Sobre el agua pesada

[ikarus_nu]

Ya sé que muchos de vosotros conoceréis lo siguiente, pero a mí me causó curiosidad y pienso que quizá a alguien más le interese, ahí va:


El agua pesada puede producirse por varios procesos. No obstante, los dos procesos que han demostrado ser viables desde el punto de vista comercial son el proceso de intercambio agua-sulfuro de hidrógeno (proceso GS) y el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno.
El proceso GS se basa en el intercambio de hidrógeno y deuterio entre el agua y el sulfuro de hidrógeno en una serie de torres que funcionan con su sección superior en frío y su sección inferior en caliente. En las torres el agua baja mientras el sulfuro de hidrógeno gaseoso circula en sentido ascendente. Se utilizan una serie de bandejas perforadas para favorecer la mezcla entre el gas y el agua. El deuterio pasa al agua a baja temperatura y al sulfuro de hidrógeno a alta temperatura. El gas o el agua, enriquecido en deuterio, se extrae de las torres de la primera etapa en la confluencia de las secciones caliente y fría y se repite el proceso en torres de etapas subsiguientes. El producto de la última etapa, o sea el agua enriquecida hasta un 30 % en deuterio, se envía a una unidad de destilación para producir agua pesada utilizable en reactores, es decir, óxido de deuterio al 99,75%.
El proceso de un intercambio amoniaco-hidrógeno permite extraer deuterio a partir de un gas de síntesis por contacto con amoniaco líquido en presencia de un catalizador. El gas de síntesis se envía a las torres de intercambio y posteriormente al convertidor de amoniaco. Dentro de las torres el gas circula en sentido ascendente mientras que el amoniaco líquido lo hace en sentido inverso. El deuterio se extrae del hidrógeno del gas de síntesis y se concentra en el amoniaco. El amoniaco pasa entonces a un fraccionador de amoniaco en la parte inferior de la torre mientras que el gas sube a un convertidor de amoniaco en la parte superior. El enriquecimiento tiene lugar en etapas subsiguientes y, mediante destilación final, se obtiene agua pesada para uso en reactores. El gas de síntesis de alimentación puede obtenerse en una planta de amoniaco que, a su vez, puede construirse asociada a una planta de agua pesada por intercambio amoniaco-hidrógeno.
El proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno también puede utilizar agua común como fuente de alimentación de deuterio.
Gran parte de los artículos del equipo esencial de las plantas de producción de agua pesada por el proceso GS o el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno es de uso común en varios sectores de las industrias química y petrolera. Esto sucede en particular en las pequeñas plantas que utilizan el proceso GS. Ahora bien, sólo algunos de estos artículos pueden obtenerse en el comercio normal. Los procesos GS y de intercambio amoniaco- hidrógeno exigen la manipulación de grandes cantidades de fluidos inflamables, corrosivos y tóxicos a presiones elevadas. Por consiguiente, cuando se establece el diseño y las normas de funcionamiento de plantas y equipo que utilizan estos procesos, es necesario prestar cuidadosa atención a la selección de materiales y a las especificaciones de los mismos para asegurar una prolongada vida útil con elevados niveles de seguridad y fiabilidad. La elección de la escala es, principalmente, función de los aspectos económicos y de las necesidades. Así pues, gran parte del equipo se preparará como solicite el cliente.
Finalmente, cabe señalar que, tanto en el proceso GS como en el de intercambio amoniaco-hidrógeno, artículos de equipo que, individualmente, no están diseñados o preparados especialmente para la producción de agua pesada pueden montarse en sistemas que sí lo están especialmente para producir agua pesada. A título de ejemplo cabe citar el sistema de producción con catalizador que se utiliza en el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno y los sistemas de destilación de agua empleados para la concentración final del agua pesada utilizable en reactores.
Los artículos de equipo que son especialmente diseñados o preparados para producción de agua pesada, ya sea por el proceso de intercambio agua-sulfuro de hidrógeno o por el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno, comprenden los siguientes elementos:
6.1 Torres de intercambio agua-sulfuro de hidrógeno.
Torres de intercambio fabricadas con acero al carbono fino (por ejemplo, ASTM A516) con diámetros de 6 m (20 pies) a 9 m (30 pies), capaces de funcionar a presiones superiores o iguales a 2 MPa (300 psi) y con un sobreespesor de corrosión de 6 mm o superior, especialmente diseñadas o preparadas para producción de agua pesada por el proceso de intercambio agua-sulfuro de hidrógeno.

6.2 Sopladores y compresores.
Sopladores o compresores centrífugos, de etapa única y baja presión (es decir, 0,2 MPa o 30 psi), para la circulación del sulfuro de hidrógeno gaseoso (es decir, gas que contiene más de 70% de H2S) especialmente diseñados o preparados para producción de agua pesada por el proceso de intercambio agua-sulfuro de hidrógeno. Estos sopladores o compresores tienen una capacidad
de caudal superior o igual a 56 m3/segundo (120.000 SCFM) al funcionar a presiones de aspiración superiores o iguales a 1,8 MPa (260 psi), y tienen juntas diseñadas para trabajar en un medio húmedo con H2S.
6.3 Torres de intercambio amoniaco-hidrógeno.
Torres de intercambio amoniaco-hidrógeno de altura superior o igual a 35 m (114,3 pies) y diámetro de 1,5 m (4,9 pies) a 2,5 m (8,2 pies), capaces de funcionar a presiones mayores de 15 MPa (2.225 psi), especialmente diseñadas o preparadas para producción de agua pesada por el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno. Estas torres también tienen al menos una abertura axial, de tipo pestaña, del mismo diámetro que la parte cilíndrica, a través de la cual pueden insertarse o extraerse las partes internas.
6.4 Partes internas de la torre y bombas de etapa.
Partes internas de la torre y bombas de etapa especialmente diseñadas o preparadas para torres de producción de agua pesada por el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno. Las partes internas de la torre comprenden contactores de etapa especialmente diseñados para favorecer un contacto íntimo entre el gas y el líquido. Las bombas de etapa comprenden bombas sumergibles especialmente diseñadas para la circulación del amoniaco líquido en una etapa de contacto dentro de las torres.
6.5 Fraccionadores de amoniaco.
Fraccionadores de amoniaco con una presión de funcionamiento superior o igual a 3 MPa (450 psi) especialmente diseñados o preparados para producción de agua pesada por el proceso de intercambio amoniacohidrógeno.
6.6 Analizadores de absorción infrarroja.
Analizadores de absorción infrarroja capaces de realizar análisis en línea de la razón hidrógeno/deuterio cuando las concentraciones de deuterio son superiores o iguales a 90 %.
6.7 Quemadores catalíticos.
Quemadores catalíticos para la conversión en agua pesada del deuterio gaseoso enriquecido especialmente diseñados o preparados para la producción de agua pesada por el proceso de intercambio amoniaco-hidrógeno.
7. Plantas de conversión del uranio y equipo especial


Un saludo.

[melquiades]

Algo mas de andar por casa:
Aprovechar las reacciones/cambios de fase:
Ej:
-Enriquecer agua pesada con reaccion de electrolisis de agua. (agua pesada le cuesta algo mas reaccionar que agua corriente).

-Agua pesado evaporando el agua de un recipiente hasta que quede un poco? (agua pesada tiene menos presion de vapor que agua corriente?)

-Agua pesada se solidifica un poco mas/menos dificilmente que agua corriente? /-> congelar agua?

[JACK]

Ikarus, la informacion que pones esta de put*** madre, hace algun tiempo que la andaba buscando, en concreto los procedimientos que describes pero no encontraba esta informacion por ningun sitio, ni siquiera en el libro INGENIERIA DE REACTORES NUCLEARES que esta de vicio, yo hace tiempo pense en utilizar una de las cosas con las que dios a vendecido a Almeria, EL SOL mi padre es agricultor y tiene un invernadero y yo habia pensado en la posivilidad de construir un deposito de unos 1000 litros de capacidad, ponerlo en el interior del invernadero y a su vez hacer una camara termica con otra cubierta de plastico a fin de aumentar la velocidad de sublimacion puesto que se consigue temperaturas bastante altas aunque no llega a hervir, he calculado que con estos mil litros se pueden conseguir unos 14 cm cubicos de agua pesada, el procedimiento como ves es bastante barato y ademas realizable a nivel casero.


saludos

[JACK]

Disculpad se me olvidaba, pintando el exterior del deposito de color negro con el fin de tratar de conseguir una mayor adsorcion de la calor se puede acelerar bastante el proceso, ademas seria muy recomendable tratar de canalizar el flujo de aire de que circule por el interior de la camara, con el fin de que la humedad fruto de la sublimacion sea sacada del interior de la camara termica.

A fin de resumir toda esta parafernalia se trata de construir un invernadero dentro de otro invernadero y a su vez en el interior de este se coloca el recipiente con el agua, espero que os sea de ayuda.

perdonad que no halla metido esta informacion en el anterior mensaje pero me he dado cuenta cuando me he puesto a leerlo de que me he comido muchas cosas.

saludos.

[JACK]

Disculpad se me olvidaba, pintando el exterior del deposito de color negro con el fin de tratar de conseguir una mayor adsorcion de la calor se puede acelerar bastante el proceso, ademas seria muy recomendable tratar de canalizar el flujo de aire de que circule por el interior de la camara, con el fin de que la humedad fruto de la sublimacion sea sacada del interior de la camara termica.

A fin de resumir toda esta parafernalia se trata de construir un invernadero dentro de otro invernadero y a su vez en el interior de este se coloca el recipiente con el agua, espero que os sea de ayuda.

perdonad que no halla metido esta informacion en el anterior mensaje pero me he dado cuenta cuando me he puesto a leerlo de que me he comido muchas cosas.

saludos.

[Hidrahacinado]

Hola
Hay alguna manera de sacar el deuterio del agua marinaa nivel casero? Esos procesos me pillan un poco inaccesibles, pero estoy interesado en el que dice JACK. De cualquier forma, si alguien sabe de algún otro que sea un poco mas posible de hacer, se lo agradecería. En cuanto a JACK, ¿cómo exactamente? No he entendido mucho de tu idea. ¿Tienes planos? te agradecería que me los pasaras.
Ya he visto que en united nuclear la venden a dolar, pero para grandes catidades creo que es mejor hacerla en casa.
Saludos

[maca]

Yo estoy construllendo una torre de destilacion de 5 bandejas y una de las aplicaciones que le quiero dar es enrriquecer agua , pero tengo la duda de que una diferencia de ebullicion de solo 1.5 grados pueda ser suficiente ,,,,,,, ¿ sabeis alguno si este metodo se emplea para obtener agua pesada ?

De funcionar seria el metodo ideal , pues puede funcionar de forma continua

maca

[Hidrahacinado]

Hola
Bueno, realmente 1,5 grados da de sobra. Lo que sí en una torre de destilación tan grande habrá que hacerlo con termostatos y refrigeradores y sistemas para calentar, vamos imagino que la que te estás construyendo sea lo bastante grande como la de JACK. Estuve pensando algunos sistemas para separarlo y también había pensado en el de congelar agua, pero imagino que los átomos al estar tan separados unos de otros se queden congelados con el agua ligera y no hay manera. En cualquier forma en mi caso como el agua salada se congela de forma rara, o sea, sólo se congela parte de este agua lo que hace que el agua en fase liquida que no se ha congelado adquiera mas salinidad y vaya más al fondo, quizá esto arrastre parte del deutero, no sé, pero esto si lo congelamos en bloque y controlando. Había pensado por si no lo lograra de la forma anterior emplear un atomizador pero tampoco, ya que hay que pensar un líquido similar al agua que permita que esa diferencia de densidad entre las gotitas nos ayude. Eso sí tendríamos un chorro de nieve bastante curioso, al estilo de los que se emplean en pistas de esquí.
Insisto en que si alguien logra un metodo bueno nos pase los esquemas.
Saludos.

[baldo]

no habia visto este tema, interesante,

con bandejitas mal vamos, aunque se usan. lo normal es llenar un tubo de metralla, que puede ser cualquier cosa inerte, mejor que pese poco y pequeñito, como bombillas, si quieres recojer intermedios supongo que convendra bandeja.

jack, de 1 tm de agua se puede sacar 1/2 l de pesada, (creo que la relacion es 1/2000 D/total).

lo del 1,5º no creo que vallan por ahi los tiros, a 99,5º no hay vapor y a 100,5º lo es todo.
supongo que se calienta por abajo y se refrigera por arriba, y se graduan las cosas segun los flujos de salida y retorno.
¿no seria mejor pretender agua ligera para regar?.

yo tambien tengo ilusiones similares, secreto.

[Hidrahacinado]

Saludos
Sé que no te refieres a mí, pero yo le quiero para mis experimentos no para regar nada. Y no creo que nadie le quiera para eso. El agua pesada además tiene otras características curiosas, entre la que está que si sólo bebeis agua deuterada terminareis por morir de sed, porque el organismo no la aprovecha para nada. Yo la quiero por el gas, que es lo que me interesa. Lo importante es encontrar un método para enriquecer el agua, pero que se pueda hacer en nuestros "talleres-laboratorio" Os propongo que si pasan por aquí pedialum, ajdm, feuer, anajesusa, armando (y los demás que también colaboran) y el profe y cualquiera que pueda o quiera añadir algo, nos pongamos a estudiar el tema. ¿que os parece?
Saludos