RU2427938C1 - Device for purification of uranyl nitrate from fission products - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: device has U-shape and is installed vertically. Connecting pipe 4 for supply of uranyl nitrate solution and connecting pipe 6 are arranged on the first side for combined output of mother water and spent washing solution. Connecting pipe 12 of washing solution 12 and drain branch 13 are made on the second side made in form of pipeline 7 with sectional heating jacket 14. Circular reactor 1 with conic bottom 2 and heating jacket 15 are located in an upper part of the first side of the device. Pipeline 7 with its one end is connected with conic bottom 2 of circular reactor 1, while with its another end it is connected with a pulsator via branch 11. Connecting pipe 4 for supply of solution of uranyl nitrate and additional connecting pipe 3 for supply of solution of sodium acetate are located under conic bottom 2 of circular reactor 1. ^ EFFECT: facilitation of continuous process of crystallisation, sedimentation and clarification of solution under conditions of multi-stepped front washing and high degree of purification of uranyl nitrate from fission products. ^ 2 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to radiochemical technology and can be used in the field of spent nuclear fuel reprocessing for continuous purification of uranyl nitrate from fission products by precipitation.

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.A known apparatus for the continuous deposition of sparingly soluble compounds (AS USSR No. 1494915, publ. 23.07.89). The vertical cylindrical body of the device is equipped in the upper part of the cooling, and in the lower part of the heating jacket. The nozzles for the input of the initial solution and precipitant are located in the lower part of the housing. When solutions are mixed, crystals form, which settle under the influence of gravitational forces. The crystals and the mother liquor are removed through separate openings, however, this entrains the mother liquor crystals. In addition, the device does not provide for the purification of the selected crystals from the mother liquor.

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.For the prototype of the proposed device, a device was selected for purification of uranium nitrate from fission products (RF patent No. 2268510, publ. January 20, 2006), made in the form of a vertically mounted U-shaped pipe with external cooling. On one side of the device in its upper part there is a crystallizer with a fitting for supplying a uranyl nitrate solution, the lower part of the crystallizer is mounted coaxially in the washing column and fixed in the hole of its cover. The cover is equipped with a fitting for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions. The lower part of the washing column has a conical bottom and is equipped with a nozzle for supplying a washing solution. The other side of the device is made in the form of a pipeline having an external heating jacket. In the lower part, the pipeline is connected to the conical bottom of the washing column and a pulsating cylindrical chamber, and in the upper part, the pipeline is equipped with a drain pipe.

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.In this device, crystallization is carried out in the direct flow of the formed crystals of uranyl nitrate hexahydrate and the mother liquor with constant cooling of the solution. The resulting crystals are washed, then the crystals are separated from the washing solution, melted and discharged under the influence of the difference in hydrostatic pressure. Crystallization, washing and unloading is carried out under the influence of vertical pulsations.

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.However, the design of the wash column does not allow the frontal movement of the wash solution countercurrent to the crystals due to the inevitable mixing of the layers of the wash solution inside the wash column under the influence of pulsations of the wash solution, which excludes the possibility of a multi-stage washing of crystals and reduces the cleaning coefficients of crystals from fission fragments. Another disadvantage of the device is the location of the pulsating cylindrical chamber between the washing column and the pipe, which complicates the design and manufacturing technology of the device.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - повышение эффективности операции промывки кристаллов соли урана от продуктов деления. Дополнительной технической задачей является упрощение конструкции устройства.The technical problem solved by the present invention is to increase the efficiency of the operation of washing crystals of uranium salt from fission products. An additional technical task is to simplify the design of the device.

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.The tasks are solved in that in the device for purifying uranyl nitrate from fission products, made in a U-shape and installed vertically, with a fitting for supplying a uranyl nitrate solution and a fitting for jointly discharging the mother and spent washing solutions, and on the second the side, made in the form of a pipeline with a sectional heating jacket, with a nozzle for supplying a washing solution and a drain pipe, in the upper part of the first side of the device there is a ring reactor with onusnym head and a heating mantle, a conduit with one end connected to the conical bottom of the annular reactor, and the other - through a pipe with a pulsator, wherein the connector for supplying the uranyl nitrate solution and an additional fitting for the supply of sodium acetate are located under the conical bottom of the annular reactor. The pipeline consists of two parts of different diameters with a conical transition between them.

На чертеже схематично изображен вертикальный разрез устройства.The drawing schematically shows a vertical section of the device.

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).A device for purifying uranyl nitrate from fission products is made in a U-shape and mounted vertically. On one side of the device, in its upper part, there is a ring reactor 1 with a conical bottom 2. Under the conical bottom 2 in the mixing zone 5, there are nipples for supplying a solution of sodium acetate 3 and uranyl nitrate 4. A fitting 6 for joint withdrawal of the mother and spent washing solutions is located in the upper parts of the ring reactor 1. The other side of the device is made in the form of a pipeline 7, consisting of two parts 8 and 9 of different diameters with a conical transition 10 between them. One end of the pipeline 7 is connected to the conical bottom 2 of the ring reactor 1, and the other through a pipe 11 with a pulsator (not shown). In the middle section of part 8 there is a nozzle 12 for supplying a washing solution, in the upper section there is a drain pipe 13. The pipeline 7 is equipped with a sectional heating jacket 14, and the ring reactor 1 is equipped with a heating jacket 15. The heating jackets are connected to external thermostats (not shown).

Устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления работает следующим образом.A device for the purification of uranyl nitrate from fission products works as follows.

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.The sodium acetate solution through the nozzle for supplying the solution of sodium acetate 3 and the uranyl nitrate solution through the nozzle for supplying the solution of uranyl nitrate 4 is continuously fed into the mixing zone 5. Nitric acid is fed into the pipe 7 through the nozzle 12 for supplying the washing solution. Under the action of the alternating pressure created by the pulsator on the “mirror” of the solution in the pipeline 7, the solution in the device comes into reciprocating motion. With the reciprocating movement of the entire volume of liquid in the device and the simultaneous supply of technological and washing solutions with high efficiency, the process of mixing and deposition of components on one side of the device is carried out, and their washing on the other. As a result of the acetate precipitation reaction, crystallization of sodium uranyl triacetate and separation of the mother liquor take place, which, under the influence of vertical pulsations, together with the spent washing solution enters the upper part of the ring reactor 1 and is removed from the device through nozzle 6. Crystal growth in suspension, provided by pulsation, leads to the formation of perfect forms of crystals, which reduces the possibility of capture of the mother liquor in intergrowths and defects of crystals. Crystals of sodium uranyl triacetate under the action of gravitational forces move down.

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.As a result of the interaction of sodium uranyl triacetate with nitric acid supplied through the nozzle 12, a solution of uranyl nitrate, acetic acid and sodium nitrate is formed. Part of it rises through the pipeline 7 and is removed from the device through the drain pipe 13, and part is lowered through the pipeline 7, washing crystals of sodium uranyl triacetate moving countercurrent from the fragmentation elements. Thus, crystals of sodium uranyl triacetate are subjected to countercurrent washing with a washing solution.

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.Due to the superimposed pulsation in the conical transition 10, the crystals are intensively mixed with the washing solution with the cross section of part 9 of the pipeline 7 being aligned in the concentration front of the washing solution moving countercurrent to the crystals.

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.The countercurrent movement of the washing solution and crystals in part 9 of the pipeline 7 is realized due to the fact that the weight of the column of solution from the side of the drain pipe 13 is greater than the weight of the column of solution from the side of the nozzle 6, so that the washing solution is filtered through a layer of crystals. The difference in weight of these columns of solutions is provided by the specified concentration of the solutions.

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.Due to the organization of the countercurrent movement of the washing solution and crystals in part 9 of the pipeline 7, a multi-stage frontal washing process is implemented, which provides a high degree of purification of sodium uranyl triacetate from fragmentation elements.

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.The proposed device allows for a continuous process of crystallization, precipitation and clarification of the solution in a multi-stage frontal washing, providing a high degree of purification of uranyl nitrate from fragmentation elements.

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.The exception of the mold and the pulsating cylindrical chamber between the U-shaped parts of the device simplifies the design of the device, and the use of a ring reactor on one side of the device allows to increase its performance while observing the nuclear-safe geometric dimensions of the device.

Claims (2)

1. Устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления, выполненное U-образной формы и установленное 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, отличающееся тем, что 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.1. A device for cleaning uranium nitrate from fission products, made in a U-shape and mounted vertically with a fitting for supplying a solution of uranyl nitrate and a fitting for jointly discharging the mother and spent washing solutions, and on the second side, made in the form of a pipeline with a sectional heating jacket, a nozzle for supplying a washing solution and a drain pipe, characterized in that in the upper part of the first side of the device there is a ring reactor with a conical bottom and a heating jacket, and the pipe is connected at one end to the conical bottom of the ring reactor and the other through the pipe to the pulsator, while the uranyl nitrate solution nozzle and an additional sodium acetate solution nozzle are located under the conical bottom of the ring reactor. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод состоит из двух частей разного диаметра с коническим переходом между ними. 2. The device according to claim 1, characterized in that the pipeline consists of two parts of different diameters with a conical transition between them.