Фильтр насыпной для осветления суспензий

Изобретение относится к гидрометаллургической технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), конкретно к осветлению малоконцентрированных суспензий, образующихся при растворении ОЯТ. Устройство для осветления суспензий фильтрованием содержит вертикальный корпус с равноплотной и разноразмерной загрузкой из металлосферического порошка с размером зерна 1,0 мм ≥D зерна ≥0,2 мм и уменьшением размера зерна по направлению движения осветляемого потока снизу вверх, нижнюю часть корпуса, в которой размещена фильтрующая загрузка, выполненную в виде цилиндра, а верхнюю - в виде усеченного конуса, штуцеры для ввода и вывода осветляемого потока, штуцеры для ввода и вывода регенерирующего потока. Фильтр снабжен входной камерой, в которой расположено комбинированное распределительное устройство, состоящее из набора кольцевых элементов с фиксированным расстоянием между элементами и ложного дна, разделяющего фильтрующую нагрузку и полость, образованную кольцевыми элементами. Общее проходное сечение кольцевых элементов превышает общее проходное сечение ложного дна, а расстояние между отдельными кольцевыми элементами меньше размера отдельного канала ложного дна. Технический результат: обеспечение осветления суспензий с восходящим движением осветляемого потока в ламинарном режиме с равномерным распределением потока по сечению фильтра и исключение попадания крупных частиц на распределитель потока. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидрометаллургической технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), конкретно - к осветлению малоконцентрированных суспензий, образующихся при растворении ОЯТ.

Осветление является важной технологической операцией, обеспечивающей стабилизацию последующей экстракционной переработки раствора, очищенного от взвесей.

Известен способ осветления с применением насыпного фильтра (фильтра с несвязанной фильтрующей перегородкой) с двухслойной фильтрующей загрузкой, образованной двумя разноразмерными и разноплотными материалами (патент RU 2054300, B01D 24/14, опубл. БИ №5, 1996 г.). Верхний слой загрузки - электрокорунд Д1АМ50, диаметр частиц 0,5-1,0 мм, плотность 3,95 г/см³ нижний слой - металлосферический порошок (МСП) из нержавеющей стали, с диаметром частиц 0,2-0,4 мм, плотность 7,34 г/см³.

Недостатком фильтра является образование «лобового слоя» на границе раздела двух видов загрузки и выброс фильтрующей загрузки из корпуса фильтра при нерегламентном повышении расхода регенерирующего потока.

От этих недостатков свободен фильтр с равноплотной и разноразмерной фильтрующей загрузкой с плавным бесступенчатым уменьшением межзерновых пор по направлению движения осветляемого потока снизу вверх и расширяющейся верхней частью корпуса (патент RU 2583811, B01D 24/14, опубл. БИ №13, 2014 г.).

По технической сущности это устройство является наиболее близким к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

В процессе использования были выявлены следующие недостатки устройства-прототипа.

Высокая локальная скорость осветляемого потока на выходе из элементов дренажно-распределительного устройства в фильтрующую загрузку приводит к неравномерному распределению осадка в межзерновых порах и значительной потере грязеемкости фильтрующей загрузки.

При наличии в осветляемом потоке суспензионных частиц большого размера происходит закупорка выходных отверстий дренажно-распределительного устройства.

Перечисленные недостатки обусловлены тем, что в способе-прототипе и устройстве-прототипе осветляемый поток движется снизу вверх, чего требует самоорганизующаяся структура фильтрующей загрузки. В насыпных фильтрах обычной конструкции (см. способ-аналог, а также Б.Е. Рябчиков «Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования» М., ДеЛи принт, 2004 г., стр. 26-39) осветляемый поток движется сверху вниз равномерно по всему сечению фильтрующей загрузки и дренажно-распределительное устройство выполняет только функции сбора и вывода очищенного потока и подачи регенерирующего потока.

При нисходящем осветляемом потоке не является критичным наличие крупных суспензионных частиц, они перекрывают крайне малую часть поверхности фильтрующей загрузки, не препятствуя процессу осветления.

Задача: разработка насыпного фильтра для осветления растворов ОЯТ с восходящим движением осветляемого потока, с равномерным распределением суспензионных частиц в порозном объеме фильтрующей загрузки и устойчивого к наличию в осветляемом потоке крупных суспензионных частиц.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является насыпной фильтр для осветления суспензий с восходящим движением осветляемого потока в ламинарном режиме с равномерным распределением потока по сечению фильтра и исключающий попадание крупных частиц на распределитель потока.

Указанный технический результат достигается в насыпном фильтре для осветления суспензий, содержащем вертикальный корпус с равноплотной и разноразмерной загрузкой из металлосферического порошка с размером зерна 1,0 мм ≥D зерна ≥0,2 мм и уменьшением размера зерна по направлению движения осветляемого потока снизу вверх, нижняя часть корпуса, в которой размещена фильтрующая загрузка, выполнена в виде цилиндра, а верхняя - в виде усеченного конуса, штуцеры для ввода и вывода осветляемого потока, штуцеры для ввода и вывода регенерирующего потока, фильтр снабжен входной камерой, в которой расположено комбинированное распределительное устройство, состоящее из набора кольцевых элементов с фиксированным расстоянием между элементами и ложного дна, разделяющую фильтрующую нагрузку и полость, образованную кольцевыми элементами, при этом общее проходное сечение кольцевых элементов превышает проходное сечение ложного дна, а расстояние между отдельными кольцевыми элементами меньше размера отдельного канала ложного дна.

Общее проходное сечение кольцевых элементов превышает общее проходное сечение ложного дна не менее чем в 1,5 раза.

Размер единичного проходного канала ложного дна превышает расстояние между кольцевыми элементами не менее чем в 2 раза.

Общее проходное сечение ложного дна составляет не менее 5% от проходного сечения цилиндрической части корпуса фильтра без фильтрующей загрузки.

На чертеже представлена нижняя часть фильтра с входной камерой 1, набором кольцевых элементов 2, ложным дном 3, разделяющим фильтрующую загрузку 4 и полость 5, образованную кольцевыми элементами, штуцерами 6 и 7 для ввода осветляемого и регенерирующего потоков соответственно.

Осветление малоконцентрированной суспензии, жидкая фаза которой является раствором ОЯТ, осуществляется на фильтре следующим образом.

Выбранное соотношение общего проходного сечения кольцевых элементов и ложного дна обеспечивает отсутствие завихрений и турбулизации потока в полости, образованной кольцевыми элементами, и равномерное распределение потока на входе ложного дна.

Соотношение расстояния между отдельными кольцевыми элементами и размером единичного канала ложного дна позволяет набору кольцевых элементов выполнять функцию защитного барьера, исключающую забивку ложного дна крупными суспензионными частицами. С наружной стороны кольцевых элементов такие частицы удаляются при необходимости промывкой (снаружи или изнутри кольцевых элементов) и выводятся из входной камеры.

Общее проходное сечение ложного дна обеспечивает при обычном для насыпных фильтрах расходе осветляемого потока (1,5-3,5) м³/м²⋅час линейную скорость потока на входе в фильтрующую загрузку не выше (0,8-1,9) см/сек, т.е. в ламинарном режиме с равномерным распределением по сечению фильтрующей загрузки, соответственно, с равномерным распределением суспензионных частиц в межзерновых порах.

Ложное дно может быть организовано любым известным способом: регулярная перфорация днища с необходимым числом отверстий, прочная сетка на поддерживающей решетке, колпачковая насадка и т.п.

Таким образом, предлагаемое устройство устраняет недостатки прототипа, сохраняя преимущества фильтрования с восходящим потоком осветляемого потока через фильтрующую загрузку с самоорганизуемой структурой.

1. Фильтр насыпной для осветления суспензий, содержащий вертикальный корпус с равноплотной и разноразмерной фильтрующей загрузкой из металлосферического порошка с размером зерна 1,0 мм ≥D зерна ≥0,2 мм и уменьшением размера зерна по направлению движения осветляемого потока снизу вверх, нижнюю часть корпуса фильтра, в которой размещена фильтрующая загрузка, выполненную в виде цилиндра, а верхнюю - в виде усеченного конуса, штуцеры для ввода и вывода осветляемого потока, штуцеры для ввода и вывода регенерирующего потока, отличающийся тем, что фильтр снабжен входной камерой, в которой расположено комбинированное распределительное устройство, состоящее из набора кольцевых элементов с фиксированным расстоянием между элементами и ложного дна, разделяющего фильтрующую нагрузку и полость, образованную кольцевыми элементами, при этом общее проходное сечение кольцевых элементов превышает общее проходное сечение ложного дна, а расстояние между отдельными кольцевыми элементами меньше размера отдельного канала ложного дна.

2. Фильтр насыпной по п. 1, отличающийся тем, что общее проходное сечение кольцевых элементов превышает общее проходное сечение ложного дна не менее чем в 1,5 раза.

3. Фильтр насыпной по пп. 1, 2 отличающийся тем, что размер единичного проходного канала ложного дна превышает расстояние между кольцевыми элементами не менее чем в 2 раза.

4. Фильтр насыпной по пп. 1-3, отличающийся тем, что общее проходное сечение ложного дна составляет не менее 5% проходного сечения цилиндрической части корпуса фильтра без фильтрующей загрузки.