Ядерно-безопасный химический реактор

Авторы патента:

C21C1/00 - Рафинирование чугуна; литейный чугун

Владельцы патента RU 2499057:

Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области химического аффинажа в цикле производства ядерного топлива и может найти применение в области получения чистых солей и окислов ядерно-активных химических элементов из концентратов. Ядерно-безопасный циркуляционный химический реактор для проведения процессов массообмена в жидких суспензионно-эмульсионных системах, содержащих ядерно-активные вещества, включает замкнутый трубопровод, на котором установлен циркуляционный диафрагменный насос. Трубопровод в верхней своей части соединен с патрубком для подачи жидкости, патрубком для выхода прореагировавшей смеси и патрубком для загрузки твердой фазы. Технический результат - повышение регулируемой турбулентности потока, что дает возможность снизить время контакта в аппарате и избавляет от необходимости периодических зачисток и стабилизирует процесс контакта фаз. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известны конструкции петлевых ядерных реакторов с механическим или барботажным перемешиванием, применяемые в действующем производстве. Примером такой конструкции может служить реактор по патенту на полезную модель №65678, опубликованному 10.08.2007. Петлевая реакторная установка для получения радионуклида Йода-125 содержит петлевое устройство, размещенное в облучательном канале реактора и заполняемое через капилляр газообразным ксеноном-124 со стенда, содержащего систему клапанов, буфер-ресивер, расположенный в открытом сосуде Дьюара, захолаживаемым жидким азотом из закрытого сосуда Дьюара, открытый сосуд Дьюара с ловушкой конденсационной, связанной с одной стороны с буфером-ресивером, с другой - с петлевым устройством и через фильтр-абсорбер тонкой очистки ксенона с предварительно захоложенной ловушкой экстракционной, предназначенной для выдержки радиоактивного ксенона-125 с последующим распадом в целевой радионуклид йод-125 с экстракцией последнего посредством заливаемого в ловушку экстракционную реагента - раствора гидроокиси натрия.

Недостатком подобных реакторов является недостаточная эффективность перемешивания, что не позволяет применять однотипные аппараты для проведения схожих массообменных процессов на разных стадиях цикла химического аффинажа ядерного топлива, а также снижает эффективность и стабильность прохождения процесса массообмена, особенно при выщелачивании и осаждении тяжелых суспензий.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение устойчивого и стабильного прохождения процесса массообмена -выщелачивания, осаждения, смешения - в гомогенных или гетерогенных жидких системах, содержащих ядерноактивные материалы, а также унификации аппаратов для проведения этих процессов.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности перемешивания реакционной смеси при одновременном обеспечении ее чистоты.

Поставленная задача решается тем, что ядерно-безопасный циркуляционный химический реактор для проведения процессов массообмена в жидких суспензионно-эмульсионных системах, содержащих ядерно-активные вещества, содержит замкнутый трубопровод, на котором установлен циркуляционный диафрагменный насос, при этом трубопровод в верхней своей части соединен с патрубком для подачи жидкости, патрубком для выхода прореагировавшей смеси и патрубком для загрузки твердой фазы.

В частном варианте выполнения реактора его замкнутый трубопровод включает две вертикальные секции, по меньшей мере, в одной из которых на участке нагнетания расположены завихрители потока, которые предпочтительно выполнены в виде пластин, установленных под углом к направлению потока.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью чертежа, на котором показана схема реактора с верхним расположением циркуляционного насоса.

Ядерно-безопасный циркуляционный химический реактор для проведения процессов массообмена в жидких суспензионно-эмульсионных системах, содержит замкнутый трубопровод 1, на котором установлен циркуляционный диафрагменный насос 2, например, типа Flux FDM, Lutz DMP и др. Насос 2 в зависимости от расположения технологического оборудования до и после реактора может располагаться как в верхней (см. чертеж), так и в нижней горизонтальной или наклонной части трубопровода 2. В верхней части трубопровод 1 соединен с патрубком 3 для подачи жидкости, с патрубком 4 для выхода прореагировавшей смеси и с патрубком 5 для загрузки твердой фазы. Патрубок 5 расположен выше патрубка 4 и от него осуществляется вентиляция через отверстие 6, выполненное в крышке реактора со стороны патрубка 5.

Трубопровод 1 включает две вертикальные секции 7, в одной из которых на участке со стороны нагнетания насоса 2 расположены завихрители 8 потока в виде пластин, установленных под углом к потоку.

Наличие циркуляционного потока определяется путем измерения его величины простейшими средствами измерения расхода, например, с помощью полупогруженного поплавка 9, установленного в трубопроводе 1, поднимающимся от действия потока раствора, по высоте подъема штока, соединенного с поплавком 9 и выведенного через сальник на крышку реактора.

Трубопровод 1 выполнен с безопасным диаметром для того ядерного материала, который находится в растворе или твердой фазе. Безопасный диаметр должен быть не больше такого расстояния между стенками аппарата, при котором не развивается цепная ядерная реакция в ядерном материале.

Общий минимальный объем трубопровода 1 определяется, исходя из требований необходимого времени контакта реагирующих компонентов и составляет в обычных условиях минимум 100 литров.

Предлагаемый реактор функционирует следующим образом.

Аппарат монтируется таким образом, что патрубок 4 для выхода прореагировавшей смеси располагается выше уровня приемного патрубка следующего по технологической цепочке аппарата, что обеспечивает ее перелив из-за перепада высот.

Принцип действия реактора заключается в обеспечении контакта фаз в замкнутом трубопроводе 1 безопасной геометрии при их перекачке насосом 2. Диафрагменный насос 2 не имеет узлов трения, что обеспечивает чистоту ядерного материала. Весь напор насоса 2 тратится на преодоление сопротивления трубопровода 1 и завихрителей 8, при этом обеспечивается высокая турбулентность потока. Завихрители 8 в виде закрепленных на стенке трубопровода 1 пластин также не имеют узлов трения, что дополнительно обеспечивает чистоту ядерного материала. Через патрубок 3 подают жидкость, а через патрубок 5 осуществляют загрузку твердой фазы на выщелачивание. Прореагировавшая смесь выходит через патрубок 4, который расположен со стороны всасывающего патрубка насоса 2. Выход смеси через патрубок 5 зависит от количества жидкости, подаваемой в реактор через патрубок 3. Поток жидкости в реакторе регулируется путем изменения производительности насоса 2.

Предложенная конструкция химического реактора обеспечивает:

- высокую регулируемую турбулентность потока, что дает возможность снизить время контакта в аппарате и избавляет от необходимости периодических зачисток и стабилизирует процесс контакта фаз;

- унификацию реакторного оборудования, что позволяет использовать одинаковые аппараты для разных массообменнх процессов, требующих высокой степени контакта фаз;

- чистоту ядерного материала;

- ядерную безопасность устройства;

- возможность простого способа идентификации интенсивности перемешивания (циркуляции).

1. Ядерно-безопасный химический реактор для проведения процессов массообмена в жидких суспензионно-эмульсионных системах, содержащих ядерно-активные вещества, содержащий замкнутый трубопровод, на котором установлен циркуляционный диафрагменный насос, при этом трубопровод в верхней своей части соединен с патрубком для подачи жидкости, патрубком для загрузки твердой фазы и патрубком для выхода прореагировавшей смеси.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что замкнутый трубопровод включает две вертикальные секции, в одной из которых на участке нагнетания расположены завихрители потока.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что завихрители потока выполнены в виде пластин, установленных под углом к направлению потока.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию сплава с цирконием и титаном для рафинирования, микролегирования и раскисления стали и чугуна. .

Устройство для обработки металлического расплава рафинирующим шлаком // 2476602

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к обработке металлического расплава рафинирующим шлаком. .

Модифицирующая смесь для чугуна // 2459001

Изобретение относится к области металлургии, в частности к смесям для микролегирования и модифицирования высокопрочных чугунов, работающих в условиях абразивного и фрикционного изнашивания, используемых для изготовления литых деталей механизмов трения.

Способ легирования чугуна марганцем // 2458994

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для легирования чугуна марганцем. .

Модифицирующая смесь // 2457256

Изобретение относится к металлургии, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна, используемой в литейном производстве. .

Способ внепечной обработки железоуглеродистого расплава // 2456349

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве для раскисления, модифицирования и рафинирования сталей, сплавов и чугунов.

Способ модифицирования чугуна и силумина // 2439166

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано в литейном производстве для модифицирования чугуна и силумина. .

Лигатура для модифицирования и легирования сплавов // 2436860

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении при производстве отливок из чугуна с перлитной структурой металлической основы.

Способ измельчения графитных включений в высокопрочном чугуне // 2402617

Изобретение относится к металлургии, в частности, к способам обработки расплава для получения высокопрочного чугуна с дисперсными включениями шаровидного графита.

Провод для рафинирования расплавленного металла и способ его изготовления // 2401868

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению рафинировочного провода для расплавленного металла. .

Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) // 2502808

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0. Дополнительно в состав можно вводить углеродсодержащий материал или металлический алюминий в количестве 2-35 мас.%, или титансодержащий материал в количестве 0,01-35 мас.%, или редкоземельные металлы в количестве 2-49,5 мас.%. Изобретение позволяет повысить рафинирующие и модифицирующие свойства состава за счет оптимизации химического состава и добавки в состав новых элементов. 5 н.п. ф-лы, 4 пр., 5 табл.

Способ и устройство модифицирования // 2518879

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для модифицирования серого чугуна или чугуна с шаровидным графитом. Способ включает создание плазменной дуги между поверхностью указанного сплава и катодом плазменной горелки прямого действия, установленной в литейном распределителе, находящемся перед линией литейных форм, причем указанная плазменная горелка прямого действия содержит анод, частично погруженный в упомянутый литейный чугунный сплав, и катод, находящийся на высоте от поверхности упомянутого сплава для создания плазменной дуги между катодом и поверхностью упомянутого сплава, причем анод, или катод, или они оба содержат графит, который предоставляет затравку кристаллизации для упомянутого сплава. Изобретение позволяет получить приемлемый уровень контроля металлургического качества в литейном распределите перед разливкой металла в литейные формы, а также минимально исключить образование шлака, возникающее из-за подачи твердых легирующих агентов на стадии заполнения литейных форм. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 пр., 6 ил.

Модифицирующая смесь // 2553125

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства обрабатываемых расплавов высокопрочного чугуна и медных сплавов. 1 табл.

Синтетический сплав для металлургии // 2577660

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве как добавка в сплав при изготовлении отливок из стали и чугуна с повышенными механическими и служебными свойствами. Сплав содержит, мас. %: алюминий 2,2-4, молибден 2,1-3, редкоземельные металлы (РЗМ) 2,2-4, кремний 5,5-7, углерод 2-3,5, ванадий 0,5-1, щелочноземельные металлы (ЩЗМ) 0,5, железо остальное. Изобретение позволяет упростить процесс введение добавки в виде синтетического сплава в объем жидкого металла и ускорить усвоение расплавом введенной добавки без окисления ее компонентов, что приводит к стабильным результатам без дополнительного дорогостоящего оборудования и уменьшению трудозатрат. 2 табл., 1 пр.

Способ получения высокопрочного чугуна // 2586730

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способам получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, и может быть использовано при производстве средних и крупногабаритных отливок с толщиной стенки 50 мм и выше. Способ включает расплавление шихты в плавильном агрегате, значительный перегрев расплава до 1480-1520°С для осуществления модифицирования путем обработки его лигатурой, содержащей редкоземельные металлы, и магнийсодержащим модификатором, при этом модификатор и лигатуру кладут на дно ковша, прогретого до 750-800°С, послойно в виде слоя модификатора, присыпки в виде шлака магнитоактивного, последующего слоя лигатуры и заключительного слоя в виде чугуна дробленого со шлакообразующими добавками, а наполнение ковша расплавом осуществляют в промежуток времени от 1 до 1,50 мин, после чего выдерживают расплав чугуна в течение 8-9 мин. Изобретение обеспечивает стабильное получение шаровидной формы графита, снижает себестоимость за счет использования дешевых лигатур и снижает их расход за счет использования отходов доменного производства и чугуна дробленого со шлакообразующими добавками фракцией до 10 мм. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл., 1 ил.

Смесь для модифицирования и рафинирования стали и чугуна // 2588932

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для создания рафинирующих и модифицирующих смесей для производства ответственных изделий из чугуна и стали. Смесь содержит, мас.%: минералы кальций-барий-стронциевого карбоната и титаносодержащий материал соответственно 70-95 и 5-30. Изобретение позволяет создать эффективный материал комплексного воздействия на структуру и фазовые составляющие металла, который обеспечивает высокое качество металлических отливок ответственного назначения, в частности для вагоностроения. 6 з.п. ф-лы, 4 пр., 5 табл.

Способ обработки расплава чугуна наносекундными электромагнитными импульсами (нэми) // 2623390

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения отливок из чугунов, обладающих высокой абразивной стойкостью и жаростойкостью. В способе осуществляют нагрев расплава до температуры 1500°С, выдержку его при этой температуре в течение 5 мин, а затем охлаждают расплав до температуры 1350°С, при которой проводят электромагнитную обработку расплава наносекундными электромагнитными импульсами. После нагрева до 1500°С в расплав добавляют 8 мас. % хрома в виде феррохрома марки ФХ025, затем после охлаждения и электромагнитной обработки в течение 15…20 мин вводят кремнийсодержащий магниевый модификатор ФСМг7 в количестве 0,25 мас. % с последующим охлаждением расплава до твердого состояния. Изобретение позволяет повысить абразивную стойкость и жаростойкость чугуна. 2 табл., 2 пр.

Способ модифицирования чугуна // 2634103

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству, и может быть использовано при производстве высокопрочных чугунов и отливок из них ответственного назначения. Способ модифицирования чугуна включает введение в состав футеровки разливочного ковша оксида магния и его восстановление кремнием жидкого чугуна, заливаемого в ковш. В состав футеровки ковша дополнительно вводят силикокальций и наноструктурированный алмазный порошок, причем указанные ингредиенты и оксид магния предварительно смешивают и подвергают воздействию тихого разряда напряженностью 700…1100 В/м в кипящем слое материалов, а восстановление магния из его оксида осуществляют совместно наноструктурированным алмазным порошком и кремнием жидкого чугуна, заливаемого в ковш при температуре 1360…1400°С. Изобретение позволяет модифицировать чугун без пироэффекта путем восстановления магния из его оксида, снизить температуры перегрева чугуна перед модифицированием при уменьшении расхода сфероидизирующей смеси, а также повысить физико-механические свойства чугуна за счет получения шаровидного графита и измельчение металлической матрицы. 2 пр., 2 табл.