КОНДЕНСАТОР-ИСПАРИТЕЛЬ СТАЦИОНАРНЫЙ
STATIONARY CONDENSER-EVAPORATOR

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов, в частности для проведения процесса десублимации-сублимации гексафторида урана.
Известен конденсатор-испаритель стационарный [RU №2339423, В01D 7/00. Опубликовано: 27.11.2008. Бюл. №33], принятый за прототип. Аппарат содержит цилиндрический теплоизолированный корпус, в котором расположены кольцевая камера для теплоносителей и соосная с ней кольцевая сублимационная камера, снабженная нагревателями обеих стенок и кольцевыми перегородками с отбортовкой, размещенными с зазором относительно обогреваемой стенки, патрубки ввода и вывода технологических газов, ввода и вывода теплоносителей, при этом камера для теплоносителей разделена кольцевыми перегородками на секции, последовательно сообщающиеся между собой, и секции имеют патрубок подвода теплоносителя.
Конденсатор-испаритель стационарный периодического действия и работает в двух режимах: десублимации и сублимации.
Недостатком аппарата является вероятность нарушения герметичности из-за температурных напряжений, которые при большой высоте аппарата возникают между обогреваемым корпусом десублиматора и охлаждаемой камерой для теплоносителей.
В химической аппаратуре в таких случаях применяются компенсаторы: сальниковый или волновой (линза, сильфон) [Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. - Л.: Машиностроение, 1970, с.643]. Использование сальникового компенсатора на оборудовании, работающем с ядерными делящимися материалами, не допускается по требованиям к герметичности такого оборудования. Установить волновой компенсатор на корпусе десублиматора нельзя, т.к. в этом случае линза будет выходить за пределы обогреваемого корпуса и часть продукта будет десублимироваться на внутренней поверхности линзы. Прочный и жесткий по своим свойствам десублимат будет мешать нормальной работе компенсатора. Кроме того, этот десублимат нельзя будет извлечь из аппарата на стадии опорожнения аппарата, и потребуется дополнительный обогрев компенсатора.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности аппарата за счет уменьшения температурных напряжений между обогреваемым корпусом аппарата и охлаждаемой камерой для теплоносителей.
Для решения этой задачи предлагается конденсатор-испаритель стационарный, содержащий цилиндрический теплоизолированный корпус, в котором расположены кольцевая камера для теплоносителей и соосная с ней кольцевая сублимационная камера, снабженная нагревателями обеих стенок и кольцевыми перегородками с отбортовкой, размещенными с зазором относительно обогреваемой стенки и делящими кольцевую камеру для теплоносителей на секции, патрубки ввода и вывода технологических газов, ввода и вывода теплоносителей, при этом боковые стенки камеры для теплоносителей по крайней мере в одной секции имеют развальцовки, которые соединены с отбортовкой кольцевой перегородки.
На фиг.1 показан продольный разрез конденсатора-испарителя, на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1.
Аппарат содержит цилиндрический кольцевой корпус 1 (см. фиг.1), заключенный в теплоизолирующий кожух 2. В корпусе соосно расположены кольцевая сублимационная камера 3 и камера 4 для теплоносителей. Сублимационная камера имеет внутреннюю стенку 5 и наружную стенку 6, обогреваемые нагревателями 7 и 8. Камера 4 для теплоносителей содержит нижний кольцевой элемент 9 с патрубком 10 для ввода теплоносителя, кольцевые секции 11 и верхний кольцевой элемент 12 с патрубком 13 для вывода теплоносителя из камеры 4. Кольцевые элементы 9, 12 и секции 11 разделены поперечными кольцевыми перегородками 14. Кольцевые перегородки 14 имеют отбортовки 15 (см. фиг.2), которые расположены в сублимационной камере 3 и направлены по ходу технологического газа. Секции 11 ограничены по бокам наружной стенкой 16 и внутренней стенкой 17. У одной или нескольких секций 11 стенки 16 и 17 имеют развальцовки 18 и 19 соответственно, которые при соединении с отбортовкой 15 образуют волновой компенсатор. В кольцевых перегородках 14 (см. фиг.1) имеются отверстия 20, посредством которых последовательно сообщаются между собой кольцевой элемент 9, секции 11 и кольцевой элемент 12. Отверстия 20 расположены диаметрально друг напротив друга на двух соседних перегородках. Между отбортовками 15 и обогреваемыми стенками 5 и 6 имеются зазоры 21 и 22 (см. фиг.2). Перегородки 14 установлены с шагом, убывающим в направлении от патрубка 23 (см. фиг.1) для ввода технологического газа к патрубку 24 для вывода технологического газа. Перегородки 14 делят сублимационную камеру 3 на кольцевые ячейки 25. Патрубок 26 предназначен для вывода десублимата из сублимационной камеры. Регулирование нагрева стенок 5 и 6 сублимационной камеры осуществляется электронагревателями 7 и 8. Для регулирования температуры стенок секций 11 каждая (или некоторые) из них имеет патрубок 27 для подачи (или отбора) дополнительного теплоносителя в эти секции. При этом температура теплоносителя и, соответственно, стенки секции 11 контролируется датчиками 28 для измерения температуры.
Конденсатор-испаритель стационарный периодического действия и работает в двух режимах: десублимации и сублимации.
При работе в режиме десублимации хладагент (пары жидкого азота, хладона или рассол) через патрубок 10 подают в нижний кольцевой элемент 9, где он распределяется по всему элементу и через отверстие 20 поступает в кольцевую секцию 11, расположенную выше. Проходя последовательно все секции и верхний кольцевой элемент 12, отработанный (нагретый) хладагент выходит через патрубок 13 из камеры 4 для теплоносителей. Процесс десублимации проводят при включенных нагревателях 7 и 8, обогревающих стенки 5 и 6 сублимационной камеры до температуры, не допускающей десублимацию гексафторида урана (ГФУ). Технологический газ, представляющий собой смесь паров ГФУ и инертных газов, поступает через патрубок 23, распределяется по кольцевому пространству в верхней части сублимационной камеры 3, проходит через зазоры 21, 22 и последовательно поступает в кольцевые ячейки 25. Гексафторид урана, десублимируясь, осаждается на охлаждаемых поверхностях кольцевых элементов 12, 9 и стенках 16 и 17 секций 11.
Для перевода аппарата в режим сублимации подача хладагента и технологического газа прекращается. Нагревателями 7 и 8 доводят температуру в аппарате до температуры плавления ГФУ при соответствующем повышении давления паров ГФУ в аппарате. Расплавленный ГФУ выводится из сублимационной камеры через патрубок 26. Для ускорения процесса плавления в камеру 4 подают теплый сухой воздух через патрубок 10, а отработанный воздух удаляют из камеры через патрубок 13. Плавление ГФУ начинается со стороны патрубка 26 вывода десублимата, что способствует минимизации сопротивления для отходящего продукта. С целью сокращения времени нагрева и опорожнения конденсатора-испарителя возможна дополнительная подача теплого воздуха через патрубки 27.
Камера 4 для теплоносителей жестко крепится к корпусу аппарата внизу кольцевым элементом 9 и патрубком 13 вверху. Вместе с тем, по условиям эксплуатации корпус аппарата нагревается нагревателями 7 и 8, удлиняясь в результате теплового расширения, а камера 4, охлаждаясь, укорачивается. При значительной высоте конденсатора-испарителя удлинение и укорочение элементов аппарата могут быть значительными, что приведет к тепловым деформациям элементов аппарата, разгерметизации аппарата и выводу его из эксплуатации.
Предлагаемая конструкция конденсатора-испарителя с кольцевой камерой для теплоносителя, боковые стенки которой имеют развальцовки, соединенные с отбортовкой кольцевой перегородки, лишена этого недостатка.
Конденсатор-испаритель стационарный предложенной конструкции более надежен в работе за счет устранения температурных напряжений между обогреваемым корпусом и охлаждаемой камерой для теплоносителей.