РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТЬ — ПАР В СИСТЕМЕ UF6 — BRF3 ПРИ 60 °С

Жерин И.И., Усов В.Ф., Оствальд Р.В., Индык Д.В.
Томский политехнический университет


При переработке ядерного топлива фторидами галогенов образуются системы содержащие гексафторид урана, трифторид брома, пентафторид йода, фторводород [1]. Эту систему можно разделить дистилляцией, для чего необходимы термодинамические данные по фазовым равновесиям в многокомпонентных системах, а так же составляющих их бинарных системах.

Фазовое равновесие жидкость — пар системы гексафторид урана — трифторид брома изучали статическим методом при температурах от 10 °С до 70 °С. Использовали очищенные по известным методикам реагенты [2]. Чистоту трифторида брома проверяли по нормальной температуре кипения, рассчитанной из зависимости давления насыщенного пара BrF3 от температуры по уравнению:

На рисунке 1, представлены экспериментальные данные зависимости давления насыщенного пара от состава жидкой фазы в системе UF6 — BrF3 при 60 °С. Система гексафторид урана — трифторид брома состоит из компонентов, давление насыщенного пара которых сильно отличаются. При температуре 60 °С компоненты этой системы неограниченно растворимы друг в друге. Из рисунка видно, что система имеет положительное отклонение от закона Рауля, что согласуется с первым законом Гиббса — Коновалова: добавление к раствору более летучего компонента (UF6) повышает общее давление насыщенного пара [3].

В связи с высокой химической агрессивностью компонентов системы получить достаточно надёжные данные о составе паровой фазы представляет собой трудную задачу. Поэтому расчёт состава пара, равновесного с жидкостью, провели методом Ярым — Агаева имеющим строгое термодинамическое обоснование на основе уравнения Гиббса — Дюгема [4]. На рисунке расчёт состава пара равновесного с жидкостью представлен штриховой линией. Видно, что увеличение содержания гексафторида урана в растворе приводит к увеличению содержания его в паре, т.е. соблюдается закон Гиббса — Коновалова [3].

Из рисунка 1 видно, что изотерма имеет незаконченный вид. Это объясняется появлением твёрдой фазы в смеси, а нас на момент проведённия исследований интересовала парогазовая смесь.

Анализ представленной диаграммы парожидкостного равновесия в системе UF6 — BrF3 при 60 °С указывает на отсутствие азеотропа, что даёт возможность полного дистиляционного разделения её на чистые компоненты.