УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НИТРАТА УРАНИЛА ОТ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ
DEVICE FOR PURIFICATION OF URANYL NITRATE FROM FISSION PRODUCTS

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.