5-5  氢同位素氘从气相到液相的催化交换实验

罗阳明  王和义  彭述明

在自行建立的气-液催化交换装置上，用氢同位素氘代替氚研究了氘从气相到液相的催化交换过程。实验装置的流程图见图1。主要由催化交换柱、气体流量计、料液泵、贮液槽及控制系统组成。

在催化交换柱中装填了疏水催化剂及一种亲水填料，含氘的交换气与原料水逆流接触通过催化柱，在疏水催化剂及填料表面发生气-液催化交换反应，氢同位素氘从气相交换到液相，通过测定催化柱进出口氘浓度可计算该装置的催化交换效率。

本实验的研究内容主要有：(1)总的催化交换效率测定；(2)操作温度对催化交换效率影响；(3)催化柱高度对催化交换效率影响；(4)不同进料位置对催化交换效率的影响。

实验结果如下：在45~65 ℃范围内，气体流量0.5~2.0 m³/h，液体流量1~4 kg/h，催化交换效率均能达到（或超过）90%。

温度实验结果表明：在略高于常温（29 ℃）进行实验，1 kg/h的液体流量下，交换气流量2 m³/h时，催化交换效率为84%，而温度升高到45 ℃，同样气、液流量下，催化交换效率为91%，当温度升高到64 ℃时，催化交换效率为88%，说明实验操作温度有一最佳值。综合考虑其他影响因素，如能耗，气-液分离器的处理能力等，气-液催化演示系统操作温度选择在40~45 ℃范围内是合适的。

不同高度催化柱的柱效率测定表明：选择1.5，3.0 m的柱长度获得的催化交换效率均<80%，而选择4 m的柱长度，催化交换效率超过90%。同时，随着柱长度的增加催化交换效率并不是线性增加。

不同进料位置研究结果表明：在原料水及洗涤水同时工作的情况下，进料液位置变化，实际上是浓缩段及洗涤段长度发生变化，在总有效高度4 m情况下，浓缩段及洗涤段长度变化可明显影响其各自的催化交换效率，随着交换气流量增加，浓缩段的效率由大到小，而洗涤段效率存在最佳值。在两段总长度不变时，对总的催化交换效率影响不大。1.5 m³/h交换气时，柱顶出口处的催化交换效率均超过90%，改变进液口位置，对总的催化交换效率影响不大，这主要是两个原料液进口位置差别不大所造成的。

气-液催化交换装置的建立及氢同位素氘从气相到液相的实验研究，为进一步研究氚的转化实验，提供了依据。