УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НИТРАТА УРАНИЛА ОТ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к аппаратам для массообменных противоточных непрерывных процессов между твердой и жидкой фазами, таких как промывка, выщелачивание, растворение и может быть использована в радиохимической, химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. С наибольшим эффектом полезная модель может быть использована для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления путем кристаллизации.
Известен кристаллизатор (патент Японии №7140294, G 21 C 19/46) для осуществления непрерывной кристаллизации растворов ядерного топлива и процессов кристаллизационной очистки U и Рu. Кристаллизатор содержит наружную трубу, установленную горизонтально или наклонно, в ней размещена внутренняя труба, вращаемая приводом. На периферии внутренней трубы размещены направляющие лопатки, наружняя труба снабжена патрубками подачи раствора нитрата уранила, кислоты, хладоагента и вывода маточника и кристаллов гексагидрата нитрата уранила. Раствор нитрата уранила охлаждают в межтрубном пространстве с образованием кристаллов и ильных отложений, содержащих и кристаллы. Кристаллы и маточный раствор выводят через отдельные отверстия, при этом имеет место захват маточника кристаллами.
К недостаткам этого кристаллизатора следует отнести малую надежность в работе из-за трудности защиты сальников, находящихся в зоне кристаллизации, что приводит к необходимости проведения операций, опасных для обслуживающего персонала. Отсутствие промывки кристаллов приводит к низкой степени очистки от продуктов деления и потребности в дополнительном холодильном оборудовании.
Известно устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления, выбранное за прототип (патент РФ №2244966, G 21 C 19/46).
Это устройство содержит кристаллизатор, выполненный в виде вертикальной трубы с наружним охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила в верхней части. Внутри кристаллизатора установлена лопасная мешалка. 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. Штуцер соединен с гидрозатвором. Нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек. Верхняя часть наклонной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне.
К недостаткам этого устройства следует отнести малую надежность в работе, и недостаточную отмывку кристаллов от продуктов деления.
При эксплуатации выявлен основной недостаток - «поршневой режим», который превращает непрерывный технологический процес в переодический. Суть «поршневого режима» заключается в том, что кристаллы при подъеме полностью заполняют межвитковое пространство шнека, слеживаются и герметизируют сечение трубы шнека. Это приводит к тому, что промывной раствор не проходит вниз и не промывает навстречу движущиеся кристаллы, а меняет направление, движется вместе с кристаллами в штуцер выгрузки и при этом начинает «высасывать» кристаллизационную зону- понижается уровень налива в последней, сокращается высота кристаллизации, нарушается гидростатика и гидродинамика в аппарате, что приводит к вынужденой остановке технологического процесса-прекращается подача исходного и промывного растворов. Для ликвидации «поршневого режима» нагревают зону шнековой выгрузки, кристаллы расплавляют, что приводит к разгерметизации сечения шнека и восстановлению гидростатики в аппарате по уровню гидрозатвора и только после этого вновь можно начинать технологический процесс по очистке нитрата уранила.
Также было установлено, что движущиеся вверх слежавшиеся кристаллы не достаточно полно промываются поступающим навстречу промывным раствором.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности работы устройства при проведения непрерывного технологического процесса, путем ликвидации «поршневого режима» и интенсификации процесса отмывки кристаллов от продуктов деления.
Для решения поставленной задачи устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления содержит кристаллизатор, выполненный в виде вертикальной
трубы с наружним охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила в верхней части, внутри кристаллизатора установлена лопасная мешалка, 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, соединенным с гидрозатвором, нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек, верхняя часть наклоной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне, при этом с наружной стороны наклонная труба снабжена двумя вертикальными цилиндрическими камерами для подвода пульсаций, расположенными в ее нижней и средней частях.
В частном варианте расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в нижней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 20-24 диаметрам наклонной трубы, а расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в средней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 10-12 диаметрам наклонной трубы.
В другом частном варианте вертикальные цилиндрические камеры выполнены с разными площадями сечений.
В другом частном варианте площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в нижней части наклонной трубы, составляет 0,15-0,25 площади сечения наклонной трубы, а площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в средней части наклонной трубы составляет 0,1-0,15 площади сечения наклонной трубы.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на фигуре, где схематически представлен вертикальный разрез устройства.
Устройство содержит кристаллизатор 1, расположенный вертикально, с наружным охлаждением 2, выполненный в виде трубы 3, со штуцером подачи раствора нитрата уранила 4, расположеннном в верхней части. Внутри трубы установлена лопасная мешалка 5. Нижняя часть трубы кристаллизатора размещена в промывочной колонне б и закреплена в отверстии крышки 7 промывочной колонны
соосно с последней. Крышка снабжена штуцером 8 для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором 9. Промывочная колонна в нижней части соединена под углом с наклон ной трубой 10, внутри которой установлен шнек 11. Верхняя часть наклоной трубы снабжена штуцером 12 для выгрузки отделенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером 13 для подачи промывного раствора. Штуцер для выгрузки кристаллов, отделенных от промывного раствора, размещен выше штуцера подачи промывного раствора. Штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне. Штуцер для выгрузки кристаллов соединен с двумя попеременно работающими обогреваемыми приемно-выдачными емкостями 14. Наклонная труба с наружной стороны снабжена двумя вертикальными цилиндрическими камерами 15 и 16 для подвода пульсаций, расположенными в ее нижней и средней частях соответственно. Расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в нижней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 20-24 диаметрам наклонной трубы, а расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в средней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 10-12 диаметрам наклонной трубы. Площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в нижней части наклонной трубы, составляет 0,15-0,25 площади сечения наклонной трубы, а площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в средней части наклонной трубы составляет 0,1-0,15 площади сечения наклонной трубы.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Раствор после выпаривания до концентрации по урану 800-1300 г/л и по азотной кислоте 0,5-3 моль/л непрерывно подают через штуцер питания 4 в трубу 3 кристаллизатора 1, с наружним охлаждением 2, в котором при постоянном перемешивании лопастной мешалкой 5 охлаждают до температуры 15-30°С. Образующиеся кристаллы гексагидрата нитрата уранила попутно с маточным раствором движутся вниз, и в точке выхода из кристаллизатора происходит их отделение от маточного раствора. Кристаллы под действием сил гравитации продолжают движение вниз в соосную кристаллизатору промывочную колонну 6, через отверстие ее крышки 7, пройдя которую, собираются в ее нижней части, из которой непрерывно выгружаются шнеком 11 через штуцер выгрузки 12 в обогреваемую приемно-выдачную емкость 14. Собранные кристаллы в этой емкости
после их нагрева до температуры выше 60°С подают на следующую ступень кристаллизации. Промывной раствор непрерывно подают через верхний штуцер 13 наклонной трубы 10 и он движется в нижнюю часть промывочной колоны противотоком к поднимающимся шнеком кристаллам. По достижению промывной зоны промраствор поднимается вверх противотоком к падющим кристаллам, далее он на выходе из промывной зоны встречается с маточным раствором, увлекает последний за собой и выходит через штуцер 8 крышки провочной колонны и гидрозатвор 9 из процесса. Наложение пульсации к вертикальным цилиндрическим камерам 15 и 16 способствует псевдоожижению кристаллов в шнеке, это не дает им слеживаться и, следовательно, исключает «поршневой режим», а также способствует лучшему контактированию кристаллов с промывным раствором, что увеличивает степень их отмывки от продуктов деления. За счет изменения интенсивности пульсации подбирают наилучший режим псевдоожижения кристаллов, варьируя изменением частоты и амплитуды. Интенсивность пульсации {I, мм/мин} есть произведение {f, 1/мин} на размах колебаний {2А, мм}
Таким образом, повышается надежность работы устройства при проведении непрерывного технологического процесса, ликвидируется «поршневой режим» и увеличивается степень отмывки кристаллов, что в целом ведет к интенсификации всего процесса очистки нитрата уранила от продуктов деления.