苯甲醚化学交换反应精馏法具有分离系数高、原料分解率低、毒性小等优点,是生产10B的主要方法。为了这一反应的结果是10B在液相的富集。单元分 离过程如图1。图 1 分离过程单元Fig. 1 Scheme of separationunit根据物料平衡,得到如下关系式:对硼同位素进行分离,建立了硼同位素分离模型。Lx0+ Vy0= L x + Vy(2)将y0 =x0 代入上式,整理得1 建立模型1. 1 分离系数α(L + V )x0= L x + Vy(3)在化学交换反应精馏塔内,发生如下反应:α = x /y (4)1 - x1 - y作者简介:王辉(1980—),男,硕士研究生;张雪梅,通讯联系人,电话:(022·2·化学工程2006年第 34卷第5期式中,L为气相流量,mol/h;N为液相流量,mol/h;α 为