Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. Вып. 2
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.112.23.05
ГЕНЕРАТОР СМЕСИ H2SE-H2 НА ОСНОВЕ
ОРОШАЕМОЙ СЕЛЕНОМ НАСАДКИ.
ЧАСТЬ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
© Н. Д. Роенков, С. Е. Александров
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого,
195251, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29
Поступила в Редакцию 4 сентбря 2019 г.
После доработки 3 августа 2020 г.
Принята к публикации 13 октября 2020 г.
Исходя из результатов экспериментального изучения процессов синтеза H2Se в насадочных колонках и
с учетом литературных сведений о кинетике взаимодействия H2 с селеном построена однопарамет-
рическая математическая модель генератора смеси H2Se-H2 на основе орошаемой селеном насадки.
Модель связывает важные для практического использования характеристики генератора с условиями
в зоне синтеза и с размерными и конструкционными параметрами этой зоны. Для нескольких частных
случаев найдены численные значения параметра модели и получены уравнения для расчета состава
смеси. Они могут использоваться и в других случаях, например, для ориентировочной оценки размеров
генератора и рабочих условий, необходимых для генерирования смеси с нужными характеристиками.
Ключевые слова: генератор H2Se; смесь H2Se-H2; орошаемая селеном насадка; математическая
модель генератора
DOI: 10.31857/S0044461821020018
Чрезвычайно высокая токсичность H2Se, усугуб-
В генераторах на основе орошаемой селеном на-
ляющаяся его высокой летучестью [1], очень силь-
садки смесь H2Se-H2 образуется при движении во-
но усложняет и удорожает получение, транспорти-
дорода через орошаемую жидким селеном насадку в
ровку, хранение и использование селеноводорода.
зоне синтеза, где происходит его частичное превра-
Объединение получения H2Se с его использованием
щение в H2Se в результате химического взаимодей-
в едином процессе и на одной установке в случаях,
ствия с жидким и парообразным селеном.
когда H2Se должен вводиться в зону реакции непре-
Цель исследования — разработка математической
рывно и стабильно в течение длительного времени,
модели генератора смеси H2Se-H2, образующейся
оказывается весьма затруднительным из-за непри-
при движении водорода через орошаемую жидким
годности известных генераторов H2Se для работы в
селеном насадку.
таком режиме.
В [2] был предложен тип генераторов смеси
Экспериментальная часть
H2Se-H2, который основан на комбинации синтеза
H2Se в орошаемой селеном насадке с добавлением
Процессы в генераторе изучали в насадочных ко-
в реактор селена из внешнего источника. Эта комби-
лонках с возможностью визуального наблюдения за
нация позволяет обойти недостатки и ограничения
парообразным и жидким селеном. Было замечено, что
других типов генераторов.
при достаточно интенсивном орошении насадки зоны
139
140
Роенков Н. Д., Александров С. Е.
синтеза жидкий селен и его насыщенный пар посто-
мерное распределение всех этих условий в реальном
янно присутствуют во всей зоне синтеза, несмотря на
аппарате обеспечить нелегко, но, учитывая особен-
расходование селена на химическое взаимодействие
ности насадочного реактора и упомянутые выше на-
с водородом с образованием H2Se. По-видимому, в
блюдения, примерно равномерное их распределение
таких условиях процессы, устраняющие вызывае-
в зоне синтеза генератора в установившемся режиме
мые химическим взаимодействием обеднение зоны
можно считать вполне реальным. Поэтому неизмен-
синтеза селеном и неоднородность состава газовой
ность и одинаковость по всей зоне синтеза названных
фазы в поперечном сечении, протекают значительно
условий примем как достаточно оправданные допу-
быстрее, чем происходит химическое связывание
щения, без использования которых задача постро-
селена. Крайне медленное протекание химической
ения модели была бы неизмеримо более сложной.
реакции между водородом и селеном обнаружилось
Процессы второй группы обеспечивают превра-
уже в первых исследованиях взаимодействия водо-
щение движущегося через насадку H2 в H2Se в ре-
рода с селеном [3] (например, при 324°С установ-
зультате его взаимодействия с селеном. Благодаря им
ление равновесия в запаянных сосудах требовало
возникают потоки H2 и H2Se, которые целесообразно
нескольких суток, при 500°С — четверти часа). Хотя
рассматривать в совокупности как поток газовой сме-
наши рабочие температуры (560-650°С) выше, чем в
си H2Se-H2 с изменяющейся по мере взаимодействия
экспериментах работы [3] (500°С и ниже), и скорость
степенью превращения H2 в H2Se α, но с неизменен-
химического взаимодействия в нашем случае должна
ным и одинаковым по всей зоне синтеза суммарным
быть больше, но в насадочной колонке должен быть
мольным расходом, равным мольному расходу H2 на
значительно интенсивнее, чем в запаянных сосудах, и
° (где H2Se еще нет). Отметим, что
массоперенос в газовой фазе (в частности, благодаря
создаваемый генератором поток на его выходе являет-
незначительности толщины пограничных диффузион-
ся этим же потоком H2Se-H2 с таким же суммарным
ных слоев над жидким селеном на коротких и хорошо
мольным расходом и с составом, соответствующим
омываемых потоком участках поверхности элементов
значению α на выходе зоны синтеза (при сохранении
насадки и свободных капель).
α в последующих зонах). Поэтому результатом моде-
Учитывая вышесказанное, процессы в зоне син-
лирования генератора должна быть зависимость α от
теза можно разделить на две группы: во-первых,
условий в зоне синтеза и времени пребывания в ней
процессы, обеспечивающие управляемое ороше-
смеси H2Se-H2.
ние насадки и поддержание в ней определенных
условий, практически не зависящих от процессов
Разработка модели
второй группы; во-вторых, процессы, обеспечи-
вающие превращение водорода, движущегося че-
Выделим в газовом потоке смеси H2Se-H2 в зоне
рез орошаемую должным образом насадку, в H2Se.
синтеза элементарную область, занимающую все его
Процессы первой группы могут проходить и при от-
поперечное сечение и движущуюся вместе с ним.
сутствии процессов второй группы, что и происходит,
Суммарное количество молекул H2 и H2Se в любом
например, на стадии выведения генератора на рабочий
поперечном сечении потока одинаково и постоянно.
режим и при использовании аргона вместо водорода.
В соответствии с принятыми допущениями темпе-
Наиболее удобным для построения модели явля-
ратура Т и сумма парциальных давлений H2 и H2Se,
ется вариант с неизменными и одинаковыми по всей
равная разности постоянных общего давления Р и
зоне синтеза условиями — температурой Т, общим
давления насыщенного пара селена psel, во всей зоне
давлением Р, парциальным давлением селена psel
синтеза также одинаковы и постоянны. Поэтому объ-
(в зоне синтеза равным давлению насыщенного пара)
ем, занимаемый содержащейся в этой элементарной
и отношением F эффективной площади поверхно-
области смесью H2Se-H2 (другими словами, объем
сти жидкого селена к эффективному объему газовой
самой этой области ∆V) в зоне синтеза везде будет
фазы. В реальной насадочной колонке неизбежны
одинаковым и неизменным (в соответствии с уравне-
пространственно-временные неоднородности рас-
нием Клапейрона-Менделеева и при допущении, что
пределения селена, приводящие к подобным неодно-
газообразные компоненты ведут себя как идеальные
родностям F. Но при нашем моделировании важна не
газы). В трубчатых насадочных реакторах, к которым
пространственно-временная структура F, а эффектив-
относится и наша колонка, подобные области наибо-
ное усредненное его значение, которое можно исполь-
лее близки к рассматриваемым в модели идеального
зовать в качестве неизменной и одинаковой во всех
вытеснения областям, важнейшим свойством которых
точках зоны характеристики. Хотя абсолютно равно-
является замкнутость [4].
Генератор смеси H2Se-H2 на основе орошаемой селеном насадки. Часть 2. Математическое моделирование
141
В этой квазизамкнутой элементарной области
по мере ее движения, а значит, с ростом времени
,
(3)
пребывания в ней смеси происходит превращение
H2 в H2Se в условиях, обеспечиваемых процессами
первой группы. Учитывая вышесказанное, нетрудно
где
,
,
,
— константы скорости прямых и
с помощью уравнения Клапейрона-Менделеева по-
обратных элементарных реакций.
лучить выражение для времени пребывания tk смеси
Нетрудно убедиться, что для начального этапа
H2Se-H2 во всей зоне синтеза:
образования H2Se (cH2Se << cH2, cSe2) уравнение (3)
превращается в уравнение с первым порядком по H2
° RT),
(1)
и Se2, а для начала разложения H2Se (cH2Se >> cH2,
cSe2) — в уравнение с первым порядком по H2Se.
°
— парциальное давление H2 в начале зоны
Вторая схема содержит 4 обратимые элементарные
°
= P - psel), V — эффективный объем газо-
реакции и дополнительно к первой схеме предпо-
вой фазы всей зоны синтеза, R — газовая постоянная,
лагает участие возбужденных молекул H2Se*, полу-
Т — температура.
чивших возбуждение от других молекул H2Se или от
Учитывая очень низкую скорость химического вза-
каких-то иных молекул М. Кинетическое уравнение
имодействия H2 с селеном и благоприятные для массо-
в этом случае очень сложное и содержит 8 коэффи-
переноса условия в насадочной колонке, при создании
циентов, являющихся константами скорости прямых
математической модели генератора можно принять,
и обратных элементарных реакций и концентрацией
что скорость генерирования H2Se в насадке при доста-
молекул М. Согласно ему на начальных этапах раз-
точном уровне ее орошения определяется кинетикой
ложение H2Se также имеет первый порядок по H2Se,
химического взаимодействия. В работе [3], посвящен-
а образование H2Se — первый порядок по H2 и Se2.
ной исследованию кинетики образования и разложения
Таким образом, в публикациях по кинетике об-
H2Se в статических условиях при температурах ниже
разования и разложения H2Se предлагаются разные
500°C, обнаружено, что при наличии конденсирован-
кинетические уравнения — от самых простых (с пер-
ного селена химическая реакция идет как гомогенно
вым порядком по H2 и H2Se) до весьма сложных
в газовой фазе, так и на поверхности твердого или
выражений, которые, однако, на начальных стадиях
жидкого селена. Автор [3] показал, что полученные
образования или разложения H2Se тоже показывают
им данные о суммарной скорости процесса удовлет-
первый порядок по H2 или H2Se соответственно. Эти
ворительно описываются кинетическим уравнением
уравнения содержат до 4 (и более) коэффициентов,
являющихся константами скорости элементарных
,
(2)
реакций и (в некоторых случаях) концентрациями
каких-то молекул М в газовой фазе, способных при-
где cH2, cH2Se — концентрации H2 и H2Se в газовой
водить H2Se в возбужденное состояние.
фазе; t — время;
,
— константы скорости пря-
При разработке математической модели генерато-
мой и обратной реакций, в константу
включена
ра использование «строгих» описаний химического
концентрация селена, постоянная в насыщенном паре.
взаимодействия может оказаться нецелесообразным
Доли вкладов объемной и поверхностной реакций
из-за их большой сложности. Более правильным мо-
в суммарную скорость процесса в уравнении никак не
жет оказаться использование описаний упрощенных,
отражены, но автор отмечает, что благодаря каталити-
но в достаточной для решаемой задачи мере отража-
ческому действию конденсированного селена образо-
ющих закономерности реального процесса в нужных
вание и распад H2Se на его поверхности идут намного
условиях.
(по меньшей мере в 10 раз) быстрее, чем в объеме.
Учитывая литературные сведения и вышесказан-
Авторы работы [5], исходя из полученных други-
ное, при построении модели генератора мы опробова-
ми авторами экспериментальных данных и из своих
ли три варианта математического описания кинетики
собственных наблюдений, предложили для газофаз-
газофазного взаимодействия водорода с насыщенным
ного термического разложения H2Se несколько схем
паром селена. В первом варианте было использовано
(учитывающих и газофазное образование H2Se). Для
наиболее простое выражение с первым порядком по
нас представляют интерес две из них. Первая состоит
водороду и селеноводороду jv = k1cH2 - k2cH2Se, где
из трех обратимых элементарных реакций с участием
jv — скорость появления H2Se в единице объема; k1,
H2Se, H2, Se2 и Se и приводит к следующему кинети-
k2 — эффективные константы скорости прямой и
ческому уравнению:
обратной объемных реакций; в константе k1 учтены
142
Роенков Н. Д., Александров С. Е.
постоянные в насыщенном паре соответствующие
почти исключительно поверхностным. Поэтому в
характеристики селена. Во втором и третьем вари-
качестве математической модели для описания ско-
антах использованы более строгие и сложные описа-
рости образования H2Se по поверхностной реакции
ния кинетики газофазного взаимодействия, для чего
взято сходное с уравнением (2) выражение jS = k3cH2 -
были применены упомянутые выше кинетические
- k4cH2Se, где jS — скорость появления H2Se на едини-
уравнения из работы [5], должным образом преобра-
це площади поверхности жидкого селена, k3 и k4 —
зованные с учетом наших условий. В частности, для
кажущиеся константы скорости прямой и обратной
второго варианта исходным кинетическим уравнени-
поверхностных реакций в рассматриваемых условиях.
ем послужило выражение (3).
Вклад объемной и поверхностной реакций опре-
Отметим, что математические модели генератора,
деляется как их удельными скоростями jv и jS, так и
использующие любой из этих трех вариантов, могут
эффективной площадью поверхности жидкого селена
достаточно хорошо аппроксимировать полученные
∆S, эффективным объемом газовой фазы ∆V и их от-
нами экспериментальные результаты. Но если пер-
ношением F в реакционном пространстве.
вый вариант описания газофазного взаимодействия
Результирующая скорость образования H2Se в
приводит к однопараметрической модели генератора
этом пространстве
с простым и удобным для расчетов уравнением, свя-
зывающим состав синтезируемой смеси с временем
= jvΔV + jSΔS = ΔV(jv + jSF) =
пребывания ее в зоне синтеза, то два других варианта
дают модели генератора с несколькими параметра-
= ΔV(k1cH2 - k2cH2Se + Fk3cH2 - Fk4cH2Se) =
(4)
ми и очень громоздкими уравнениями. Численные
= ΔV(K1cH2 - K2cH2Se),
значения этих параметров приходится определять в
основном путем подбора в соответствии с наилучшим
где NH2Se — количество H2Se (моль), K1 = k1 + Fk3
согласием модели с экспериментальными данными.
и K2 = k2 + Fk4 играют роль эффективных констант
Интересно, что исходное кинетическое уравнение
скорости прямой и обратной суммарных реакций.
(3) для второго варианта при допущении равенства
Для рассматриваемой элементарной области, обла-
констант скорости взаимодействия атомарного селена
дающей постоянным объемом ∆V, уравнению можно
с H2Se (
) и с H2 (
) существенно упрощается, по-
придать удобный для интегрирования вид
скольку при
/
= 1 знаменатель в (3) превращается
в простую сумму концентраций H2Se и H2, которая в
= K1cH2 - K2cH2Se.
(5)
наших условиях равна постоянной величине. В этом
случае уравнение для расчета состава смеси получа-
ется относительно простым, а для некоторых условий
При полном равновесии
= 0 и
=
оно оказывается точно совпадающим с уравнением
для первого варианта и содержит только один эмпи-
= K (K — константа равновесия между H2Se и H2 в
рический параметр.
присутствии жидкого селена и его насыщенного па-
По этим причинам основное внимание в статье
ра), отсюда K1 = KK2.
уделено математической модели генератора с первым
Поскольку полное равновесие не должно зависеть
вариантом описания газофазного взаимодействия, и
ни от площади, ни от объема, ни от их отношения,
вывод уравнения для расчета состава смеси дальше
K не должна зависеть от F, хотя равна отношению
приведен только для этого случая. Для двух других
(k1 + Fk3)/(k2 + Fk4), т. е. содержит F. Дело в том, что
случаев вывод уравнений строится так же, но в статье
при полном равновесии должны быть равны нулю
не приводится, как не приводятся и сами эти уравне-
и jv, и jS, что приводит к условию cH2Se/cH2 = k1/k2 =
ния (за исключением относительно простого урав-
= k3/k4, при котором, как нетрудно убедиться, от-
нения для случая использования второго варианта и
ношение (k1 + Fk3)/(k2 + Fk4) не зависит от F.
допущения
/
= 1).
Действительно, вынеся в этом отношении коэффи-
Для описания скорости образования H2Se в резуль-
циенты при F за скобки k3(k1/k3 + F)/[k4(k2/k4 + F)] и
тате реакции на поверхности жидкого селена можно
учтя, что k1/k3 = k2/k4, видим, что выражения в круг-
воспользоваться уравнением (2), которое, как показано
лых скобках оказываются равными и вместе с F вза-
в [3], вполне удовлетворительно описывает опытные
имно сокращаются.
данные. Хотя эти данные относились к суммарному
Выразив cH2Se и cH2 через степень превращения
процессу, но, по заключению Боденштейна [3], сум-
°
=
°
°
° и
марный процесс в условиях его опытов можно считать
Генератор смеси H2Se-H2 на основе орошаемой селеном насадки. Часть 2. Математическое моделирование
143
зоны синтеза с временем пребывания ее в этой зоне
°
° [KK2(1 - α) - K2α] =
2
в общем виде:
° [K - α(1 + K)].
(6)
Разделим переменные
и по-
Для сравнения приведем аналогичное уравнение
сле интегрирования в пределах от 0 до α (для α) и
для случая использования второго варианта опи-
от 0 до tk (для t) и решения относительно α получим
сания газофазного взаимодействия (3) и допущения
уравнение (6), связывающее состав смеси на выходе
/
= 1:
(7)
В нем использованы обозначения, принятые при
атмосферному 101.3 кПа, интенсивность орошения
выводе уравнения (6), и символ
, обозначающий
примерно соответствует Jk — см. ниже).
один из коэффициентов в уравнении (3). Отметим,
Cтеклоуглеродная насадка:
что для K = 1 (что соответствует температуре, рав-
α = 0.5[1 - e-2tk] — для 650°C,
ной или близкой к 650°С) это уравнение превраща-
α = 0.47[1 - e-1.14tk] — для 600°C,
ется в уравнение вида (6) с одним эмпирическим
α = 0.43[1 - e-0.7tk] — для 560°C.
параметром K2, который в этом случае должен быть
Насадка из кварцевого стекла:
равен сумме 2
+ Fk4. Это вполне согласуется с по-
α = 0.5[1 - e-1.2tk] — для 650°C,
лученным при выводе уравнения (6) выражением
α = 0.47[1 - e-0.76tk] — для 600°C.
K2 = k2 + Fk4, отражающим вклад в эффективную кон-
Число перед прямоугольными скобками показы-
станту скорости реакции разложения H2Se объемной
вает предельное (равновесное) значение α, равное
(k2) и поверхностной (Fk4) составляющих, поскольку
K/(K + 1).
согласно уравнению (3) в начале разложения H2Se
Замена насадки из кварцевого стекла на стекло-
(cH2Se >> cH2, cSe2) константа скорости газофазной
углеродную в том же генераторе и при той же тем-
реакции как раз и равна 2
пературе и том же уровне орошения приводит к
Если в генераторе обеспечено сохранение H2Se
смещению зависимости y от tk в сторону меньших
в парогазовой смеси, покидающей зону синтеза, то
значений tk (рис. 1). По-видимому, это объясняется
уравнение (6) связывает долю H2Se в смеси H2Se–H2
увеличением эффективной площади поверхности
на выходе всего генератора с временем пребывания
жидкого селена благодаря лучшему смачиванию им
смеси в зоне синтеза tk, а значит, с ее объемом, ус-
стеклоуглерода по сравнению с кварцевым стеклом.
ловиями в ней и расходом вводимого в генератор
Зависимость процесса образования H2Se от уровня
водорода [через выражение (1) для tk]. Численные
орошения насадки имеет несколько участков. При
значения параметра K2 определяются из условия наи-
недостаточном орошении (первый участок) жидкий
лучшего согласия уравнения (6) с экспериментальны-
селен и его насыщенный пар присутствуют не во всей
ми результатами для конкретного генератора.
зоне синтеза. С ростом орошения при определенном
Для генераторов с зоной синтеза эффективным
его уровне Jk насыщенный пар и жидкий селен появ-
объемом 26.5 см3 с насадкой из стеклоуглерода и из
ляются уже во всей зоне синтеза, начинается второй
кварцевого стекла для трех температур зоны синтеза
участок. Здесь выполняются условия и допущения,
из наиболее интересного в практическом отношении
положенные в основу математической модели, влия-
интервала найдены численные значения K2 и част-
ние усиления орошения становится несколько слабее
ные уравнения для расчета состава с численными
и, по-видимому, оно связано в основном с увеличе-
значениями всех коэффициентов (значения K взяты
нием эффективной площади поверхности жидкого
из справочника,* давление насыщенного пара селе-
селена.
на psel — из [6], общее давление Р принято равным
Численное значение Jk зависит от температуры,
размеров зоны синтеза и некоторых других параме-
тров генератора и должно определяться опытным
* Gmelin Handbuch der anorganischen Chemie: Se.
путем в каждом конкретном случае отдельно. Это
Erganzungsband A3. Berlin; Heidelberg; New York: Springer-
Verlag, 1981. S. 231.
можно сделать, построив экспериментально зависи-
144
Роенков Н. Д., Александров С. Е.
Характеристики генерируемой смеси и производи-
тельность генератора по селеноводороду определяют-
ся условиями в зоне синтеза и расходом водорода на
° . Суммарный расход смеси равен расходу
° , мольная доля H2Se в смеси α с ростом
° уменьшается в соответствии с уравнениями (1)
и (6), а производительность генератора по селеново-
°
° ,
наоборот, увеличивается, несмотря на уменьшение
° изменяются
противоположным образом, что иллюстрируется при-
мером оценок w и α для генератора с зоной синтеза
эффективным объемом 26.5 см3 (рис. 2). Эти особен-
ности следует иметь в виду при выборе технологиче-
ских параметров процессов генерирования с учетом
решаемой задачи.
Результаты, полученные в генераторах с неодно-
родным распределением температуры в зоне синте-
Рис. 1. Зависимость содержания H2Se в смеси с H2 на
за, также могут быть примерно аппроксимированы
выходе генератора y (y = α·100%) от времени пребыва-
ния смеси в зоне синтеза tk при температуре 650°C по
рассмотренной выше моделью, построенной в пред-
математической модели (кривые 1 и 2) и по эксперимен-
положении однородности условий в зоне синтеза.
тальным данным (точки 3-6; во избежание утяжеления
Нужное значение температуры можно найти из зна-
рисунка стандартные отклонения для точек 5 и 6 не
чений содержания H2Se в генерируемой смеси при
показаны).
наибольшем времени ее пребывания в зоне синтеза
1, 3 — для стеклоуглеродной насадки; 2, 4-6 — для насад-
tk (при наименьших значениях расхода H2 на входе
ки из кварцевого стекла.
° ). В соответствии с уравнением (6) с
Эффективный объем зоны синтеза (см3; за него мы при-
ростом tk значение α стремится к пределу K/(K + 1),
нимали объем зоны, уменьшенный на объем элементов
насадки): 1-4 — 26.5; 5 — 290; 6 — 352.
мость y от интенсивности орошения при фиксиро-
ванном tk и найдя на ней место перехода к участку с
более слабым влиянием орошения (второй участок).
В качестве условного показателя интенсивности оро-
шения можно принять мощность, подводимую к на-
гревателю куба, или температуру в какой-то точке
вблизи нагревателя.
Экспериментальные результаты, полученные в
генераторах разных размеров, но с одним видом на-
садки, при одинаковой температуре и с достаточным
уровнем орошения (примерно Jk), на поле y-tk лежат
довольно близко друг к другу. В целях ориентировоч-
ных оценок они могут быть аппроксимированы одной
математической моделью с конкретными числовыми
величинами (рис. 1, экспериментальные точки 4-6
и математическая модель 2). Это дает возможность,
Рис. 2. Производительность генератора по селеноводо-
отталкиваясь от приведенных выше частных урав-
роду w и мольная доля селеноводорода в генерируемой
нений и выражения (1), ориентировочно оценивать
смеси α по математической модели (кривые 1-4) и по
размеры зоны синтеза и рабочие условия, необходи-
экспериментальным данным (точки 5-8).
мые для генерирования смеси H2Se-H2 с нужными
1, 5 — стеклоуглеродная насадка, 600°C; 2, 6 — стекло-
составом, расходом и производительностью по селе-
углеродная насадка, 650°C; 3, 7 — насадка из кварцевого
новодороду.
стекла, 600°C; 4, 8 — насадка из кварцевого стекла, 650°C.
Генератор смеси H2Se-H2 на основе орошаемой селеном насадки. Часть 2. Математическое моделирование
145
что позволяет из экспериментальных значений α в
Благодарности
° найти примерное значе-
Авторы выражают искреннюю и глубокую благо-
ние K и далее значение температуры (по известной
дарность студентам В. Н. Волову, С. А. Кабановой,
температурной зависимости K).
И. П. Павлушкову и А. В. Прокофьеву, принявшим
активное участие в работе по изучению и моделиро-
ванию генератора.
Выводы
Процессы в генераторе на основе орошаемой жид-
Конфликт интересов
ким селеном насадки можно разделить на две груп-
пы — процессы, обеспечивающие нужное орошение
Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте-
ресов, требующего раскрытия в данной статье.
насадки, и процессы, обеспечивающие превращение
движущегося через насадку H2 в H2Se. Процессы
второй группы приводят к возникновению потоков
Информация об авторах
H2 и H2Se, которые целесообразно рассматривать со-
Роенков Николай Дмитриевич, к.т.н., доцент,
вместно как удобный для моделирования поток смеси
H2Se-H2 с инвариантным суммарным мольным рас-
Александров Сергей Евгеньевич, д.х.н., проф.,
ходом, но с изменяющейся по мере взаимодействия
степенью превращения H2 в H2Se.
Анализ потока смеси H2Se-H2 в насадке с исполь-
зованием представлений о потоке идеального вытес-
Список литературы
нения позволяет построить однопараметрическую
[1] Yaws C. L. Matheson Gas Data Book. 7th Ed. New York:
математическую модель генератора смеси H2Se-H2 на
McGraw-Hill, 2001. P. 470-475.
основе орошаемой селеном насадки. Модель связыва-
[2] Роенков Н. Д., Александров С. Е. Генератор смеси
ет характеристики генерируемой смеси с условиями
H2Se-H2 на основе орошаемой селеном насадки.
в зоне синтеза, временем пребывания смеси в ней, а
Часть 1. Разработка конструкции и эксперименталь-
значит, и с ее объемом и расходом вводимого в гене-
ное исследование генератора // ЖПХ. 2021. Т. 94.
№ 1. С. 96-103.
ратор водорода.
Найденные для нескольких частных случаев чис-
[3] Bodenstein M. Gasreaktionen in der chemischen
ленные значения параметра модели и уравнения для
Kinetik. Bildung und Zersetzung von selenwasserstoff
расчета состава смеси могут использоваться и в дру-
// Z. Physik. Chem. 1899. Вd 29. S. 429-449.
гих случаях, например, для ориентировочной оценки
[4] Ганин П. Г., Мошинский А. И., Маркова А. В.,
размеров генератора и рабочих условий, необходимых
Рубцова Л. Н., Сорокин В. В. Определение высоты
для генерирования смеси с нужными характеристи-
слоя насадки при противоточном движении фаз в
ками.
режиме идеального вытеснения // Сорбцион. и хро-
Генерирование селеноводорода в стеклоуглерод-
матогр. процессы. 2018. Т. 18. № 4. С. 536-542.
ной насадке идет быстрее, чем в насадке из кварце-
вого стекла, что объясняется большей эффективной
[5] Девятых Г. Г., Крупкин Н. Л., Гаврищук Е. М. О меха-
площадью поверхности жидкого селена на стекло-
низме термораспада селеноводорода при газофазном
осаждении селенида цинка // Высокочистые веще-
углероде благодаря лучшему смачиванию селеном
ства. 1992. № 4. С. 21-34.
стеклоуглерода по сравнению с кварцевым стеклом.
Мольная доля H2Se в генерируемой смеси и про-
изводительность генератора по селеноводороду опре-
пара селена и сесквиселенида индия IN0.4SE0.6 //
деляются условиями в зоне синтеза и расходом вво-
Физика и химия стекла. 2006. Т. 32. № 4. С. 599-
димого в генератор водорода и при его изменении
602 [Klimova A. M., Ananichev V. A., Demidov A. I.,
изменяются взаимосвязанно, но противоположным
образом. Это необходимо принимать во внимание
of selenium and indium sesquiselenide In0.4Se0.6
при выборе условий и расхода водорода с учетом
решаемой задачи.
