Короткова Татьяна Германовна - доктор технических наук доцент, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности, Scopus Author ID 56195415000, ResearcherlD AAQ-3126-2021
350072, Краснодар, ул. Московская, д. 2
Tatyana G. Korotkova - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Life Safety, Scopus Author ID 56195415000, ResearcherID AAQ-3126-2021.
2, Moskovskaya ul., Krasnodar, 350072
Objectives. Determination of the parameters of the binary energy interaction of the (UNIversal QUAsiChemical) UNIQUAC model on the basis of mathematical processing of experimental literature data on the phase equilibrium of hydrogen isotopic mixtures D2-T2, D2-DT, DT-T2 to calculate the activity coefficients of the components D2, DT, and T2.
Methods. The method of successive approximations was used in junction with the “from stage to stage” method, which consists in calculating a single evaporation process on a theoretical plate.
Results. Equations were written for calculating the activity coefficients of hydrogen isotopes on the basis of the Sherwood theory as applied to binary D2-T2, D2-DT, DT-T2 and ternary D2-DT-T2 hydrogen isotope mixtures. The graphical dependences of the activity coefficients and separation coefficients of mixtures D2-T2, D2-DT, and DT-T2 are compared in the range of the concentration of a highly volatile component from 0 to 100 mol % at atmospheric pressure for three options: ideal mixtures; non-ideal mixtures using the Sherwood theory; non-ideal mixtures on the basis of the UNIQUAC model. The dependences of the separation coefficients a were found to be similar for all binary isotopic mixtures. However, when considering mixtures as ideal, a increases.
According to Sherwood's theory, a remains a practically constant value, which is independent of the composition of the mixture. The UNIQUAC model predicts a decrease in a with an increase in the concentration of a less volatile component in the mixture. The profile of the distribution of hydrogen isotopes D2, DT, and T2 of a three-component mixture D2-DT-T2, along the height of a distillation column operating in a closed mode was calculated for three variants. It was accepted that: pressure along the height of the column is constant and equal to atmospheric 760 mm Hg. Art.; number of theoretical plates 21; concentration of components in the liquid phase on the first plate (stage), in mol %: XD₂ = 65; XDT= 10; XT₂= 25; the accuracy of calculating the composition of the vapor phase is 10-10.
Conclusions. The parameters of the binary energy interaction of the UNIQUAC model of hydrogen isotopic mixtures D2-T2, D2-DT, and DT-T2 are determined. The UNIQUAC model is adequate in relation to experimental data on the coefficient of separation. Due to systematic deviations in the theoretical Sherwood and ideal models, they are not suitable for further calculations of phase equilibrium of isotopic mixtures of hydrogen D2-T2, D2-DT, DT-T2, and D2-DT-T2.
Цели. Определение параметров бинарного энергетического взаимодействия модели UNIversal QUAsiChemical (UNIQUAC) на основе математической обработки литературных экспериментальных данных по фазовому равновесию изотопных смесей водорода для расчета коэффициентов активности компонентов D2, DT и T2.
Методы. Применены метод последовательных приближений и метод «от ступени к ступени», заключающийся в расчете процесса однократного испарения на теоретической тарелке.
Результаты. Записаны уравнения для расчета коэффициентов активности изотопов водорода на основе теории Шервуда применительно к бинарным D2–T2, D2–DT, DT–T2 и тройной D2–DT–T2 изотопным смесям водорода. Приведено сравнение графических зависимостей коэффициентов активности и коэффициентов разделения смесей D2–T2, D2–DT, DT–T2 в диапазоне изменения концентрации легколетучего компонента от 0 до 100 мол. % при атмосферном давлении для трех вариантов: идеальных смесей; неидеальных с использованием теории Шервуда и неидеальных на основе модели UNIQUAC. Выявлено, что характер поведения зависимостей коэффициентов разделения α аналогичен для всех бинарных изотопных смесей. При рассмотрении смесей в качестве идеальных α возрастает. По теории Шервуда α остается практически постоянной величиной, не зависящей от состава смеси. Модель UNIQUAC прогнозирует снижение α с ростом концентрации легколетучего компонента в смеси.
Для трех вариантов вычислен профиль распределения изотопов водорода D2, DT и T2 трехкомпонентной смеси D2–DT–T2 по высоте ректификационной колонны, работающей в замкнутом режиме. Принято: давление по высоте колонны постоянно и равно атмосферному 760 мм рт. ст.; число теоретических тарелок 21; концентрации компонентов в жидкой фазе на первой тарелке (ступени), в мол. %: XD₂ = 65; XDT= 10; XT₂= 25; точность расчета состава паровой фазы 10−10.
Выводы. Определены параметры бинарного энергетического взаимодействия модели UNIQUAC изотопных смесей водорода D2–T2, D2–DT, DT–T2. Модель UNIQUAC адекватна по отношению к экспериментальным данным по коэффициентам разделения. Теоретическая модель Шервуда и идеальная модель дают систематические отклонения и не пригодны для дальнейших расчетов фазового равновесия изотопных смесей водорода D2–T2, D2–DT, DT–T2 и D2–DT–T2.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.