RU2394624C1 - Stationary condenser-evaporator - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to desublimation-sublimation equipment used in processing sublimating materials. Proposed condenser-evaporator comprises cylindrical heat insulated housing accommodating heat carrier circular chamber divided by circular partitions into sections and circular sublimation chamber aligned with the former and furnished with heaters for two walls and circular flanged partitions arranged with clearance relative to heated walls. Proposed apparatus comprises process gas inlet/outlet branch pipes and heat carrier inlet/outlet branch pipes. One or several sections of heat carrier chamber have flaring jointed with circular partition flanging. ^ EFFECT: higher reliability apparatus thanks to elimination of thermal strains between heated housing and heat carrier cooled chamber. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов, в частности для проведения процесса десублимации-сублимации гексафторида урана.The invention relates to equipment for the processing of sublimated materials, in particular for the process of desublimation-sublimation of uranium hexafluoride.

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.Known condenser-evaporator stationary [RU No. 2339423, B01D 7/00. Published: November 27, 2008. Bull. No. 33], adopted as a prototype. The apparatus comprises a cylindrical heat-insulated casing in which an annular chamber for coolants and a ring sublimation chamber coaxial with it are provided, equipped with heaters of both walls and annular partitions with flanging, placed with a gap relative to the heated wall, pipes for the input and output of process gases, input and output of coolants, the chamber for the coolants is divided by annular partitions into sections in series communicating with each other, and the sections have a supply pipe coolant.

Конденсатор-испаритель стационарный периодического действия и работает в двух режимах: десублимации и сублимации.The condenser-evaporator is stationary batch and operates in two modes: desublimation and sublimation.

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.The disadvantage of the apparatus is the possibility of leakage due to temperature stresses, which at a high height of the apparatus arise between the heated case of the desublimator and the cooled chamber for coolants.

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.In chemical equipment in such cases, compensators are used: stuffing box or wave (lens, bellows) [Lashchinsky A.A., Tolchinsky A.R. Fundamentals of the design and calculation of chemical equipment. - L .: Engineering, 1970, p.643]. The use of stuffing box compensators on equipment working with nuclear fissile materials is not allowed according to the requirements for the tightness of such equipment. It is impossible to install a wave compensator on the desublimator case, because in this case, the lens will extend beyond the heated case and part of the product will be desublimated on the inner surface of the lens. A strong and rigid desublimate in its properties will interfere with the normal operation of the compensator. In addition, this desublimate cannot be removed from the apparatus at the stage of emptying the apparatus, and additional heating of the compensator will be required.

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.The problem to which the invention is directed, is to increase the reliability of the apparatus by reducing temperature stresses between the heated case of the apparatus and the cooled chamber for coolants.

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.To solve this problem, a stationary condenser-evaporator is proposed, containing a cylindrical thermally insulated casing, in which there is an annular chamber for heat carriers and an annular sublimation chamber coaxial with it, equipped with heaters of both walls and annular baffles, arranged with a gap relative to the heated wall and dividing the annular chamber for coolants on the section, pipes for the input and output of process gases, input and output of coolants, while the side walls of the chambers For coolants in at least one section they have flares that are connected to the flanging of the annular partition.

На фиг.1 показан продольный разрез конденсатора-испарителя, на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1.Figure 1 shows a longitudinal section of a condenser-evaporator, figure 2 - remote element A in figure 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.The apparatus comprises a cylindrical annular housing 1 (see FIG. 1) enclosed in a heat-insulating casing 2. An annular sublimation chamber 3 and a chamber 4 for coolants are coaxially located in the housing. The sublimation chamber has an inner wall 5 and an outer wall 6, heated by heaters 7 and 8. The chamber 4 for coolants contains a lower annular element 9 with a nozzle 10 for introducing a coolant, annular sections 11 and an upper annular element 12 with a nozzle 13 for discharging a coolant from a chamber 4 The annular elements 9, 12 and sections 11 are separated by transverse annular partitions 14. The annular partitions 14 have flanges 15 (see figure 2), which are located in the sublimation chamber 3 and are directed along the process gas. Sections 11 are bounded laterally by the outer wall 16 and the inner wall 17. For one or more sections 11, the walls 16 and 17 have flares 18 and 19, respectively, which, when connected to the flanging 15, form a wave compensator. In the annular partitions 14 (see FIG. 1) there are openings 20 through which the annular element 9, the sections 11 and the annular element 12 are successively connected to each other. The holes 20 are diametrically opposite to each other on two adjacent partitions. Between the flanges 15 and the heated walls 5 and 6 there are gaps 21 and 22 (see figure 2). The partitions 14 are installed in increments decreasing in the direction from the pipe 23 (see FIG. 1) for introducing the process gas to the pipe 24 for discharging the process gas. Partitions 14 divide the sublimation chamber 3 into annular cells 25. A nozzle 26 is designed to withdraw the desublimate from the sublimation chamber. The regulation of the heating of the walls 5 and 6 of the sublimation chamber is carried out by electric heaters 7 and 8. To regulate the temperature of the walls of the sections 11, each (or some) of them has a pipe 27 for supplying (or selecting) additional coolant to these sections. In this case, the temperature of the coolant and, accordingly, the walls of section 11 are monitored by sensors 28 for measuring temperature.

Конденсатор-испаритель стационарный периодического действия и работает в двух режимах: десублимации и сублимации.The condenser-evaporator is stationary batch and operates in two modes: desublimation and sublimation.

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.When operating in desublimation mode, the refrigerant (liquid nitrogen vapor, freon or brine) is supplied through the pipe 10 to the lower ring element 9, where it is distributed throughout the element and enters the ring section 11 located above through the hole 20. Passing sequentially all sections and the upper annular element 12, the spent (heated) refrigerant exits through the pipe 13 from the chamber 4 for the coolant. The desublimation process is carried out with the heaters 7 and 8 turned on, heating the walls 5 and 6 of the sublimation chamber to a temperature that does not allow the desublimation of uranium hexafluoride (HFC). The process gas, which is a mixture of HFC vapors and inert gases, enters through the nozzle 23, is distributed over the annular space in the upper part of the sublimation chamber 3, passes through the gaps 21, 22, and sequentially enters the annular cells 25. Uranium hexafluoride, being sublimated, is deposited on cooled the surfaces of the annular elements 12, 9 and the walls 16 and 17 of the sections 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.To transfer the unit to sublimation mode, the flow of refrigerant and process gas is stopped. Heaters 7 and 8 bring the temperature in the apparatus to the melting point of HFCs with a corresponding increase in the vapor pressure of HFCs in the apparatus. The molten HFCs are discharged from the sublimation chamber through the nozzle 26. To accelerate the melting process, warm dry air is supplied to the chamber 4 through the nozzle 10, and the exhaust air is removed from the chamber through the nozzle 13. Melting of the HFCs starts from the side of the desublimate outlet pipe 26, which minimizes resistance to outgoing product. In order to reduce the heating and emptying time of the condenser-evaporator, an additional supply of warm air through the nozzles 27 is possible.

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.The camera 4 for coolants is rigidly attached to the device casing at the bottom with an annular element 9 and a pipe 13 at the top. However, according to operating conditions, the apparatus body is heated by heaters 7 and 8, lengthening as a result of thermal expansion, and the chamber 4, being cooled, is shortened. With a significant height of the condenser-evaporator, the elongation and shortening of the apparatus elements can be significant, which will lead to thermal deformation of the apparatus elements, depressurization of the apparatus and its decommissioning.

Предлагаемая конструкция конденсатора-испарителя с кольцевой камерой для теплоносителя, боковые стенки которой имеют развальцовки, соединенные с отбортовкой кольцевой перегородки, лишена этого недостатка.The proposed design of a condenser-evaporator with an annular chamber for a coolant, the side walls of which are flared, connected to the flanging of the annular partition, is devoid of this drawback.

Конденсатор-испаритель стационарный предложенной конструкции более надежен в работе за счет устранения температурных напряжений между обогреваемым корпусом и охлаждаемой камерой для теплоносителей.The stationary condenser-evaporator of the proposed design is more reliable in operation due to the elimination of temperature stresses between the heated case and the cooled chamber for coolants.

Claims (1)

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, отличающийся тем, что боковые стенки камеры для теплоносителей, по крайней мере, в одной секции имеют развальцовки, которые соединены с отбортовкой кольцевой перегородки. A stationary condenser-evaporator containing a cylindrical thermally insulated body, in which there is an annular chamber for heat carriers and an annular sublimation chamber coaxial with it, equipped with heaters of both walls and annular partitions with flanging, placed with a gap relative to the heated wall and dividing the annular chamber for heat carriers into sections, nozzles for inlet and outlet of process gases, inlet and outlet of coolants, characterized in that the side walls of the chamber for coolants, at least in one section they have flares that are connected to the flanging of the annular partition.

Images