Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси

Изобретение относится к моделированию сложных технологических процессов, протекающих, например, при очистке гексафторида урана от летучих компонент. При использовании в производственных целях установка может быть использована при очистке гексафторида урана от легколетучих примесей, для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств. Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси содержит теплоизолированный сосуд охлаждения (5), который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом и в котором размещена осадительная ёмкость (3), снабженная патрубком подачи газовой смеси (9) и отсосным патрубком (10), соединённым с системой откачки (8) и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов (7). Сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником (4), выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами (2) с воздушно-холодильной машиной ВХМ (1) для подачи холодного воздуха. Патрубок подачи газовой смеси (9) дополнительно оборудован патрубком подачи имитатора газовой смеси (13), соединенным с мерной емкостью (6). Имитатор газовой смеси представляет собой газовую смесь известной концентрации. Воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха (12) для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости. Технический результат: нахождение оптимальных технологических параметров десублимации, расширение функциональных возможностей конденсационно-испарительной установки, упрощение и удешевление технологического процесса. 4 ил.

 

Изобретение относится к моделированию сложных технологических процессов, протекающих, например, при очистке гексафторида урана от экологически опасных летучих компонент. Получаемые на стенде экспериментальные данные могут быть использованы для моделирования газодинамических процессов течения хладоносителя (охлажденного воздуха), процессов теплообмена воздуха со стенками емкости, тепло- и массообмена при конденсации газа в емкостях, построения математической модели тепло- и массообменных процессов при десублимации компонентов газовой смеси и т.п. При использовании в производственных целях установка может быть использована при очистке гексафторида урана от легколетучих примесей, для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств.

В технологии получения обогащенного по U235 гексафторида урана существуют достаточно жесткие ограничения на содержание легких летучих примесей (компоненты воздуха, F2, HF, гексафториды молибдена и вольфрама и др.) в сырьевом и в товарном продукте. Суммарное содержание примесей в сырьевом ГФУ не должно превышать 0,05 мас.%. Примеси негативно сказываются на работе газоразделительного оборудования, влияя на его долговечность и качество товарного продукта.

Известна установка для очистки гексафторида урана от легколетучих примесей по патенту RU 2472710 (2013 г.). Газовую смесь, содержащую гексафторид урана, переводят в жидкое состояние с специальном контейнере, жидкий гексафторид урана при температуре 80÷100°С выдерживают в этом контейнере в течение времени, достаточного для сосредоточения легколетучих примесей в поверхностном слое жидкости и формирования в нижних слоях очищенного гексафторида урана, после чего очищенный гексафторид урана переливают в другой контейнер. Недостатком установки и способа, который на ней реализуется, является длительность процесса, недостаточная степень очистки, при которой часть продукта остается загрязненной, а токсичные примеси сложно утилизировать.

Известна конденсационно-испарительная установка КИУ К-09 [1]. Система К-09, предназначенная для конденсации примесей производства, представляет собой сложную конфигурацию технологических линий, скомпонованных в установку по признаку использования криогенной температуры хладоносителя.

Известная установка представляет собой разветвленную централизованную сеть коммуникаций и емкостей. Конденсация осуществляется в емкостях объемом 24 литра, охлаждаемых жидким азотом. Система охлаждения емкостей децентрализованная. Заправка азота в индивидуальный сосуд охлаждения (дьюар), имеющий экранно-вакуумную изоляцию, производится вручную. Всего в составе установки 64 емкости. В работе постоянно находится до 18 емкостей. Осадители V=24 л (черт. Т-3924-00), являющиеся элементами отсосной системы, устанавливаются в стационарные дьюары и охлаждаются до температуры минус 196°С жидким азотом, который заливается из переносных дьюаров. Уровень жидкого азота при работе осадителей поддерживается не ниже 1/3 высоты емкости.

Для эксплуатации системы функционирует производство по получению и хранению жидкого азота. Суточный расход жидкого азота до 2000 кг. Годовое потребление жидкого азота составляет 547500 кг. Потери при транспортировке, хранении и переливах жидкого азота составляют около 15%, что приводит к существенным финансовым затратам.

Применение жидкого азота в качестве холодоносителя энергетически и материально затратно. В пересчете на тепловые затраты потребление азота для работы установки эквивалентно 2528 ккал/ч. Такое количество тепловой энергии можно отвести с применением холодного воздуха, вырабатываемого воздушно-холодильной машиной ВХМ-0,54/0,6 (производительность 5000 ккал/ч с рабочей температурой 133 К). При этом эксплуатационные затраты при генерации холода в несколько раз ниже, чем при использовании сжиженных газов (выбрано за прототип).

Аналог описан в рабочей инструкции по эксплуатации конденсационно-испарительных установок КИУ К-09. Сибирский химический комбинат. 1998. 168 л.

Технической задачей является расширение функциональных возможностей десублиматора, упрощение и удешевление технологического процесса.

Задача решается новой конструкцией стенда для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси. Стенд, как и прототип, содержит теплоизолированный сосуд охлаждения (5), который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом и в котором размещена осадительная емкость (3), снабженная патрубком подачи газовой смеси (9) и отсосным патрубком (10), соединенным с системой откачки (8) и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов (7). Стенд может быть смонтирован на действующей производственной линии и использован как в виде локального участка производственного оборудования, так и в виде самостоятельно изготовленного устройства.

Новым является то, что сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником (4), выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами (2) с воздушно-холодильной машиной (1) для подачи холодного воздуха, а патрубок подачи газовой смеси (9) дополнительно оборудован мерной емкостью (6) с газовой смесью известного состава (с имитатором газовой смеси), которая патрубком (13) соединена с патрубком подачи газовой смеси (9), при этом воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха (12) для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости (3) и перегонки его в исходную мерную емкость (6).

Для осуществления процесса моделирования можно использовать воздушную холодильную машину, известную из патента RU №148542 (2014 г.). При заполнении сосуда охлаждения (5) жидким азотом через устройство для заправки (11) и отключении мерной емкости (6) стенд работает в составе конденсационно-испарительной установки в режиме прототипа.

Согласно изобретению моделирование тепломассообменных процессов, протекающих в производственном процессе, обеспечивается введением в состав стенда мерной емкости (6) с имитатором газовой смеси. При исследовании тепломассообменных процессов в десублиматор подают не реальную газовую смесь, параметры которой неизвестны, а перекрывают вход в патрубок (9) и подают газовую смесь известной концентрации из мерной емкости (6), то есть «вариант» газовой смеси.

На фиг. 1 показана схема испытательного стенда.

Цифрами обозначены:

1 - воздушная холодильная машина;

2 - теплоизолированные трубопроводы подачи холодного или отепленного воздуха;

3 - осадительная емкость сублиматов (осадитель, десублиматор);

4 - воздушный теплообменник;

5 - теплоизолированный сосуд охлаждения осадительной емкости;

6 - мерная емкость (объем с газовой смесью, моделирующей тепло-массообменные процессы – имитатором газовой смеси);

7 - блок контрольно-измерительных приборов;

8 - система откачки;

9 - патрубок подачи газовой смеси в осадитель;

10 - отсосный патрубок;

11 - устройство для заправки сосуда охлаждения жидким хладоагентом;

12 - патрубок для подачи отепленного воздуха;

13 - патрубок подачи исследуемой газовой смеси (имитатора газовой смеси).

Устройство 11 для заправки сосуда охлаждения жидким азотом предусмотрено на случай аварийного отключения подачи холодного воздуха в воздушный теплообменник. Элементы установки приведены на фиг. 2 и фиг. 3.

Пример. Мерная емкость V=0,5 л с безводным фтористым водородом была подсоединена к экспериментальному стенду посредством патрубка (13), стенд вакуумирован до давления не более 50 мкм рт. ст. и проверен на вакуумную плотность. Путем троекратного напуска и откачки безводного фтористого водорода были пропассивированы внутренние поверхности стенда. Фиксируется изменение во времени массы газа в мерном объеме. Фиксируется изменение во времени давления газа в емкости и в мерном объеме. Фиксируются все температуры с датчиков температуры.

Измерялось давление насыщенного пара безводного фтористого водорода. Эксперимент проводился в следующем порядке (см. фиг. 1):

1. Осадитель (3) промораживался холодным воздухом, подаваемым от ВХМ (1), от Т=88 К до Т=93 К, не менее 2 часов.

2. После достижения рабочей температуры в осадительной емкости включается подача газовой смеси (HF) из мерного объема. Исходное вещество из пробоотборной мерной емкости (6) подавалось в осадительную емкость (3) приоткрытием вентиля емкости (6), при этом вход в патрубок (9) перекрыт.

3. После 10-минутной выдержки регистрировалось давление в емкостях стенда по показаниям приборов, а также температура холодного воздуха, подаваемого от ВХМ в теплообменник.

4. Увеличивалась уставка (задаваемое значение) температуры охладителя на 10 К.

5. После выдержки в течение одного часа и отепления посредством патрубка 12 осадителя (3) фиксировалось давление в емкостях стенда, а также в линиях газопроводов. Температура подаваемого от ВХМ воздуха снова ступенчато увеличивалась на 10 К.

6. Регистрация давления в осадителе производилась в интервале температур от Т=88 К до Т=198 К с шагом в 10 К. При необходимости в осадитель подавалось дополнительное количество фтористого водорода для обеспечения его насыщения.

7. После отепления стенда до температуры минус 60°С производилась прокачка стенда вакуумным насосом (8) до минимального давления.

8. Осадитель вновь промораживался аналогично пункту 1 и процесс измерения повторялся.

На фиг. 4. приведены результаты эксперимента по фтористому водороду, в том числе с примесью воздуха, позволяющие провести модернизацию оборудования, что показывает работоспособность и эффективность предложенного стенда без использования сжиженного азота или другого дорогостоящего охладителя.

Появляется возможность моделировать тепломассообменные процессы химического производства не только на экологически опасных смесях (фтористый водород, газообразный фтор), но и с использованием безопасных имитаторов, например этилового спирта, фреона-R22 и др.

Источники информации

1. Патент RU 2472710 (2013 г.).

2. Инструкция (рабочая) по эксплуатации оборудования. ТОМ 1 (Эксплуатация конденсационно-испарительных установок - КИУ К-09). Сибирский химический комбинат. 1998. 168 л.

3. Патент RU 148542 (2014 г.).

Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси, содержащий теплоизолированный сосуд охлаждения (5), который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом, в котором размещена осадительная ёмкость (3), снабженная патрубком подачи газовой смеси (9) и отсосным патрубком (10), соединённым с системой откачки (8) и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов (7), отличающийся тем, что сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником (4), выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами (2) с воздушно-холодильной машиной (1) для подачи холодного воздуха, а патрубок подачи газовой смеси (9) дополнительно оборудован патрубком подачи имитатора газовой смеси (13), соединенным с мерной емкостью (6), при этом воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха (12) для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости и перегонки его в исходную мерную емкость имитатора газовой смеси.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химической и атомной областям промышленности и может быть использовано при производстве гексафторида урана в технологии обогащения урана.

Изобретение относится к технологии переработки обедненного гексафторида урана и может быть использовано для получения закиси-окиси урана и безводного фтористого водорода.

Изобретение относится к способу получения оксихлорида и/или оксида актинида(ов), и/или лантанида(ов) из хлорида актинида(ов), и/или лантаноида(ов), присутствующего в среде, содержащей по крайней мере одну расплавленную соль типа хлорида.
Изобретение относится к технологии обращения с порошкообразной закисью-окисью урана, а именно к способу гранулирования закиси-окиси урана. Способ включает приготовление смеси закиси-окиси урана, диураната аммония, нитрата или ацетата аммония и воды, при весовом отношении закиси-окиси урана и диураната аммония от 1:0.5 до 1:2, содержании нитрата или ацетата аммония 0,2-1 вес.
Изобретение может быть использовано для дезактивации сложнообогащаемого цирконового концентрата Зашихинского месторождения, содержащего примесь кремния в виде кварца и полевых шпатов.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана из растворов радиохимических производств. Способ сорбционного извлечения урана из фторсодержащих растворов на хелатообразующих ионитах с аминофосфоновыми группами представляет собой сорбцию урана при соотношении фаз ионит:раствор, равном 1:2,5 - 1:1000, и содержании фтора 5 - 20 г/л, обеспечивая соотношение F-:H2SO4 = 1 - 0:4 добавлением к раствору серной кислоты.

Настоящее изобретение относится к биотехнологии и раскрывает способ биоочистки области, загрязненной источником U (VI). Способ предполагает введение донора электронов в загрязненную область с целью стимуляции пролиферации штамма SA-01 Thermus scotoductus для восстановления урана (VI).

Изобретение относится к приготовлению анион-дефицитных метастабильных растворов нитрата уранила и может быть использовано в химической технологии, в частности, при импрегнировании урана в пористые графитовые заготовки с целью получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэл) или при получении микросфер золь-гель методом.

Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана. Способ получения нитрата уранила включает обработку водным раствором нитрата аммония соединений урана таких как: оксиды урана, полиуранаты натрия, полиуранаты аммония или пероксид урана, и спекание полученных смесей в интервале температур 200-350°C.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен полипептид, полученный из штамма SA-01 Thermus scotoductus, который отвечает за восстановление урана (VI) в источнике урана (VI) до урана (IV), где полипептид включает аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1.

Изобретение относится к десублимационной технике и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности. Способ десублимации твердых веществ включает загрузку не менее двух видов десублимируемых веществ в сублиматоры, их расплавление и возгонку с образованием разнородных сублимированных паров, взаимодействие сублимированных паров с холодным газом-носителем над верхней секцией парогазораспределительной камеры сублиматора, расположенного соосно парогазораспределительной камере, до состояния пересыщения парогазовых смесей, десублимацию готовой смеси паров с образованием частиц требуемых размеров и отделение готового продукта, при этом перед десублимацией на выходе из каналов верхней секции парогазораспределительной камеры осуществляют начальное смешение паров веществ еще в сублимированной фазе путем направления их потоков под углом навстречу друг к другу, с последующей десублимацией одновременно с окончательным их смешением в одной зоне - зоне смешения-десублимации при взаимодействии с холодным газом-носителем по мере движения в смесителе-десублиматоре.

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 относится к получению газовых гидратов для хранения и транспортировки газа в энергетике и газовой промышленности. Газовые гидраты, например гидрат метана, получают низкотемпературной конденсацией молекулярных пучков разреженного пара и газа.

Группа изобретений относится к пищевой, химической, фармацевтической промышленности и может быть использовано, в частности, для разделения газопаровых смесей в сублимационных сушильных установках.

Изобретение относится к десублимационной технике и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности для получения смеси мелко- и ультрадисперсных материалов в малых объемах продукта.

Изобретение относится к десублимационной технике и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности для получения смеси мелко и ультрадисперсных материалов в малых объемах продукта.

Изобретение относится к технике очистки газов от паров растворителей с переводом этих паров в конденсат, пригодный для дальнейшего применения по прямому назначению, и может быть использовано в машиностроении, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для выделения из газовой фазы кристаллических веществ и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для осушки газа. .

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов, в частности для проведения процесса десублимации гексафторида урана, обогащенного изотопом уран-235.

Изобретение относится к моделированию сложных технологических процессов, протекающих, например, при очистке гексафторида урана от летучих компонент. При использовании в производственных целях установка может быть использована при очистке гексафторида урана от легколетучих примесей, для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств. Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси содержит теплоизолированный сосуд охлаждения, который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом и в котором размещена осадительная ёмкость, снабженная патрубком подачи газовой смеси и отсосным патрубком, соединённым с системой откачки и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов. Сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником, выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами с воздушно-холодильной машиной ВХМ для подачи холодного воздуха. Патрубок подачи газовой смеси дополнительно оборудован патрубком подачи имитатора газовой смеси, соединенным с мерной емкостью. Имитатор газовой смеси представляет собой газовую смесь известной концентрации. Воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости. Технический результат: нахождение оптимальных технологических параметров десублимации, расширение функциональных возможностей конденсационно-испарительной установки, упрощение и удешевление технологического процесса. 4 ил.

Наверх