Способ испарения гексафторида урана из баллона



Способ испарения гексафторида урана из баллона
Способ испарения гексафторида урана из баллона
Способ испарения гексафторида урана из баллона

 


Владельцы патента RU 2594009:

Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (RU)
Публичное Акционерное Общество "Машиностроительный завод" (RU)

Изобретение относится к переработке гексафторида урана (ГФУ) и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости. Способ испарения гексафторида урана из баллона, включающий нагрев баллона двухсекционным индуктором, подачу азота в баллон в импульсном режиме. В конце процесса баллон вакуумируют через коллектор газообразного гексафторида урана до давления 50 кПа. В баллон через отсосную трубку подают нагретый азот при давлении, превышающем давление газа в баллоне на 30-50 кПа, причем подачу азота осуществляют в импульсном режиме при температуре боковой стенки 60-80°С и температуре днища 60-150°С и давлении образующейся газовой смеси 100-150 кПа, причем нагрев баллона дополнительно осуществляют путем включения донного нагревателя мощностью 4-8 кВт, при достижении верхней зоны индуктора 60°С, а нижней 65°С. Изобретение позволяет увеличить производительность баллона по газообразному гексафториду урана, полностью извлекать неиспарившийся остаток ГФУ из баллона, в 3-4 раза снизить удельное энергопотребление на единицу испаряемого сырья, стабилизировать расход азота, обеспечить высокое качество получаемых порошков диоксида урана. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области переработки гексафторида урана и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ испарения гексафторида урана с импульсной подачей азота внутрь баллона и устройство (патент РФ №2264987, МПК C01G 43/06).

Испарение гексафторида урана осуществляют из баллона, обогреваемого двухсекционным индуктором, а внутрь баллона производят импульсную подачу азота при давлении, превышающем давление газов в баллоне на 15±5 кПа. Подачу азота осуществляют в импульсном режиме при температуре стенки баллона 60-150°C и давлении образующейся газовой смеси 50-150 кПа. При удалении неиспаренного остатка гексафторида урана одновременно с подачей азота ведут вакуумирование баллона до давления 50 кПа.

Устройство для способа испарения состоит из баллона, обогреваемого боковым двухсекционным индуктором. Баллон снабжен питающим и расходным клапанами. В процессе испарения в питающий клапан из магистральной линии азота через ручной вентиль, сильфонный клапан и расходомер импульсно подают сжатый азот внутрь баллона. Через расходный клапан по коллектору испаряющийся гексафторид урана направляют на конверсию в реакторы.

Однако несмотря на ряд положительных моментов указанного способа (повышение скорости испарения гексафторида урана, снижение количеств неиспаренного остатка ГФУ, улучшение условий труда) он не лишен некоторых недостатков, основные из которых следующие.

Предыдущими работами («Исследования закономерностей процесса испарения ГФУ из твердой и жидкой фаз и пути интексификации этого процесса». Сергеев Г.С. Канд. Диссертация, арх. №375 - 1970 г. ) было показано, что основной вклад в процесс тепло- и массообмена при испарении гексафторида урана из твердой фазы вносит кондуктивный теплообмен, т.е. непосредственный контакт гексафторида урана с нагретой стенкой. В то же время проектом установки УХИ завода «МСЗ» не было предусмотрено наличие донных индукторов для баллонов в ячейках испарения.

Замеры температуры дна при штатном режиме испарения показали, что при температуре стенки баллона во 2-й (нижней) зоне, равной 150°C, температура дна колеблется в диапазоне 50-55°C и только в самой заключительной фазе она достигает 90°C. А основной вклад в течение почти всей продолжительности испарения вносит конвективный теплоперенос от нагретой вертикальной стенки баллона через газовую прослойку между стенкой баллона и массой испаряемого ГФУ, который характеризуется весьма низкими показателями.

Технический результат предлагаемого способа испарения гексафторида урана заключается в дальнейшей интенсификации процесса испарения, практически полном удалении неиспаримого остатка ГФУ в баллоне после его опорожнения на коллекторе, существенном снижении удельного энергопотребления на единицу испаряемого сырья, в обеспечении полной безопасности процесса на всех его стадиях и повышении качества получаемых порошков диоксида урана за счет равномерного питания реакторов конверсии ГФУ.

Технический результат достигается тем, что в способе испарения гексафторида урана нагрев баллона производят двухсекционным индуктором и дополнительным включением донного нагревателя мощностью 4-8 кВт. Время включения - при достижении верхней зоны индуктора 60°C, а нижней - 65°С. В баллон через отсосную трубку подают нагретый азот при давлении, превышающем давление газа в баллоне на 30-50 кПа, причем подачу азота в баллон осуществляют в импульсном режиме при температуре боковой стенки 60-80°С и температуре днища 60-150°С и давлении образующейся газовой смеси 100-150 кПа. Расход азота при импульсе составляет не более 10 кг/ч, время импульса подачи азота не превышает 2 мин, а интервал между импульсами - не более 20 мин. При достижении температуры верхней зоны 60°С, а нижней 65°С регулирование указанных температур устанавливается на уровне до 70°С для верхней зоны и 80°С - для нижней до окончания процесса опорожнения баллона. В конце процесса баллон вакуумируют через коллектор газообразного ГФУ до давления 50 кПа.

В связи с этим был изготовлен и смонтирован в нижней части индукторов в одной из ячеек установки УХИ завода МСЗ донный нагреватель с электрической мощностью 4 кВт. С целью снижения тепловой инерции его корпус был изготовлен из тонкой листовой нержавстали, а нагревательные элементы - из кабеля КТМС. На донной части баллона были установлены две прижимные хромель-алюмелевые термопары, показания которых регистрировались вторичным прибором «Ионогава».

Как показали испытания, импульсная подача нагретого азота внутрь баллона (прототип) за счет изменения гидродинамического режима газового потока в пограничном слое с ламинарного на турбулентный способствует значительной интенсификации процесса испарения со всей поверхности твердого гексафторида урана. («Курс общей теплотехники» под редакцией И.Н. Сушкина, Москва, «Металлургия», 1973 г. ), (Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. «Теория тепло и массообмена», Гос. энгергоиздат, 1961 г. ).

Нижний предел продолжительности импульсной подачи азота (2 мин.) обусловлен достижением максимальной скорости испарения (120-145 кг/ч). По условиям работы участка испарения цеха №48 возможно снижение времени подачи азота и ниже, если максимальной производительности не требуется. Что касается верхнего предела, то повышение продолжительности более 2 мин будет приводить к лишнему расходу азота.

Так как поверхность твердого гексафторида урана за счет интенсивного испарения охлаждается и необходимо какое-то время (в нашем случае около 20 мин), чтобы поверхность вновь нагрелась после импульса и стала способной к достижению производительности следующего импульса.

Проведенные расчеты критерия Рейнольдса, как основополагающего параметра, характеризующего оба вышеупомянутых режима, показали, что увеличение расхода азота до 10 кг/ч может существенно увеличить интенсивность испарения без значительного повышения удельного расхода азота на единицу испаряемого сырья.

Учитывая вышесказанное, логично предположить, что регулирование обогрева верхней и нижней зон индукторов следует изменить таким образом, чтобы только обеспечить свободный выход газовой смеси из баллона, т.е. при образовании газового зазора (температура верхней зоны 60°C, а нижней зоны 65°C) температуры зон переводятся на значения 70°C и 80°C до конца процесса опорожнения.

Такой режим существенно будет экономить электроэнергию, снижать процесс коррозии стенок баллона, а основной процесс испарения гексафторида урана осуществляется за счет комбинированного способа (кондуктивный подвод тепла от донного нагревателя и импульсная подача нагретого азота внутрь баллона).

Пример 1.

Кроме основной цели предлагаемого способа - интенсификации процесса испарения - пристальное внимание было уделено и такому важному фактору, как сокращение электропотребления на единицу испаряемого сырья (УЭП - удельное энергопотребление).

С этой целью на одной из ячеек УХИ (индуктор №7) в процессе испытаний производился непрерывный замер показаний электросчетчика СЭТ-4 с коэффициентом трансформации 85.

Сравнительные данные по изменению величины УЭП в зависимости от режимов испарения приведены в табл. 1

Приведенные в табл. 1 данные показывают, что использование кондуктивного подвода тепла (использование донного нагревателя), а также изменение режима работы боковых индукторов позволило не только вдвое увеличить скорость испарения ГФУ из баллона, но в 2,5 раза снизить величину удельного энергопотребления.

При комбинированном способе скорость испарения увеличивается в 5 раз, а УЭП сокращается вчетверо.

Пример 2.

Для обоснования режима импульсной подачи нагретого азота внутрь емкости с целью дальнейшей интенсификации процесса испарения ГФУ были проведены расчеты критерия Рейнольдса, как основополагающего фактора, характеризующего гидродинамические режимы движения газовой смеси в баллоне в зависимости от весового расхода азота при импульсе.

Результаты расчетов приведены в таблице 2.

Полученные данные свидетельствуют, что импульсная подача азота в баллон существенно меняет гидродинамику потока в баллоне от ламинарного режима (Re=1070) до турбулентного (2 и 3 режимы испарения: значение Re 4295 и 6325 соответственно), а при учете суммарных объемов смеси гексафторида и азота оно увеличивается до 7555 и 13040 соответственно.

Расчетный диаметр 0,9 м - это внутренний диаметр баллона 1 м3, при максимальном заполнении баллона конденсированным гексафторидом урана внутренний диаметр свободного пространства баллона составляет Д=0,9-0,35=0,55 м при толщине слоя продукта на стенке баллона 175 мм.

Из приведенных данных видно, что с увеличением расхода азота при импульсе до 10 кг/ч процесс испарения ГФУ в баллоне сдвигается в значительной степени в сторону турбулентного режима в сравнении с ламинарным (Re не более 2300), что и позволило существенно увеличить скорость испарения гексафторида урана.

Пример 3.

В процессе промышленных испытаний предлагаемого способа испарения проверялось совместное воздействие предложенных методов интенсификации, а именно одновременное включение в работу донного нагревателя мощностью 4 кВт с импульсной подачей нагретого азота внутрь баллона.

Одновременное включение донного нагревателя с импульсной подачей нагретого азота в баллон производилось в целях безопасности при достижении температуры верхней зоны индуктора 60°C, а нижней 65°C; т.е. при гарантированном образовании кольцевого зазора по всей высоте баллона между стенкой и основной массой твердого гексафторида. Результаты проведенных испытаний комбинированного способа испарения приведены в табл. 3.

Приведенные данные свидетельствуют о высоких возможностях предлагаемого способа испарения как в части увеличения скорости испарения, так и экономии электроэнергии для всего процесса в целом.

1. Способ испарения гексафторида урана из баллона, включающий нагрев баллона двухсекционным индуктором, подачу азота в баллон в импульсном режиме, а в конце процесса баллон вакуумируют через коллектор газообразного гексафторида урана до давления 50 кПа, отличающийся тем, что в баллон через отсосную трубку подают нагретый азот при давлении, превышающем давление газа в баллоне на 30-50 кПа, причем подачу азота осуществляют в импульсном режиме при температуре боковой стенки 60-80°С и температуре днища 60-150°С и давлении образующейся газовой смеси 100-150 кПа, причем нагрев баллона дополнительно осуществляют путем включения донного нагревателя мощностью 4-8 кВт, при достижении верхней зоны индуктора 60°С, а нижней 65°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход азота при импульсе составляет не более 10 кг/ч.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что время импульса подачи азота не превышает 2 мин, а интервал между импульсами - не более 20 мин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при достижении температуры верхней зоны 60°С, а нижней 65°С и включенном в работу донном нагревателе, указанные температуры переводят до 70°С для верхней зоны и 80°С для нижней до окончания процесса опорожнения баллона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной технике и химической промышленности и может быть использовано для очистки и восстановления металлических поверхностей установок, предназначенных для разделения изотопов урана.

Изобретение относится к технологии урана, применительно к эксплуатации производств по разделению изотопов урана, и может быть использовано для очистки различных металлических поверхностей, работающих в среде гексафторида урана, от нелетучих отложений урана.

Изобретение относится к неорганической химии урана, в частности к технологии получения тетрафторида урана. Способ получения тетрафторида урана заключается в осаждении его из растворов, содержащих хлоридно-фторидный комплекс U+4, фтористоводородной кислотой, при температуре процесса 70-80°C, при этом используют фтористоводородную кислоту, содержащую четырехвалентный уран в количестве, не превышающем его растворимость.

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к способу получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза и к установке для его осуществления.
Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение возможности загрязнения окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами.

Изобретение может быть использовано при получении чистых солей и окислов из гексафторида урана (ГФУ). Аппарат для гидролиза гексафторида урана содержит корпус, в верхней части которого установлены средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора.
Изобретение относится к технологии получения соединений урана и, в частности к очистке тетрафторида урана от соединений углерода, фосфора, азота и других примесей.

Изобретение относится к способам переработки уран-фторсодержащих растворов, полученных от растворения огарков фторирования в производстве гексафторида урана. Способ включает растворение огарков в растворе азотной кислоты, извлечение урана из фторсодержащего азотнокислого раствора путем восстановления его гидразином на платиновом катализаторе, при постоянной очистке поверхности катализатора от осадка тетрафторида урана, отделение катализатора от азотнокислого раствора и осадка тетрафторида урана, обеспечение эквимолярного отношения фторид-ионов к урану (IV) в полученном растворе и разделение осадка тетрафторида урана и азотнокислотного раствора, при этом азотнокислотный раствор повторно используют для растворения огарков фторирования, предварительно доукрепив по азотной кислоте.
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана. .

Изобретение относится к способам получения тетрафторида урана, а именно к способам получения тетрафторида урана на переделе гидрофторирования диоксида урана, и может быть использовано в производстве гексафторида урана или металлического урана.

Группа изобретений относится к способу получения наноразмерных порошков лекарственных веществ, включающему перевод исходного вещества в газовую фазу, организацию направленного потока молекул соединения и последующую конденсацию вещества в виде наноразмерных частиц на охлаждаемой поверхности, и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к способу получения полимолочной кислоты. Способ получения полимолочной кислоты включает стадии: (i) осуществления полимеризации с раскрытием цикла, с использованием катализатора, и либо соединения деактиватора катализатора, либо добавки, блокирующей концевые группы, для получения неочищенной полимолочной кислоты с молекулярной массой более 10000 г/моль, (ii) очистки неочищенной полимолочной кислоты путем удаления и отделения низкокипящих соединений, включающих лактид и примеси, из неочищенной полимолочной кислоты посредством удаления летучих низкокипящих соединений в виде газофазного потока, (iii) очистки лактида из стадии удаления летучих компонентов и удаления примесей из газофазного потока испаренных низкокипящих соединений с помощью кристаллизации десублимацией из газовой фазы, в котором лактид очищают, и удаленные примеси включают остаток катализатора и соединение, содержащее по меньшей мере одну гидроксильную группу, при этом очищенный таким образом лактид затем полимеризуют, подавая его обратно в полимеризацию с раскрытием цикла.

Изобретение предназначено для получения веществ высокой степени чистоты и может быть использовано в химической промышленности для получения цветных, редких и рассеянных элементов, в том числе циркония и гафния.

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов десублимации-сублимации гексафторида урана (ГФУ). Десублимационный аппарат содержит корпус (1), в котором расположены кольцевая десублимационная камера с размещенными в ней перегородками (17,18,19), патрубки подвода-отвода (6) технологического газа, трубопроводы подвода-отвода (14,15) хладагента, нагреватель (12), цилиндрический десублиматор (7) с закрепленными на его наружной поверхности перегородками (18); во внутренней полости десублиматора установлен теплообменник (10), содержащий корпус и кольцевой испаритель (11) с выполненной на его наружной поверхности спиралевидной испарительной полостью (13), составляющей с трубопроводами подвода-отвода (14, 15) хладагента и компрессорно-конденсаторным агрегатом (16) замкнутую холодильную систему; во внутренней полости испарителя (11) размещен цилиндрический нагреватель (12); кольцевая десублимационная камера (20) образована наружной поверхностью десублиматора с перегородками и защитным экраном; содержит две секции - основную (20) и доулавливающую (21); в нижней части защитного экрана (8) имеются отверстия для подачи технологического газа; перегородки основной секции (20) выполнены в виде многозаходного винта на основе кольцевого винтового коноида; в нижней части корпуса (1) расположена кольцевая распределительная камера (22), стенками которой являются нижняя часть корпуса аппарата (1) и защитный экран (8), причем нижняя часть корпуса имеет больший диаметр, чем верхняя часть; весь аппарат установлен на весоизмерительные датчики (25).

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов десублимации-сублимации гексафторида урана с целью его очистки от легких примесей и может быть использовано на разделительных производствах атомной промышленности.

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов, в частности для проведения процесса десублимации-сублимации тетрафторида кремния или гексафторида урана.

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов, в частности для проведения процесса десублимации-сублимации тетрафторида кремния или гексафторида урана.

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов, в частности для проведения процесса десублимации/сублимации тетрафторида кремния или гексафторида урана.

Изобретение относится к области разработки технологии конверсии обедненного гексафторида урана с получением тетрафторида урана и, далее, металлического урана для военных целей или оксидов урана для длительного хранения или использования в быстрых реакторах, а также безводного HF. Способ конверсии гексафторида урана включает нагревание гексафторида урана до температуры 100°С, смешивание его с сухим азотом до концентрации 25-30 об.% и контактирование полученной газообразной смеси с атомарным водородом, в качестве источника которого используют метанол в газовой фазе при температурах 350-650°С, при этом дополнительно тетрафторид урана превращают в диоксид урана и безводный фторид водорода. Изобретение обеспечивает эффективное получение химически активного тетрафторида урана, не загрязненного конструкционными материалами, и оксидов урана, не загрязненных фтором. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.
Наверх