способ управления процессом сублимации-десублимации

Формула изобретения

Способ управления процессом сублимации-десублимации радиоактивных материалов, включающий регулирование температуры по длине аппарата в зависимости от толщины слоя продукта, отличающийся тем, что регулирование температуры осуществляют по зонам с помощью нагревательных элементов, расположенных в каждой зоне по длине аппарата, в соответствии с интенсивностью гамма-излучения от слоя радиоактивного продукта в каждой зоне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам управления процессом сублимации-десублимации и может использоваться в химической промышленности, в сублимационной технологии радиоактивных веществ.

Известен сублимационный аппарат кольцевого типа, предназначенный для проведения процесса сублимации-десублимации гексафторида обогащенного урана (ГФУ) (Патент РФ №2106890, опубл. 20.03.98, МПК В 01 D 7/00, 7/02). Температуру, соответствующую десублимации технологического газа (ГФУ), поддерживают с помощью регулируемого клапана подачи жидкого азота. Для предотвращения зарастания кольцевой камеры на входе в нее установлен электронагреватель. Сублимацию осуществляют путем нагрева кольцевой камеры до температуры возгонки гексафторида урана.

Недостатком данного способа управления процессом сублимации-десублимации является невозможность оперативной корректировки растущей температуры поверхности десублимации вследствие низкой теплопроводности слоя десублимата и, как следствие, снижение производительности аппарата за счет уменьшения свободного сечения аппарата в более захоложенной его области, уноса несконденсированного продукта.

Известен способ и аппарат для десублимации газовой смеси (Патент DE 2654249, опубл. 01.06.78, МПК В 01 D 7/02, В 01 D 53/00C, В 01 D 53/00H), в котором сублимируемые компоненты газовой смеси осаждаются на поверхности теплообменного аппарата при нестационарной температуре в направлении, противоположном потоку газовой смеси, образуя слой определенной толщины. Толщина слоя определяется как оптимизированная функция локальной скорости потока, локальной плотности и локального числа Рейнольдса с учетом эффективного гидравлического диаметра сечения прохода исходной газовой смеси и регулируется температурой или расходом теплоносителя.

Известный способ является сложным для осуществления, так как для расчета локальной толщины слоя десублимата, по которой производится управление процессом сублимации-десублимации, необходимо измерить, по крайней мере, три локальных параметра.

Задачей изобретения является разработка более простого способа управления процессом сублимации-десублимации, обеспечивающего управление по одному непосредственно измеряемому параметру.

Задачу решают тем, что в способе управления процессом сублимации-десублимации радиоактивных материалов, включающем регулирование температуры по длине аппарата в зависимости от толщины слоя продукта, регулирование температуры осуществляют по зонам с помощью нагревательных элементов, расположенных в каждой зоне по длине аппарата, в соответствии с интенсивностью гамма-излучения от слоя радиоактивного продукта в каждой зоне.

На фиг.1 представлена схема управления процессом сублимации-десублимации в сублимационном аппарате. На фиг.2 представлена схема управления процессом сублимации-десублимации в кольцевом аппарате. На фиг.3, 4, 5 представлены функции распределения толщины слоя десублимата по зонам аппарата в начальный, промежуточный и конечный моменты времени процесса десублимации.

На фиг.1 представлен сублимационный аппарат 1, который имеет нагревательную камеру 2 с нагревательными элементами 3, холодильную камеру 4 с патрубком 5 входа хладагента, на котором установлен вентиль 6, и патрубок 7 выхода хладагента, сублимационную камеру 8 с патрубками входа 9 и выхода 10 технологического газа, внешние источники гамма-излучения 11, блоки детектирования 12 для измерения интенсивности гамма-излучения, контроллер 13, связанный с исполнительным блоком 14, управляющим расходом хладагента, и с исполнительным блоком 15, управляющим температурой нагревательных элементов 3.

Сублимационный аппарат 1 по длине условно разделен на зоны 16, в каждой из которых установлен нагревательный элемент 3, внешний источник гамма-излучения 11, блок детектирования 12 и датчик контроля температуры (на фиг.1 не показан).

В случае переработки радиоактивных сублимирующихся материалов нет необходимости использовать внешние источники гамма-излучения. На фиг.2 представлен кольцевой аппарат ядернобезопасного исполнения для сублимации-десублимации гексафторида урана, в котором кольцевая полость является сублимационной камерой. Источником гамма-излучения является слой продукта 17 (десублимата). Изменение интенсивности гамма-излучения по зонам 16 фиксируется блоками детектирования 12. Кольцевой аппарат снабжен центральной нейтронно-поглощающей вставкой 18.

Способ управления процессом десублимации-сублимации технологического газа в сублимационном аппарате осуществляется следующим образом.

При работе в режиме десублимации сублимационный аппарат 1 захолаживается. Хладагент поступает в холодильную камеру 4 через патрубок 5, на котором установлен вентиль 6, регулирующий объем подаваемого хладагента по сигналу с исполнительного блока 14. Технологический газ поступает через патрубок 9 в сублимационную камеру 8 и конденсируется в твердую фазу на поверхности теплообмена - более холодной стенке сублимационного аппарата - в виде кристаллического слоя продукта 17, толщина слоя которого непрерывно увеличивается. Измеряя по зонам 16 интенсивность гамма-излучения с помощью блоков детектирования 12, определяется профиль толщины слоя продукта 17 по длине аппарата. Контроллер 13 осуществляет обработку сигналов, поступающих с блоков детектирования 12, и выдает сигналы управления на исполнительные блоки 14, 15. С исполнительного блока 15 осуществляется регулирование температуры в зонах 16 с помощью нагревательных элементов 3. Через патрубок 10 выходит несублимируемый газ. Зависимость интенсивности гамма-излучения от толщины слоя определяется опытным путем. Заполнение аппарата происходит в сторону, противоположную входу технологического газа.

В начальный момент времени процесса десублимации в самой удаленной зоне I (фиг.3) от патрубка входа 9 технологического газа сублимационного аппарата 1 создается самая низкая температура, и основная часть продукта осаждается на стенках этой наиболее удаленной зоны.

При достижении максимального значения толщины слоя d max в зоне I прекращается рост интенсивности гамма-излучения, фиксируемый блоком детектирования 12, связанным с контроллером 13. По сигналу с контроллера 13 на исполнительный блок 15, связанный с нагревательными элементами 3, происходит понижение температуры в соседней зоне II. При этом продукт теперь будет интенсивно конденсироваться в зоне II. При достижении максимального значения толщины слоя d max в зоне II (фиг.4) происходит аналогичное перераспределение профиля температур, при этом толщина слоя определяется по единственному параметру - интенсивности гамма-излучения.

К конечному моменту времени происходит полное заполнение сублимационной камеры 8, и толщина слоя продукта 17 будет равномерной по всей длине сублимационного аппарата (фиг.5). Это приводит к повышению производительности сублимационного аппарата, а также к более высокой очистке от примесей.

В режиме сублимации нагрев сублимационной камеры осуществляется по сигналу с исполнительных блоков 14 и 15, нагревательными элементами 3 и регулирующим поступление хладагента вентилем 6. Температура нагрева выбирается по оптимальной скорости уменьшения толщины слоя продукта 17, определенного по интенсивности гамма-излучения с помощью блоков детектирования 12. Нагрев сублимационной камеры прекращается при регистрации блоками детектирования 12 фонового значения гамма-излучения.

Данный способ управления позволяет автоматизировать процессы десублимации и сублимации и повышает эффективность работы сублимационного аппарата в целом.