RU2594009C1 - Method of uranium hexafluoride evaporation from cylinder - Google Patents
Method of uranium hexafluoride evaporation from cylinder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594009C1 RU2594009C1 RU2015110094/05A RU2015110094A RU2594009C1 RU 2594009 C1 RU2594009 C1 RU 2594009C1 RU 2015110094/05 A RU2015110094/05 A RU 2015110094/05A RU 2015110094 A RU2015110094 A RU 2015110094A RU 2594009 C1 RU2594009 C1 RU 2594009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- uranium hexafluoride
- nitrogen
- evaporation
- pressure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки гексафторида урана и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости.The invention relates to the field of processing of uranium hexafluoride and can be used to extract uranium hexafluoride from cylinders of various capacities.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ испарения гексафторида урана с импульсной подачей азота внутрь баллона и устройство (патент РФ №2264987, МПК C01G 43/06).Closest to the proposed method is a method of evaporation of uranium hexafluoride with a pulsed nitrogen supply into the container and device (RF patent No. 2264987, IPC C01G 43/06).
Испарение гексафторида урана осуществляют из баллона, обогреваемого двухсекционным индуктором, а внутрь баллона производят импульсную подачу азота при давлении, превышающем давление газов в баллоне на 15±5 кПа. Подачу азота осуществляют в импульсном режиме при температуре стенки баллона 60-150°C и давлении образующейся газовой смеси 50-150 кПа. При удалении неиспаренного остатка гексафторида урана одновременно с подачей азота ведут вакуумирование баллона до давления 50 кПа.The evaporation of uranium hexafluoride is carried out from a cylinder heated by a two-section inductor, and a pulsed nitrogen supply is produced inside the cylinder at a pressure exceeding the gas pressure in the cylinder by 15 ± 5 kPa. Nitrogen supply is carried out in a pulsed mode at a cylinder wall temperature of 60-150 ° C and a pressure of the resulting gas mixture of 50-150 kPa. When removing the unevaporated residue of uranium hexafluoride simultaneously with the supply of nitrogen, the cylinder is evacuated to a pressure of 50 kPa.
Устройство для способа испарения состоит из баллона, обогреваемого боковым двухсекционным индуктором. Баллон снабжен питающим и расходным клапанами. В процессе испарения в питающий клапан из магистральной линии азота через ручной вентиль, сильфонный клапан и расходомер импульсно подают сжатый азот внутрь баллона. Через расходный клапан по коллектору испаряющийся гексафторид урана направляют на конверсию в реакторы.The device for the evaporation method consists of a cylinder heated by a side two-section inductor. The cylinder is equipped with supply and supply valves. During evaporation, compressed nitrogen is pulsed into the cylinder from the nitrogen supply line through a manual valve, a bellows valve, and a flow meter. Evaporating uranium hexafluoride is directed through a flow valve through a manifold to conversion into reactors.
Однако несмотря на ряд положительных моментов указанного способа (повышение скорости испарения гексафторида урана, снижение количеств неиспаренного остатка ГФУ, улучшение условий труда) он не лишен некоторых недостатков, основные из которых следующие.However, despite a number of positive aspects of this method (increasing the rate of evaporation of uranium hexafluoride, reducing the amount of non-evaporated HFC residue, improving working conditions), it is not without some drawbacks, the main of which are as follows.
Предыдущими работами («Исследования закономерностей процесса испарения ГФУ из твердой и жидкой фаз и пути интексификации этого процесса». Сергеев Г.С. Канд. Диссертация, арх. №375 - 1970 г. ) было показано, что основной вклад в процесс тепло- и массообмена при испарении гексафторида урана из твердой фазы вносит кондуктивный теплообмен, т.е. непосредственный контакт гексафторида урана с нагретой стенкой. В то же время проектом установки УХИ завода «МСЗ» не было предусмотрено наличие донных индукторов для баллонов в ячейках испарения.Previous works (“Studies of the laws of the process of evaporation of HFCs from solid and liquid phases and the ways of introducing this process.” Sergeev GS Cand. Thesis, architect No. 375 - 1970) showed that the main contribution to the process is mass transfer during evaporation of uranium hexafluoride from the solid phase introduces conductive heat transfer, i.e. direct contact of uranium hexafluoride with a heated wall. At the same time, the installation design of the UCI plant of the MSZ plant did not provide for the presence of bottom inductors for cylinders in the evaporation cells.
Замеры температуры дна при штатном режиме испарения показали, что при температуре стенки баллона во 2-й (нижней) зоне, равной 150°C, температура дна колеблется в диапазоне 50-55°C и только в самой заключительной фазе она достигает 90°C. А основной вклад в течение почти всей продолжительности испарения вносит конвективный теплоперенос от нагретой вертикальной стенки баллона через газовую прослойку между стенкой баллона и массой испаряемого ГФУ, который характеризуется весьма низкими показателями.Measurements of the bottom temperature during normal evaporation showed that at a cylinder wall temperature in the 2nd (lower) zone equal to 150 ° C, the bottom temperature fluctuates in the range of 50-55 ° C and only in the final phase it reaches 90 ° C. And the main contribution during almost the entire duration of evaporation is made by convective heat transfer from the heated vertical cylinder wall through the gas gap between the cylinder wall and the mass of the evaporated HFC, which is characterized by very low rates.
Технический результат предлагаемого способа испарения гексафторида урана заключается в дальнейшей интенсификации процесса испарения, практически полном удалении неиспаримого остатка ГФУ в баллоне после его опорожнения на коллекторе, существенном снижении удельного энергопотребления на единицу испаряемого сырья, в обеспечении полной безопасности процесса на всех его стадиях и повышении качества получаемых порошков диоксида урана за счет равномерного питания реакторов конверсии ГФУ.The technical result of the proposed method for the evaporation of uranium hexafluoride consists in further intensification of the evaporation process, almost complete removal of the non-volatile HFC residue in the cylinder after it is emptied on the collector, a significant reduction in the specific energy consumption per unit of evaporated raw materials, in ensuring complete safety of the process at all its stages and improving the quality of the obtained uranium dioxide powders due to the uniform supply of HFC conversion reactors.
Технический результат достигается тем, что в способе испарения гексафторида урана нагрев баллона производят двухсекционным индуктором и дополнительным включением донного нагревателя мощностью 4-8 кВт. Время включения - при достижении верхней зоны индуктора 60°C, а нижней - 65°С. В баллон через отсосную трубку подают нагретый азот при давлении, превышающем давление газа в баллоне на 30-50 кПа, причем подачу азота в баллон осуществляют в импульсном режиме при температуре боковой стенки 60-80°С и температуре днища 60-150°С и давлении образующейся газовой смеси 100-150 кПа. Расход азота при импульсе составляет не более 10 кг/ч, время импульса подачи азота не превышает 2 мин, а интервал между импульсами - не более 20 мин. При достижении температуры верхней зоны 60°С, а нижней 65°С регулирование указанных температур устанавливается на уровне до 70°С для верхней зоны и 80°С - для нижней до окончания процесса опорожнения баллона. В конце процесса баллон вакуумируют через коллектор газообразного ГФУ до давления 50 кПа.The technical result is achieved by the fact that in the method of evaporation of uranium hexafluoride, the cylinder is heated by a two-section inductor and the additional inclusion of a bottom heater with a power of 4-8 kW. Switch-on time - when the upper zone of the inductor reaches 60 ° C, and the lower - 65 ° C. Heated nitrogen is supplied to the cylinder through a suction tube at a pressure exceeding the gas pressure in the cylinder by 30-50 kPa, and nitrogen is supplied to the cylinder in a pulsed mode at a side wall temperature of 60-80 ° C and a bottom temperature of 60-150 ° C and pressure the resulting gas mixture of 100-150 kPa. The nitrogen flow rate per pulse is not more than 10 kg / h, the pulse time of the nitrogen supply does not exceed 2 minutes, and the interval between pulses is not more than 20 minutes. When the temperature of the upper zone reaches 60 ° C, and the lower 65 ° C, the regulation of these temperatures is set at 70 ° C for the upper zone and 80 ° C - for the lower one until the end of the cylinder emptying process. At the end of the process, the cylinder is evacuated through a collector of gaseous HFCs to a pressure of 50 kPa.
В связи с этим был изготовлен и смонтирован в нижней части индукторов в одной из ячеек установки УХИ завода МСЗ донный нагреватель с электрической мощностью 4 кВт. С целью снижения тепловой инерции его корпус был изготовлен из тонкой листовой нержавстали, а нагревательные элементы - из кабеля КТМС. На донной части баллона были установлены две прижимные хромель-алюмелевые термопары, показания которых регистрировались вторичным прибором «Ионогава».In this regard, a bottom heater with an electric power of 4 kW was fabricated and mounted in the lower part of the inductors in one of the cells of the MCI installation of the MSZ plant. In order to reduce thermal inertia, its body was made of thin sheet stainless steel, and the heating elements were made of KTMC cable. Two clamping chromel-alumel thermocouples were installed on the bottom of the container, the readings of which were recorded by the Ionogawa secondary instrument.
Как показали испытания, импульсная подача нагретого азота внутрь баллона (прототип) за счет изменения гидродинамического режима газового потока в пограничном слое с ламинарного на турбулентный способствует значительной интенсификации процесса испарения со всей поверхности твердого гексафторида урана. («Курс общей теплотехники» под редакцией И.Н. Сушкина, Москва, «Металлургия», 1973 г. ), (Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. «Теория тепло и массообмена», Гос. энгергоиздат, 1961 г. ).As tests have shown, the pulsed supply of heated nitrogen into the cylinder (prototype) due to a change in the hydrodynamic regime of the gas flow in the boundary layer from laminar to turbulent contributes to a significant intensification of the evaporation process from the entire surface of solid uranium hexafluoride. (“General Heat Engineering Course” edited by I.N.Sushkin, Moscow, “Metallurgy”, 1973), (Eckert E.R., Drake P.M. “Theory of Heat and Mass Transfer”, State Engergoizdat, 1961).
Нижний предел продолжительности импульсной подачи азота (2 мин.) обусловлен достижением максимальной скорости испарения (120-145 кг/ч). По условиям работы участка испарения цеха №48 возможно снижение времени подачи азота и ниже, если максимальной производительности не требуется. Что касается верхнего предела, то повышение продолжительности более 2 мин будет приводить к лишнему расходу азота.The lower limit for the duration of the pulsed nitrogen supply (2 min.) Is due to the achievement of the maximum evaporation rate (120-145 kg / h). According to the conditions of operation of the evaporation section of workshop No. 48, it is possible to reduce the nitrogen supply time and lower if maximum productivity is not required. As for the upper limit, an increase in the duration of more than 2 minutes will lead to an excess consumption of nitrogen.
Так как поверхность твердого гексафторида урана за счет интенсивного испарения охлаждается и необходимо какое-то время (в нашем случае около 20 мин), чтобы поверхность вновь нагрелась после импульса и стала способной к достижению производительности следующего импульса.Since the surface of solid uranium hexafluoride due to intensive evaporation is cooled and it takes some time (in our case, about 20 minutes), the surface is heated again after a pulse and becomes capable of achieving the performance of the next pulse.
Проведенные расчеты критерия Рейнольдса, как основополагающего параметра, характеризующего оба вышеупомянутых режима, показали, что увеличение расхода азота до 10 кг/ч может существенно увеличить интенсивность испарения без значительного повышения удельного расхода азота на единицу испаряемого сырья.The calculations of the Reynolds criterion, as a fundamental parameter characterizing both of the aforementioned modes, showed that an increase in nitrogen consumption up to 10 kg / h can significantly increase the evaporation rate without a significant increase in the specific nitrogen consumption per unit of evaporated feedstock.
Учитывая вышесказанное, логично предположить, что регулирование обогрева верхней и нижней зон индукторов следует изменить таким образом, чтобы только обеспечить свободный выход газовой смеси из баллона, т.е. при образовании газового зазора (температура верхней зоны 60°C, а нижней зоны 65°C) температуры зон переводятся на значения 70°C и 80°C до конца процесса опорожнения.Given the above, it is logical to assume that the regulation of heating of the upper and lower zones of the inductors should be changed in such a way as to only ensure the free exit of the gas mixture from the cylinder, i.e. when a gas gap is formed (the temperature of the upper zone is 60 ° C and the lower zone is 65 ° C), the temperature of the zones is switched to 70 ° C and 80 ° C until the end of the emptying process.
Такой режим существенно будет экономить электроэнергию, снижать процесс коррозии стенок баллона, а основной процесс испарения гексафторида урана осуществляется за счет комбинированного способа (кондуктивный подвод тепла от донного нагревателя и импульсная подача нагретого азота внутрь баллона).This mode will significantly save energy, reduce the corrosion of the walls of the cylinder, and the main process of evaporation of uranium hexafluoride is carried out through a combined method (conductive heat supply from the bottom heater and pulsed supply of heated nitrogen inside the cylinder).
Пример 1.Example 1
Кроме основной цели предлагаемого способа - интенсификации процесса испарения - пристальное внимание было уделено и такому важному фактору, как сокращение электропотребления на единицу испаряемого сырья (УЭП - удельное энергопотребление).In addition to the main goal of the proposed method - the intensification of the evaporation process - close attention was paid to such an important factor as reducing power consumption per unit of evaporated raw materials (UEP - specific energy consumption).
С этой целью на одной из ячеек УХИ (индуктор №7) в процессе испытаний производился непрерывный замер показаний электросчетчика СЭТ-4 с коэффициентом трансформации 85.For this purpose, in one of the UXI cells (inductor No. 7), during the tests, a continuous measurement of the readings of the SET-4 electric meter with a transformation ratio of 85 was carried out.
Сравнительные данные по изменению величины УЭП в зависимости от режимов испарения приведены в табл. 1Comparative data on the change in the SEC depending on the evaporation conditions are given in table. one
Приведенные в табл. 1 данные показывают, что использование кондуктивного подвода тепла (использование донного нагревателя), а также изменение режима работы боковых индукторов позволило не только вдвое увеличить скорость испарения ГФУ из баллона, но в 2,5 раза снизить величину удельного энергопотребления.Given in the table. 1, the data show that the use of conductive heat supply (the use of a bottom heater), as well as a change in the operation mode of the side inductors, allowed us to not only double the rate of HFC evaporation from the cylinder, but also reduce the specific energy consumption by 2.5 times.
При комбинированном способе скорость испарения увеличивается в 5 раз, а УЭП сокращается вчетверо.With the combined method, the evaporation rate increases by 5 times, and the CES is reduced by four.
Пример 2.Example 2
Для обоснования режима импульсной подачи нагретого азота внутрь емкости с целью дальнейшей интенсификации процесса испарения ГФУ были проведены расчеты критерия Рейнольдса, как основополагающего фактора, характеризующего гидродинамические режимы движения газовой смеси в баллоне в зависимости от весового расхода азота при импульсе.To justify the regime of pulsed supply of heated nitrogen into the tank in order to further intensify the process of HFC evaporation, the Reynolds criterion was calculated as a fundamental factor characterizing the hydrodynamic regimes of gas mixture movement in a cylinder depending on the weight flow rate of nitrogen at a pulse.
Результаты расчетов приведены в таблице 2.The calculation results are shown in table 2.
Полученные данные свидетельствуют, что импульсная подача азота в баллон существенно меняет гидродинамику потока в баллоне от ламинарного режима (Re=1070) до турбулентного (2 и 3 режимы испарения: значение Re 4295 и 6325 соответственно), а при учете суммарных объемов смеси гексафторида и азота оно увеличивается до 7555 и 13040 соответственно.The data obtained indicate that a pulsed nitrogen supply to the cylinder significantly changes the flow dynamics in the cylinder from the laminar mode (Re = 1070) to turbulent (2 and 3 evaporation modes: Re values 4295 and 6325, respectively), and taking into account the total volumes of the mixture of hexafluoride and nitrogen it increases to 7555 and 13040, respectively.
Расчетный диаметр 0,9 м - это внутренний диаметр баллона 1 м3, при максимальном заполнении баллона конденсированным гексафторидом урана внутренний диаметр свободного пространства баллона составляет Д=0,9-0,35=0,55 м при толщине слоя продукта на стенке баллона 175 мм.The design diameter of 0.9 m is the internal diameter of the cylinder 1 m 3 , with a maximum filling of the cylinder with condensed uranium hexafluoride, the internal diameter of the free space of the cylinder is D = 0.9-0.35 = 0.55 m with a thickness of the product layer on the wall of the cylinder 175 mm
Из приведенных данных видно, что с увеличением расхода азота при импульсе до 10 кг/ч процесс испарения ГФУ в баллоне сдвигается в значительной степени в сторону турбулентного режима в сравнении с ламинарным (Re не более 2300), что и позволило существенно увеличить скорость испарения гексафторида урана. It can be seen from the above data that with an increase in the nitrogen flow rate at a pulse of up to 10 kg / h, the process of HFC evaporation in the cylinder shifts significantly toward the turbulent mode in comparison with the laminar regime (Re no more than 2300), which allowed a significant increase in the rate of uranium hexafluoride .
Пример 3.Example 3
В процессе промышленных испытаний предлагаемого способа испарения проверялось совместное воздействие предложенных методов интенсификации, а именно одновременное включение в работу донного нагревателя мощностью 4 кВт с импульсной подачей нагретого азота внутрь баллона.In the process of industrial testing of the proposed evaporation method, the combined effect of the proposed intensification methods was checked, namely, the simultaneous inclusion of a 4 kW bottom heater with a pulsed supply of heated nitrogen into the cylinder.
Одновременное включение донного нагревателя с импульсной подачей нагретого азота в баллон производилось в целях безопасности при достижении температуры верхней зоны индуктора 60°C, а нижней 65°C; т.е. при гарантированном образовании кольцевого зазора по всей высоте баллона между стенкой и основной массой твердого гексафторида. Результаты проведенных испытаний комбинированного способа испарения приведены в табл. 3.Simultaneous inclusion of the bottom heater with a pulsed supply of heated nitrogen into the cylinder was carried out for safety purposes when the temperature of the upper zone of the inductor reached 60 ° C and the lower 65 ° C; those. with guaranteed formation of an annular gap over the entire height of the container between the wall and the bulk of the solid hexafluoride. The results of the tests of the combined method of evaporation are given in table. 3.
Приведенные данные свидетельствуют о высоких возможностях предлагаемого способа испарения как в части увеличения скорости испарения, так и экономии электроэнергии для всего процесса в целом.The above data indicate the high potential of the proposed method of evaporation, both in terms of increasing the rate of evaporation, and saving energy for the whole process.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110094/05A RU2594009C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Method of uranium hexafluoride evaporation from cylinder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110094/05A RU2594009C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Method of uranium hexafluoride evaporation from cylinder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2594009C1 true RU2594009C1 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56613107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015110094/05A RU2594009C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Method of uranium hexafluoride evaporation from cylinder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2594009C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3979499A (en) * | 1970-03-09 | 1976-09-07 | The Babcock & Wilcox Company | Method for reducing uranium tetrafluoride |
US6023944A (en) * | 1996-08-30 | 2000-02-15 | British Nuclear Fuels, Plc | Apparatus and method for processing a sublimed material |
RU2264987C2 (en) * | 2003-12-10 | 2005-11-27 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" (ФГУП "ВНИИХТ") | Method of uranium hexafluoride transpiration from a bottle |
RU2326053C2 (en) * | 2006-01-11 | 2008-06-10 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" (ФГУП "ВНИИХТ") | Method and device for evaporation of uranium hexafluoride from conatiners |
RU101256U1 (en) * | 2010-10-12 | 2011-01-10 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | DEVICE FOR SUBMITTING URANIUM HEXAFLUORIDE FOR PROCESSING |
-
2015
- 2015-03-23 RU RU2015110094/05A patent/RU2594009C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3979499A (en) * | 1970-03-09 | 1976-09-07 | The Babcock & Wilcox Company | Method for reducing uranium tetrafluoride |
US6023944A (en) * | 1996-08-30 | 2000-02-15 | British Nuclear Fuels, Plc | Apparatus and method for processing a sublimed material |
RU2264987C2 (en) * | 2003-12-10 | 2005-11-27 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" (ФГУП "ВНИИХТ") | Method of uranium hexafluoride transpiration from a bottle |
RU2326053C2 (en) * | 2006-01-11 | 2008-06-10 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" (ФГУП "ВНИИХТ") | Method and device for evaporation of uranium hexafluoride from conatiners |
RU101256U1 (en) * | 2010-10-12 | 2011-01-10 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | DEVICE FOR SUBMITTING URANIUM HEXAFLUORIDE FOR PROCESSING |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rossi et al. | Investigation on a novel reactor for gas hydrate production | |
CN109569002A (en) | A kind of method of extensive purification trimethyl aluminium crude product | |
JPWO2013161183A1 (en) | Evaporative gas generator, evaporative gas production method, hydrogen bromide production apparatus, and hydrogen bromide production method | |
RU2594009C1 (en) | Method of uranium hexafluoride evaporation from cylinder | |
CN204815763U (en) | Evaporation crystallization integrated device | |
CN102772910B (en) | Efficient ethanol-distilling device universally used for solid and liquid states and ethanol distilling process using same | |
US3191662A (en) | Continuous solution concentrator | |
KR101507406B1 (en) | Apparatus for melting and vaporizing metal | |
CN102137539A (en) | Xenon target for producing iodine-125 through reactor irradiation and preparation method thereof | |
CN202065667U (en) | Liquid chlorine heating device for titanium tetrachloride production | |
CN103206866B (en) | Method and device for cooling and waste heat recovery of flash smelting furnace body | |
Belyntsev et al. | Intensification of evaporation of uranium hexafluoride | |
RU2509719C1 (en) | Method and apparatus for producing hydrogen from water (versions) | |
CN204734970U (en) | Vertical film evaporator | |
CN207331017U (en) | A kind of internal heat type continuous vacuum rectifying furnace | |
CN103613131B (en) | A kind of preparation method of antimony pentafluoride and reactor | |
CN103803619A (en) | Method for producing high-purity alumina powder by using superfine aluminum metal powder | |
CN109415204B (en) | Device for measuring the position of a moving object | |
He et al. | Static formation and dissociation of methane+ methylcyclohexane hydrate for gas hydrate production and regasification | |
EA201001753A1 (en) | REACTOR FOR SOLID FUEL PROCESSING | |
Pang et al. | Theoretical and experimental study on the falling-film evaporator applied to mechanical vapor compression | |
JP2018053321A5 (en) | ||
RU124188U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE | |
JPH0470522B2 (en) | ||
CN206359604U (en) | A kind of nano-coating equipment feed arrangement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20170713 |