Girdler sulfid process
Girdler -sulfid (GS)-processen , även känd som Geib-Spevack-processen (GS) , är en industriell produktionsmetod för att filtrera bort det tunga vattnet ( deuteriumoxid = D 2 O) från naturligt vatten som används i partikelforskning, i deuterium NMR- spektroskopi, deutererade lösningsmedel för proton-NMR-spektroskopi, i tungvattenkärnreaktorer (som kylmedel och moderator ) och i deutererade läkemedel .
Karl-Hermann Geib och Jerome S. Spevack, oberoende av varandra, och parallellt, uppfann processen 1943 och dess namn kommer från företaget Girdler, som byggde den första amerikanska anläggningen med hjälp av processen.
Metoden är en isotopbytesprocess mellan H 2 S och H 2 O ("lätt" vatten), som producerar tungt vatten i flera steg. Det är en mycket energikrävande process.
Fram till stängningen 1997 var Bruce Heavy Water Plant i Ontario (som ligger på samma plats som Douglas Point och Bruce Nuclear Generating Station ) världens största tungvattenproduktionsanläggning, med en toppkapacitet på 1600 ton per år (800 ton) per år per full anläggning, två fullt fungerande anläggningar på topp). Den använde Girdler-sulfidprocessen för att producera tungt vatten och krävde i massa 340 000 enheter matarvatten för att producera 1 enhet tungt vatten.
Den första sådana anläggningen av Indiens Heavy Water Board som använder Girdler-processen är i Rawatbhata nära Kota, Rajasthan. Detta följdes av en större anläggning i Manuguru, Andhra Pradesh. Andra växter finns i USA och Rumänien till exempel. Rumänien, Indien och den tidigare leverantören av mycket av världens tungvattenbehov Kanada har alla tungvattenreaktorer i drift, varav två vid Cernavoda kärnkraftverk i Rumänien utgör hela landets flotta och flera vardera i Indien (mest IPHWR ) och Kanada (exklusivt CANDU ).
Processen
Vart och ett av ett antal steg består av två sikttrågkolonner. En kolumn hålls vid 30 °C (86 °F) och kallas det kalla tornet och den andra vid 130 °C (266 °F) och kallas det varma tornet . Anrikningsprocessen baseras på skillnaden i separation mellan 30 °C och 130 °C.
Processen av intresse är jämviktsreaktionen,
H 2 O + HDS ⇌ HDO + H 2 S
Vid 30 °C är jämviktskonstanten K = 2,33, medan K = 1,82 vid 130 °C. Denna skillnad utnyttjas för att anrika deuterium i tungt vatten.
Vätesulfidgas cirkuleras i en sluten slinga mellan det kalla tornet och det varma tornet (även om dessa kan vara separata torn, kan de också vara separata sektioner av ett torn, med den kalla sektionen överst). Avmineraliserat och avluftat vatten matas till det kalla tornet där deuteriummigrering företrädesvis sker från vätesulfidgasen till det flytande vattnet. Vanligt vatten matas till det varma tornet där deuteriumöverföring sker från det flytande vattnet till svavelvätegasen. I kaskadsystem används samma vatten för båda ingångarna. Mekanismen för detta är skillnaden i jämviktskonstanten; i det kalla tornet sänks deuteriumkoncentrationen i vätesulfiden och koncentrationen i vattnet höjs. Deuteriumet i den heta slingan föredrar något att vara i vätesulfiden, vilket resulterar i överskott av deuterium i vätesulfiden i förhållande till det kalla tornet. För n mol deuterium per mol protium i det ingående vattnet i det varma tornet finns det n / 1,82 mol per mol deuterium i svavelväte. I det kalla tornet överförs en del av detta deuterium till det kalla tornets ingående vatten, i enlighet med jämviktskonstanten. Vid ingången till det kalla tornet är förhållandet mellan produkter och reaktanter i ovanstående ekvation 1,82, eftersom båda ingångsströmmarna har lika koncentrationer av deuterium. Den kemiska jämvikten försöker tvinga in mer deuterium i vattnet för att korrigera förhållandet. Helst bör det kalla tornet mata ut vatten med 28 % mer deuterium än det kom in (2,33 dividerat med 1,82). Anrikat vatten kommer från det kalla tornet, medan utarmat vatten kommer från det varma tornet.
Ett lämpligt kaskadsystem åstadkommer anrikning: anrikat vatten matas in i en annan separationsenhet och anrikas ytterligare.
Normalt i denna process anrikas vatten till 15–20 % D 2 O. Ytterligare anrikning till "reaktorklassat" tungt vatten (> 99 % D 2 O) görs i en annan process, t.ex. destillation .
