Параметры модели UNIQUAC для описания фазового равновесия пар – жидкость изотопных смесей водорода H₂–D₂, H₂–HD, HD–D₂

Выполнен анализ расчетных и литературных экспериментальных данных по коэффициентам активности изотопов водорода в смесях H₂–D₂, H₂–HD. Расчетные данные получены на основе известной теории многокомпонентных жидких растворов водорода (Шервуда), учитывающей неидеальность парожидкостного равновесия. Максимальное относительное отклонение составило 5.4 %. Проверена адекватность описания упругости паров чистых компонентов H₂, D₂, HD эмпирическими уравнениями, и выбраны уравнения для расчета фазового равновесия в системе пар — жидкость. На основе математической обработки литературных экспериментальных данных по фазовому равновесию изотопных смесей водорода H₂–D₂, H₂–HD, HD–D₂ найдены параметры бинарного энергетического взаимодействия модели UNIQUAC для расчета коэффициентов активности компонентов H₂, D₂, HD. Вычислены коэффициенты разделения смесей H₂–D₂, H₂–HD, HD–D₂ при различных температурах кипения в зависимости от давления и состава. На основе полученных результатов построены диаграммы фазового равновесия y-x и t-x,y при атмосферном давлении. Расчетные исследования коэффициента разделения данных изотопных смесей показали отличие качественного поведения зависимости кривой коэффициента разделения от состава легколетучего компонента, полученного по модели UNIQUAC, по теории Шервуда и при рассмотрении смеси в качестве идеальной. Кривая коэффициента разделения, вычисленная по модели UNIQUAC, является слегка выпуклой к оси абсцисс, по теории Шервуда — убывающей, а при рассмотрении идеальной смеси, подчиняющейся закону Рауля, — возрастающей и практически прямой линией со значительным углом наклона к оси абсцисс. Приведены графические расчетные зависимости температуры кипения смеси H₂–D₂ от концентрации H₂ в жидкой фазе при различных давлениях. Исследован профиль распределения компонентов H₂, D₂, HD по высоте 21-й тарельчатой ректификационной колонны для модельной трехкомпонентной смеси H₂–HD–D₂ состава, в % мол.: x_H2 = 0.014; x_HD = 60; x_D2 = 39.986 для процесса замкнутой ректификации с учетом и без учета коэффициентов активности компонентов. Выявлено расхождение в профилях для H₂ и HD. Наличие параметров бинарного энергетического взаимодействия UNIQUAC между молекулами изотопов водорода позволит проводить численный анализ разделения изотопных смесей водорода низкотемпературной ректификацией в среде моделирования Hysys при различных режимах работы ректификационной колонны или каскада колонн с целью поиска оптимальных структурных схем разделения.