устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления
Классы МПК: | G21C19/46 водные способы C01G43/00 Соединения урана B01D9/02 из растворов |
Автор(ы): | Волк Владимир Иванович (RU), Козырев Анатолий Степанович (RU), Короткевич Владимир Михайлович (RU), Кривопустов Сергей Иванович (RU), Круглов Сергей Николаевич (RU), Рябов Александр Сергеевич (RU), Хандорин Геннадий Петрович (RU), Шикерун Тимофей Геннадьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-01-26 публикация патента:
27.08.2011 |
Изобретение может быть использовано при переработке отработавшего ядерного топлива. Устройство выполнено U-образной формы и установлено вертикально. На первой стороне размещены штуцер 4 для подачи раствора нитрата уранила и штуцер 6 для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов. На второй стороне, выполненной в виде трубопровода 7 с секционной нагревательной рубашкой 14, размещены штуцер 12 подачи промывного раствора и сливной патрубок 13. В верхней части первой стороны устройства размещен кольцевой реактор 1 с конусным днищем 2 и нагревательной рубашкой 15. Трубопровод 7 одним концом соединен с конусным днищем 2 кольцевого реактора 1, а другим - через патрубок 11 с пульсатором. Штуцер 4 для подачи раствора нитрата уранила и дополнительный штуцер 3 для подачи раствора ацетата натрия расположены под конусным днищем 2 кольцевого реактора 1. Изобретение позволяет осуществлять непрерывный процесс кристаллизации, осаждения и осветления раствора в условиях многоступенчатой фронтальной промывки и обеспечивает высокую степень очистки нитрата уранила от продуктов деления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления, выполненное U-образной формы и установленное вертикально с размещенными на первой стороне штуцером для подачи раствора нитрата уранила и штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, а на второй стороне, выполненной в виде трубопровода с секционной нагревательной рубашкой, - штуцером подачи промывного раствора и сливным патрубком, отличающееся тем, что в верхней части первой стороны устройства размещен кольцевой реактор с конусным днищем и нагревательной рубашкой, а трубопровод одним концом соединен с конусным днищем кольцевого реактора, а другим через патрубок - с пульсатором, при этом штуцер для подачи раствора нитрата уранила и дополнительный штуцер для подачи раствора ацетата натрия расположены под конусным днищем кольцевого реактора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод состоит из двух частей разного диаметра с коническим переходом между ними.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в области переработки отработавшего ядерного топлива для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления путем осаждения.
Известен аппарат для непрерывного осаждения труднорастворимых соединений (а.с. СССР № 1494915, опубл. 23.07.89). Вертикальный цилиндрический корпус аппарата снабжен в верхней части охлаждающей, а в нижней части нагревающей рубашками. Патрубки ввода исходного раствора и осадителя размещены в нижней части корпуса. При смешении растворов происходит образование кристаллов, которые оседают под действием гравитационных сил. Кристаллы и маточный раствор выводят через отдельные отверстия, однако при этом происходит захват кристаллами маточника. К тому же устройство не предусматривает очистку выделенных кристаллов от маточного раствора.
За прототип предлагаемого устройства выбрано устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления (патент РФ № 2268510, опубл. 20.01.2006), выполненное в виде установленной вертикально трубы U-образной формы с наружным охлаждением. На одной стороне устройства в его верхней части размещен кристаллизатор со штуцером для подачи раствора нитрата уранила, нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне и закреплена в отверстии ее крышки. Крышка снабжена штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов. Нижняя часть промывочной колонны имеет конусное днище и снабжена штуцером подачи промывного раствора. Другая сторона устройства выполнена в виде трубопровода, имеющего рубашку наружного обогрева. В нижней части трубопровод соединен с конусным днищем промывочной колонны и пульсационной цилиндрической камерой, а в верхней части трубопровод снабжен сливным патрубком.
В данном устройстве кристаллизацию проводят в прямотоке образующихся кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора при постоянном охлаждении раствора. Образующиеся кристаллы подвергают промывке, затем кристаллы отделяют от промывного раствора, расплавляют и выгружают под действием разницы гидростатического давления. Кристаллизацию, промывку и выгрузку проводят под действием вертикальных пульсаций.
Однако конструкция промывочной колонны не позволяет обеспечить фронтальное движение промывного раствора противотоком кристаллам из-за неизбежного перемешивания слоев промывного раствора внутри промывочной колонны под действием пульсаций промывного раствора, что исключает возможность реализации многоступенчатой промывки кристаллов и снижает коэффициенты очистки кристаллов от осколков деления. Другим недостатком устройства является расположение пульсационной цилиндрической камеры между промывочной колонной и трубопроводом, что усложняет конструкцию и технологию изготовления устройства.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - повышение эффективности операции промывки кристаллов соли урана от продуктов деления. Дополнительной технической задачей является упрощение конструкции устройства.
Поставленные задачи решаются тем, что в устройстве для очистки нитрата уранила от продуктов деления, выполненном U-образной формы и установленном вертикально, с размещенными на первой стороне штуцером для подачи раствора нитрата уранила и штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, а на второй стороне, выполненной в виде трубопровода с секционной нагревательной рубашкой, - штуцером подачи промывного раствора и сливным патрубком, в верхней части первой стороны устройства размещен кольцевой реактор с конусным днищем и нагревательной рубашкой, а трубопровод одним концом соединен с конусным днищем кольцевого реактора, а другим - через патрубок с пульсатором, при этом штуцер для подачи раствора нитрата уранила и дополнительный штуцер для подачи раствора ацетата натрия расположены под конусным днищем кольцевого реактора. Трубопровод состоит из двух частей разного диаметра с коническим переходом между ними.
На чертеже схематично изображен вертикальный разрез устройства.
Устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления выполнено U-образной формы и установлено вертикально. На одной стороне устройства в его верхней части расположен кольцевой реактор 1 с конусным днищем 2. Под конусным днищем 2 в зоне перемешивания 5 расположены штуцеры подачи раствора ацетата натрия 3 и нитрата уранила 4. Штуцер 6 для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов расположен в верхней части кольцевого реактора 1. Другая сторона устройства выполнена в виде трубопровода 7, состоящего из двух частей 8 и 9 разного диаметра с коническим переходом 10 между ними. Одним концом трубопровод 7 соединен с конусным днищем 2 кольцевого реактора 1, а другим - через патрубок 11 с пульсатором (не показан). В среднем отделе части 8 расположен штуцер 12 подачи промывного раствора, в верхнем отделе - сливной патрубок 13. Трубопровод 7 снабжен секционной нагревательной рубашкой 14, а кольцевой реактор 1 - нагревательной рубашкой 15. Нагревательные рубашки подсоединены к внешним термостатам (не показаны).
Устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления работает следующим образом.
Раствор ацетата натрия через штуцер подачи раствора ацетата натрия 3 и раствор нитрата уранила через штуцер для подачи раствора нитрата уранила 4 непрерывно подают в зону перемешивания 5. Через штуцер 12 подачи промывного раствора в трубопровод 7 подают азотную кислоту. Под действием создаваемого пульсатором переменного давления на «зеркало» раствора в трубопроводе 7 раствор в устройстве приходит в возвратно-поступательное движение. При возвратно-поступательном движении всего объема жидкости в устройстве и одновременной подаче технологических и промывного растворов с высокой эффективностью осуществляется процесс перемешивания и осаждения компонентов с одной стороны устройства, и их промывка - с другой. В результате реакции ацетатного осаждения происходит кристаллизация натрийуранилтриацетата и отделение маточного раствора, который под действием вертикальных пульсаций совместно с отработавшим промывным раствором поступает в верхнюю часть кольцевого реактора 1 и выводится из устройства через штуцер 6. Рост кристаллов во взвешенном состоянии, обеспечиваемом пульсацией, обуславливает образование совершенных форм кристаллов, что уменьшает возможность захвата маточника в сростках и дефектах кристаллов. Кристаллы натрийуранилтриацетата под действием сил гравитации двигаются вниз.
В результате взаимодействия натрийуранилтриацетата с азотной кислотой, подаваемой через штуцер 12, образуется раствор нитрата уранила, уксусной кислоты и нитрата натрия. Часть его поднимается по трубопроводу 7 и выводится из устройства через сливной патрубок 13, а часть опускается по трубопроводу 7, отмывая от осколочных элементов движущиеся противотоком кристаллы натрийуранилтриацетата. Таким образом, кристаллы натрийуранилтриацетата подвергаются противоточной промывке промывным раствором.
За счет наложенной пульсации в коническом переходе 10 происходит интенсивное перемешивание кристаллов с промывным раствором с выравниванием в поперечном сечении части 9 трубопровода 7 концентрационного фронта промывного раствора, движущегося противотоком кристаллам.
Противоточное движение промывного раствора и кристаллов в части 9 трубопровода 7 реализуется за счет того, что вес столба раствора со стороны сливного патрубка 13 больше веса столба раствора со стороны штуцера 6, благодаря чему промывной раствор фильтруется через слой кристаллов. Разница в весе указанных столбов растворов обеспечивается заданными концентрациями растворов.
За счет организации противоточного движения промывного раствора и кристаллов в части 9 трубопровода 7 реализуется процесс многоступенчатой фронтальной промывки, обеспечивающий высокую степень очистки натрийуранилтриацетата от осколочных элементов.
Предложенное устройство позволяет осуществлять непрерывный процесс кристаллизации, осаждения и осветления раствора в условиях многоступенчатой фронтальной промывки, обеспечивающей высокую степень очистки нитрата уранила от осколочных элементов.
Исключение кристаллизатора и пульсационной цилиндрической камеры между U-образными частями устройства упрощает конструкцию устройства, а применение кольцевого реактора на одной стороне устройства позволяет повысить его производительность при соблюдении ядерно-безопасных геометрических размеров аппарата.
Класс G21C19/46 водные способы
Класс C01G43/00 Соединения урана