RU2619768C1 - Emission installation for concentration of liquid solutions - Google Patents
Emission installation for concentration of liquid solutions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2619768C1 RU2619768C1 RU2016122761A RU2016122761A RU2619768C1 RU 2619768 C1 RU2619768 C1 RU 2619768C1 RU 2016122761 A RU2016122761 A RU 2016122761A RU 2016122761 A RU2016122761 A RU 2016122761A RU 2619768 C1 RU2619768 C1 RU 2619768C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drum
- stage
- evaporation
- steam
- heating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области разделения жидких сред, а точнее к выпариванию из растворов растворителей и повышению концентрации растворов, в том числе радиационно и химически опасных веществ, в частности жидких радиоактивных отходов (ЖРО), жидких токсичных отходов химического производств.The invention relates to the field of separation of liquid media, and more specifically to evaporation from solvent solutions and increasing the concentration of solutions, including radiation and chemically hazardous substances, in particular liquid radioactive waste (LRW), liquid toxic waste from chemical industries.
Известна многоступенчатая выпарная установка (Портнов В.В. Многоступенчатые выпарные установки: учеб. пособие / В.В. Портнов. В.В. Майоров. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический Университет», 2008. с. 4-5), включающая последовательно установленные емкости для выпаривания, в которых размещены нагреватели в виде теплообменных трубок, по которым проходит греющий пар. На второй и последующих ступенях в качестве греющей среды выступает вторичный пар, произведенный на предыдущей ступени. Концентрированный раствор на выходе из каждой ступени является исходным для последующей ступени. Установка снабжена устройством для сбора конденсата.Known multi-stage evaporation installation (Portnov VV Multi-stage evaporation plants: study guide / VV Portnov. VV Mayorov. Voronezh: GOUVPO "Voronezh State Technical University", 2008. S. 4-5), including sequentially installed evaporation tanks in which heaters are placed in the form of heat exchange tubes through which heating steam passes. In the second and subsequent stages, the secondary steam produced in the previous stage acts as a heating medium. The concentrated solution at the outlet of each stage is the source for the next stage. The unit is equipped with a device for collecting condensate.
Использование на последующих ступенях в качестве греющей среды вторичного пара, произведенного на предыдущей ступени, позволяет снизить расход энергии при концентрировании жидких растворов.The use of the secondary steam produced in the previous step in the subsequent stages as a heating medium allows one to reduce the energy consumption during the concentration of liquid solutions.
Однако недостатком данных многоступенчатых выпарных установок является ограниченность времени непрерывной работы из-за отложения солей на теплообменных трубках, препятствующих передаче тепла от греющего пара к упариваемому раствору.However, the disadvantage of these multi-stage evaporators is the limited time for continuous operation due to the deposition of salts on the heat exchange tubes, which impede the transfer of heat from the heating steam to the evaporated solution.
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявленным изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является установка, реализующая способ концентрирования жидких растворов (патент РФ №2488421, B01D 1/22, G21F 9/00, опубл. 27.07.2013). Установка включает барабан с приводом вращения, нагревательный элемент, систему дозированной подачи исходного раствора во внутреннюю полость барабана, систему выгрузки и сбора концентрированного продукта, приспособление для очистки внутренней поверхности барабана от отложений, систему сбора, конденсирования паров и отвода конденсата, систему создания разряжения.The closest analogue, coinciding with the claimed invention for the largest number of essential features, is the installation that implements the method of concentration of liquid solutions (RF patent No. 2488421, B01D 1/22, G21F 9/00, publ. 07.27.2013). The installation includes a drum with a rotation drive, a heating element, a dosed feed system of the initial solution into the inner cavity of the drum, a system for unloading and collecting concentrated product, a device for cleaning the inner surface of the drum from deposits, a system for collecting, condensing vapors and condensate drainage, and a vacuum generation system.
Жидкий раствор подается во вращающийся барабан системой дозированной подачи раствора и перемещается в сторону выгрузки под действием гравитационных сил. При этом формируется поток раствора в нижней части барабана. Вращение барабана осуществляется приводом вращения. Скорость вращения барабана, уровень раствора внутри барабана и тепловая мощность, затрачиваемая на испарение растворителя, выбираются экспериментально из условия обеспечения выгрузки концентрированного продукта в виде жидкости с требуемой концентрацией. Выгрузка обеспечивается системой выгрузки и сбора концентрированного продукта. Требуемая чистота внутренней поверхности барабана в процессе концентрирования поддерживается приспособлением для очистки от отложений, размещаемым под уровнем раствора для получения большей эффективности очистки.The liquid solution is fed into the rotating drum by a dosed solution delivery system and moves to the discharge side under the influence of gravitational forces. In this case, a solution flow is formed in the lower part of the drum. The rotation of the drum is carried out by a rotation drive. The rotation speed of the drum, the level of the solution inside the drum, and the thermal power spent on the evaporation of the solvent are selected experimentally from the condition that the concentrated product is unloaded in the form of a liquid with the required concentration. Unloading is provided by a system for unloading and collecting concentrated product. The required cleanliness of the inner surface of the drum during the concentration process is supported by the device for cleaning from deposits, placed under the level of the solution to obtain greater cleaning efficiency.
Благодаря эффективному удалению солевых отложений на теплопередающей стенке барабана в процессе упаривания обеспечивается непрерывный режим работы установки. Кроме того, ввиду применения технологии упаривания из тонких пленок минимизируется капельно-аэрозольный унос.Due to the effective removal of salt deposits on the heat transfer wall of the drum during the evaporation process, a continuous operation of the installation is ensured. In addition, due to the application of evaporation technology from thin films, droplet-aerosol ablation is minimized.
Данная установка позволяет эффективно проводить процесс переработки ЖРО, где важную роль играет степень очистки конденсата.This installation allows you to effectively carry out the LRW processing process, where the degree of condensate purification plays an important role.
Недостатком данной установки является большой расход тепловой энергии. Указанный недостаток обусловлен потребностью во внешнем источнике тепла и высокими энергетическими затратами на обеспечение фазового перехода растворителя из жидкости в пар.The disadvantage of this installation is the high consumption of thermal energy. This drawback is due to the need for an external heat source and high energy costs to ensure the phase transition of the solvent from liquid to vapor.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в снижении энергетических затрат при обеспечении непрерывной работы и требуемых показателей качества концентрированного продукта и конденсируемых паров растворителя.The technical result that can be obtained using the claimed invention is to reduce energy costs while ensuring continuous operation and the required quality indicators of the concentrated product and condensable solvent vapor.
Указанный технический результат достигается тем, что выпарная установка для концентрирования жидких растворов содержит, по меньшей мере, одну ступень выпаривания, включающую барабан с приводом вращения, трубкой подачи исходного раствора в его внутреннюю полость и трубкой отвода упаренного раствора. При этом барабан снабжен греющей паровой рубашкой с трубкой для отвода конденсата из ее нижней части. Кроме того, установка снабжена паровым компрессором, выход которого соединен трубопроводом с греющей паровой рубашкой барабана первой ступени выпаривания, а вход компрессора соединен трубопроводом с внутренней полостью барабана одноступенчатой установки или с внутренней полостью барабана последней ступени выпаривания. При этом греющая рубашка каждой ступени соединена трубопроводом с внутренней полостью барабана предыдущей ступени. А количество ступеней выбирается из условия превышения дополнительной генерации пара при переходе сжатого в компрессоре пара из перегретого состояния в насыщенное состояние над суммарной разностью расходов конденсируемого и генерируемого пара в барабанах всех ступеней выпаривания.The specified technical result is achieved in that the evaporator for concentrating liquid solutions contains at least one evaporation stage, including a drum with a rotation drive, a feed pipe for the initial solution into its internal cavity and a drain pipe for the evaporated solution. In this case, the drum is equipped with a heating steam jacket with a tube for draining condensate from its lower part. In addition, the installation is equipped with a steam compressor, the output of which is connected by a pipe to the heating steam jacket of the drum of the first evaporation stage, and the compressor inlet is connected by a pipe to the internal cavity of the drum of a single-stage installation or to the internal cavity of the drum of the last evaporation stage. At the same time, the heating shirt of each stage is connected by a pipeline to the inner cavity of the drum of the previous stage. And the number of stages is selected from the condition that the additional steam generation is exceeded when the compressed steam in the compressor passes from an overheated state to a saturated state over the total difference in the flow rates of the condensed and generated steam in the drums of all evaporation stages.
Барабаны снабжены приспособлениями для очистки их внутренних поверхностей.The drums are equipped with devices for cleaning their inner surfaces.
Ступень выпаривания может дополнительно включать противоточный рекуперативный теплообменник для теплопередачи тепловой энергии от отводимого из паровой рубашки конденсата к подаваемому в полость барабана исходному раствору.The evaporation stage may further include a counter-flow recuperative heat exchanger for heat transfer of heat energy from the condensate discharged from the steam jacket to the initial solution supplied to the drum cavity.
Ступень выпаривания может дополнительно включать устройство очистки паров, которое может быть размещено во внутренней полости барабана.The evaporation stage may further include a vapor cleaning device, which can be placed in the inner cavity of the drum.
Барабаны могут быть дополнительно снабжены нагревателем.The drums can be optionally equipped with a heater.
Внутренняя полость барабана может быть соединена с системой вакуумирования.The inner cavity of the drum can be connected to a vacuum system.
Ступени выпаривания могут быть размещены в теплоизолированной камере.Evaporation steps can be placed in a thermally insulated chamber.
Подача исходного раствора во внутреннюю полость барабана, перемещение раствора в сторону выгрузки обеспечивают создание в нижней части барабана потока раствора. При вращении барабана его внутренняя поверхность периодически погружается в раствор и на ней формируется тонкая пленка раствора. Нагревание раствора осуществляют преимущественно путем нагревания внутренней поверхности барабана при подаче пара в греющую паровую рубашку. При этом пленка прогревается за счет контакта с греющей поверхностью. Из-за малой толщины пленки быстро прогревается как сама пленка, так и ее поверхность, контактирующая с парогазовой средой во внутренней полости барабана, что приводит к увеличению давления насыщенных паров растворителя на границе раздела фаз и их выходу (диффузии) во внутреннюю полость барабана. По мере испарения растворителя концентрация перемещающегося в барабане потока раствора увеличивается и достигает максимума в зоне выгрузки продукта из барабана. Интенсивный процесс испарения осуществляется в непрерывном режиме.The supply of the initial solution to the inner cavity of the drum, the movement of the solution in the direction of unloading ensure the creation of a solution flow at the bottom of the drum. When the drum rotates, its inner surface is periodically immersed in the solution and a thin film of the solution is formed on it. The heating of the solution is carried out mainly by heating the inner surface of the drum by supplying steam to a heating steam jacket. In this case, the film warms up due to contact with a heating surface. Due to the small thickness of the film, both the film itself and its surface, which is in contact with the vapor-gas medium in the inner cavity of the drum, quickly warm up, which leads to an increase in the pressure of saturated solvent vapor at the interface and their exit (diffusion) into the inner cavity of the drum. As the solvent evaporates, the concentration of the solution flowing in the drum increases and reaches a maximum in the zone of product discharge from the drum. The intensive evaporation process is carried out continuously.
Нагрев раствора, испарение растворителя из пленки раствора, выгрузку концентрированного продукта осуществляют при вращающемся барабане, что позволяет обеспечить непрерывность процесса концентрирования жидких растворов.The solution is heated, the solvent evaporates from the solution film, and the concentrated product is discharged with a rotating drum, which ensures the continuity of the concentration of liquid solutions.
Для формирования и удерживания тонкой пленки раствора на внутренней поверхности барабана эта поверхность выполняется смачиваемой, что обеспечивается использованием соответствующих материалов и обработкой поверхности.To form and hold a thin film of solution on the inner surface of the drum, this surface is wettable, which is ensured by the use of appropriate materials and surface treatment.
Для достижения требуемой чистоты внутренней греющей поверхности барабана дополнительно может проводиться ее очистка от отложений в непрерывном или периодическом режиме. Очистка проводится преимущественно под уровнем раствора, что способствует наиболее быстрому разрушению и растворению отложений, соответственно, значительно сокращает время вынужденных остановов для выполнения операций отмывки и промывки оборудования, а также сводит до минимума количество вторичных отходов.To achieve the required purity of the inner heating surface of the drum, it can additionally be cleaned of deposits in continuous or batch mode. Cleaning is carried out mainly under the level of the solution, which contributes to the most rapid destruction and dissolution of deposits, respectively, significantly reduces the time of forced shutdowns for washing and washing equipment, and also minimizes the amount of secondary waste.
К внутренней полости барабана может быть подсоединена система вакуумирования для интенсификации испарения и предотвращения выхода газообразных продуктов в помещение.An evacuation system can be connected to the inner cavity of the drum to intensify evaporation and prevent the release of gaseous products into the room.
Отбор пара из внутренней полости барабана последней ступени выпаривания, его сжатие в паровом компрессоре, направление сжатого пара в греющую паровую рубашку барабана первой ступени, отбор вторичного пара из внутренней полости барабана первой ступени, направление его в греющую паровую рубашку барабана следующей ступени и так далее до последней ступени и направление вторичного пара из внутренней полости барабана последней ступени в паровой компрессор позволяет снизить энергетические затраты при обеспечении непрерывной работы установки.The selection of steam from the inner cavity of the drum of the last stage of evaporation, its compression in the steam compressor, the direction of the compressed steam into the heating steam jacket of the drum of the first stage, the selection of secondary steam from the inner cavity of the drum of the first stage, its direction into the heating steam jacket of the drum of the next stage and so on to the last stage and the direction of the secondary steam from the inner cavity of the drum of the last stage to the steam compressor can reduce energy costs while ensuring continuous operation ki.
При механическом сжатии пара происходит его перегрев относительно температуры на линии насыщения, и поэтому при поступлении в греющую паровую рубашку барабана производится дополнительное количество пара при охлаждении перегретого пара до температуры на линии насыщения. По этой причине общее количество пара, сконденсировавшегося на внешней стенке барабана первой ступени, будет превышать количество пара, поступившего в греющую паровую рубашку барабана первой ступени после парового компрессора.When the steam is mechanically compressed, it overheats relative to the temperature on the saturation line, and therefore, when the drum enters the heating steam jacket, an additional amount of steam is produced when the superheated steam is cooled to the temperature on the saturation line. For this reason, the total amount of steam condensed on the outer wall of the drum of the first stage will exceed the amount of steam entering the heating steam jacket of the drum of the first stage after the steam compressor.
Количество ступеней выпаривания N выбирается из условия:The number of stages of evaporation N is selected from the condition:
гдеWhere
GN - расход пара, поступающего в компрессор с последней (N-й) ступени, кг/с;G N - flow rate of steam entering the compressor from the last (Nth) stage, kg / s;
hN - удельная энтальпия пара, поступающего в компрессор с последней (N-й) ступени, Дж/кг;h N is the specific enthalpy of steam entering the compressor from the last (Nth) stage, J / kg;
hk _ a - удельная энтальпия пара в конечной точке процесса адиабатического сжатия, Дж/кг;h k _ a — specific vapor enthalpy at the end point of the adiabatic compression process, J / kg;
ηk - внутреннее относительное КПД процесса сжатия;η k is the internal relative efficiency of the compression process;
rгр _ Б1 - теплота скрытого парообразования в греющей рубашке барабана первой ступени, Дж/кг;r gr _ B1 - the heat of hidden vaporization in the heating shirt of the drum of the first stage, J / kg;
ΔGi - разность расходов конденсируемого и генерируемого пара в барабане i-й ступени;ΔG i is the difference in the flow rates of the condensed and generated steam in the drum of the i-th stage;
Причем для барабана первой ступениMoreover, for the drum of the first stage
а для барабана каждой последующей i-й ступени (i>1)and for the drum of each subsequent i-th stage (i> 1)
гдеWhere
DБ(i) - средний диаметр i-го выпарного барабана, м;D B (i) is the average diameter of the i-th evaporator drum, m;
LБ(i) - длина образующей i-го выпарного барабана, м;L B (i) - the length of the generatrix of the i-th evaporator drum, m;
tгр _ Б(i) - температура на линии насыщения в греющей рубашке i-го выпарного барабана, °С;t gr _ B (i) - temperature on the saturation line in the heating jacket of the i-th evaporator drum, ° С;
tисп _ Б(i) - температура на линии насыщения внутри i-го выпарного барабана, °С;t isp _ B (i) is the temperature on the saturation line inside the i-th evaporator drum, ° С;
rисп _ Б(i) - скрытая теплота парообразования внутри i-го выпарного барабана, °С;r isp _ B (i) is the latent heat of vaporization inside the i-th evaporator drum, ° С;
kБ(i) - коэффициент теплопередачи через стенку i-го выпарного барабана, Вт/(м2⋅K), который находится по формулеk B (i) - heat transfer coefficient through the wall of the i-th evaporator drum, W / (m 2 ⋅ K), which is found by the formula
гдеWhere
αкон(i) - средний коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в греющей рубашке барабана i-й ступени, Вт/(м2⋅K);α con (i) is the average heat transfer coefficient during steam condensation in the heating jacket of the drum of the i-th stage, W / (m 2 ⋅K);
αисп(i) - средний коэффициент теплоотдачи при испарении пара в барабане i-й ступени, Вт/ Вт/(м2⋅K);α isp (i) is the average heat transfer coefficient during vaporization in the drum of the i-th stage, W / W / (m 2 ⋅K);
δст(i) - толщина теплопередающей стенки в барабане i-й ступени, м;δ article (i) is the thickness of the heat transfer wall in the drum of the i-th stage, m;
δотл(i) - средняя толщина отложений на теплопередающей стенке барабана i-й ступени, м;δ ex (i) is the average thickness of deposits on the heat transfer wall of the drum of the i-th stage, m;
λст(i) - теплопроводность теплопередающей стенки в барабане i-й ступени, Вт/(м⋅K);λ st (i) - thermal conductivity of the heat transfer wall in the drum of the i-th stage, W / (m⋅K);
λотл(i) - теплопроводность отложений на теплопередающей стенке барабана i-й ступени, Вт/(м⋅K);λ ex (i) - thermal conductivity of deposits on the heat transfer wall of the drum of the i-th stage, W / (m⋅K);
Графическое изображение представлено в виде схемы выпарной установки для концентрирования жидких растворов, содержащей две ступени выпаривания, где 1 - барабан первой ступени; 2 - греющая паровая рубашка барабана первой ступени; 3 - привод вращения; 4 - вращающиеся опоры; 5 - упариваемый раствор в барабане первой ступени; 6 - трубка подачи исходного раствора; 7 - трубка отвода упаренного раствора; 8 - трубка отвода конденсата из греющей паровой рубашки; 9 - барабан второй ступени; 10 - греющая паровая рубашка барабана второй ступени; 11 - упариваемый раствор в барабане второй ступени; 12 - паровой компрессор; 13 - трубопровод, соединяющий выход парового компрессора с греющей паровой рубашкой барабана первой ступени; 14 - трубопровод, соединяющий вход парового компрессора с внутренней полостью барабана второй ступени; 15 - трубопровод, соединяющий внутреннюю полость барабана первой ступени с паровой рубашкой барабана второй ступени; 16 - приспособление для очистки внутренней поверхности барабана.The graphic image is presented in the form of a scheme of an evaporator for concentrating liquid solutions containing two stages of evaporation, where 1 is the drum of the first stage; 2 - a heating steam shirt of the drum of the first stage; 3 - rotation drive; 4 - rotating bearings; 5 - evaporated solution in the drum of the first stage; 6 - tube supply of the initial solution; 7 - tube drain evaporated solution; 8 - condensate drain pipe from a heating steam jacket; 9 - a drum of the second stage; 10 - a heating steam jacket of the second stage drum; 11 - evaporated solution in the drum of the second stage; 12 - steam compressor; 13 - pipeline connecting the output of the steam compressor with a heating steam jacket of the drum of the first stage; 14 - a pipeline connecting the input of the steam compressor with the inner cavity of the drum of the second stage; 15 is a pipeline connecting the inner cavity of the drum of the first stage with a steam jacket of the drum of the second stage; 16 - a device for cleaning the inner surface of the drum.
Работа заявляемой выпарной установки для концентрирования жидких растворов описана на примере двухступенчатой установки и осуществляется следующим образом.The operation of the inventive evaporator for concentrating liquid solutions is described by the example of a two-stage installation and is carried out as follows.
После выхода на стационарный режим сжатый и разогретый в компрессоре 12 пар по трубопроводу 13 поступает в греющую паровую рубашку 2 барабана первой ступени 1, который вращается с помощью привода вращения 3 на вращающихся опорах 4. Поступающий пар, конденсируясь на внешней поверхности барабана 1, передает свое тепло во внутреннюю полость барабана 1, разогревая и испаряя раствор 5. Вторичный пар из внутренней полости барабана 1 по трубопроводу 15 поступает в греющую рубашку 10 барабана второй ступени 9, где, конденсируясь на внешней поверхности барабана 9, передает свое тепло во внутреннюю полость барабана 9, разогревая и испаряя раствор 11. Пар из внутренней полости барабана 9 в постоянном режиме отбирается по трубопроводу 14 паровым компрессором 12, где производится его сжатие.After reaching the stationary mode, the compressed and heated steam in the
Жидкий раствор на упаривание подается во внутренние полости барабанов 1 и 9 через трубки подачи исходного раствора 6, при этом обеспечивается перемещение раствора в сторону выгрузки под действием гравитационных сил. При этом формируется поток раствора в нижней части барабанов 1 и 9. Перемещение раствора можно дополнительно ускорить, например, за счет наклона барабанов 1 и 9 в сторону выгрузки. Выгрузка готового продукта осуществляется по трубкам отвода упаренного раствора 7 в периодическом режиме. Перед поступлением в барабаны 1 и 9 исходный раствор соответственно 5 и 11 и конденсат, отводимый по трубкам отвода конденсата 8 из греющих паровых рубашек 2 и 10, проходят через противоточный рекуперативный теплообменник (на схеме не изображено), в котором исходный раствор нагревается, а отводимый конденсат охлаждается.The liquid solution for evaporation is fed into the inner cavity of the
Скорость вращения барабанов 1 и 9, поддерживаемый уровень раствора внутри барабанов 5, 11 и периодичность выгрузки по трубкам 7 выбираются экспериментально из условия обеспечения выгрузки упаренного продукта в виде жидкости с требуемой концентрацией.The speed of rotation of the
При выгрузке контролируют заданную концентрацию растворенного вещества в выгружаемом продукте. Подачу раствора и выгрузку концентрированного продукта производят преимущественно с противоположных торцов барабанов 1 и 9. Выгрузка может быть произведена как у торца барабана, где достигается максимальная концентрация продукта, так и в нескольких точках вдоль образующей барабана, что позволяет получить раствор различной концентрации без изменений параметров процесса.When unloading control the specified concentration of solute in the unloaded product. The supply of the solution and the unloading of the concentrated product is carried out mainly from the opposite ends of the
В процессе упаривания поддерживают требуемую чистоту внутренней поверхности барабанов 1 и 9 приспособлениями для очистки внутренней поверхности барабана 16, размещаемом предпочтительно под уровнем раствора для получения большей эффективности очистки.During the evaporation process, the required cleanliness of the inner surface of the
Обеспечение выхода установки на стационарный режим работы может достигаться различными способами, например барабан первой ступени выпаривания может быть дополнительно снабжен нагревателем, а полости барабанов соединены с системой вакуумирования (на схеме не изображено).Ensuring that the unit reaches a stationary mode of operation can be achieved in various ways, for example, the drum of the first evaporation stage can be additionally equipped with a heater, and the cavity of the drums are connected to a vacuum system (not shown in the diagram).
Ступень выпаривания может дополнительно включать устройство очистки паров, которое может быть размещено во внутренней полости барабана (на схеме не изображено).The evaporation stage may further include a vapor purification device that can be placed in the inner cavity of the drum (not shown in the diagram).
Выпарная установка оснащается приборами контроля основных рабочих параметров, а также органами управления для регулирования и поддержания процесса концентрирования (на схеме не изображено).The evaporator is equipped with control devices for the main operating parameters, as well as controls for regulating and maintaining the concentration process (not shown in the diagram).
В качестве примера конкретного исполнения выпарной установки для концентрирования жидких растворов рассмотрен случай переработки ЖРО с концентрацией (в массовых долях) солей 0,005-0,01 кг/кг при температуре 25°С в двух последовательно соединенных ступенях выпаривания со сжатием вторичного пара из барабана второй ступени в паровом компрессоре с КПД=55% и подачей пара в греющую паровую рубашку барабана первой ступени. Расход пара через паровой компрессор 468 кг/ч (130 г/с). В качестве исходных параметров принято, что давление вторичного пара в барабане второй ступени составляет 0,07 МПа при температуре насыщения 89,9°С. Сжатие пара в паровом компрессоре производится до давления 0,27 МПа.As an example of a specific embodiment of an evaporator for concentrating liquid solutions, the case of LRW processing with a concentration (in mass fractions) of salts of 0.005-0.01 kg / kg at a temperature of 25 ° C in two series-connected evaporation stages with compression of the secondary steam from the second stage drum is considered in a steam compressor with an efficiency of 55% and steam supply to the heating steam jacket of the drum of the first stage. Steam flow through a steam compressor 468 kg / h (130 g / s). As the initial parameters, it is accepted that the pressure of the secondary vapor in the drum of the second stage is 0.07 MPa at a saturation temperature of 89.9 ° C. The compression of steam in a steam compressor is performed to a pressure of 0.27 MPa.
Диаметр греющей поверхности барабанов 0,52 м, длина греющей поверхности 11 м, а толщина теплопередающей стенки барабана 0,007 м. Материал стенки барабана - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т с теплопроводностью 16 Вт/(м⋅К). Принимается, что на внутренней стенке барабана присутствуют солевые отложения толщиной 0,5 мм с теплопроводностью 1,1 Вт/(м⋅К). Коэффициент теплоотдачи при конденсации и испарении составляет ~7000 Вт/(м2⋅K).The diameter of the heating surface of the drums is 0.52 m, the length of the heating surface is 11 m, and the thickness of the heat transfer wall of the drum is 0.007 m. The material of the drum wall is stainless steel 12X18H10T with a thermal conductivity of 16 W / (m⋅K). It is assumed that salt deposits with a thickness of 0.5 mm with a thermal conductivity of 1.1 W / (m⋅K) are present on the inner wall of the drum. The heat transfer coefficient during condensation and evaporation is ~ 7000 W / (m 2 ⋅K).
По известной величине внутреннего относительного КПД парового компрессора и удельной энтальпии в конечной точке процесса адиабатического сжатия находим удельную энтальпию для реального процесса:From the known value of the internal relative efficiency of the steam compressor and the specific enthalpy at the end point of the adiabatic compression process, we find the specific enthalpy for the real process:
гдеWhere
h1 - удельная энтальпия перегретого пара, выходящего из парового компрессора, кДж/кг;h 1 - specific enthalpy of superheated steam leaving the steam compressor, kJ / kg;
h2 - удельная энтальпия пара, поступающего в паровой компрессор с последней (2-й) ступени, кДж/кг;h 2 - specific enthalpy of steam entering the steam compressor from the last (2nd) stage, kJ / kg;
hk _ a - удельная энтальпия пара в конечной точке процесса адиабатического сжатия, кДж/кг;h k _ a — specific vapor enthalpy at the end point of the adiabatic compression process, kJ / kg;
ηk - внутреннее относительное КПД процесса сжатия, отн. ед.η k is the internal relative efficiency of the compression process, rel. units
Количество сконденсировавшегося пара в греющей паровой рубашке барабана первой ступени после охлаждения перегретого пара и генерации дополнительного количества пара:The amount of condensed steam in the heating steam jacket of the drum of the first stage after cooling the superheated steam and generating an additional amount of steam:
гдеWhere
G1гр _ Б1 - количество сконденсировавшегося пара в греющей рубашке барабана первой ступени, кг/с;G 1gr _ B1 - the amount of condensed steam in the heating jacket of the drum of the first stage, kg / s;
r1гр _ Б1 - удельная теплота парообразования при давлении в греющей паровой рубашке первой ступени, кДж/кг.r 1gr _ B1 - specific heat of vaporization at a pressure in the heating steam jacket of the first stage, kJ / kg.
Коэффициент теплопередачи через стенку первого и второго барабана составляет:The heat transfer coefficient through the wall of the first and second drum is:
гдеWhere
αкон - средний коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в греющей паровой рубашке барабана, Вт/(м2⋅K);α con - the average heat transfer coefficient during condensation of steam in the heating steam jacket of the drum, W / (m 2 ⋅K);
αисп - средний коэффициент теплоотдачи при испарении пара в барабане, Вт/(м2⋅K);α isp is the average heat transfer coefficient during vaporization in the drum, W / (m 2 ⋅K);
δст - толщина теплопередающей стенки в барабане, м;δ article - the thickness of the heat transfer wall in the drum, m;
δотл - средняя толщина отложений на теплопередающей стенке барабана, м;δ ex - the average thickness of the deposits on the heat transfer wall of the drum, m;
λст - теплопроводность теплопередающей стенки в барабане, Вт/(м⋅K);λ st - thermal conductivity of the heat transfer wall in the drum, W / (m⋅K);
λотл - теплопроводность отложений на теплопередающей стенке барабана, Вт/(м⋅K);λ ex - thermal conductivity of deposits on the heat transfer wall of the drum, W / (m⋅K);
Площадь теплопередающей поверхности барабанаThe area of the heat transfer surface of the drum
где Where
DБ - средний диаметр выпарного барабана, м;D B - the average diameter of the evaporator drum, m;
LБ - длина выпарного барабана, м.L B - the length of the evaporation drum, m
Итерационно найдено давление вторичного пара в барабане первой ступени Рисп _ Б1=0,14 МПа, при этом температура вторичного пара составляет Тисп _ Б1=109°С. Тогда переданная в первом барабане мощность QБ1:Iteratively found vapor pressure in the drum of the first stage P isp _ B1 = 0.14 MPa, and the temperature of the vapor is T es _ B1 = 109 ° C. Then the power Q B1 transmitted in the first drum:
При использовании рекуперационного теплообменника, в котором конденсат из греющей паровой рубашки передает свое тепло потоку поступающего на упаривание исходного раствора, в барабан раствор подается при температуре насыщения, поэтому количество генерируемого в барабане пара определяется из простого соотношения:When using a recovery heat exchanger, in which the condensate from the heating steam jacket transfers its heat to the flow of the initial solution supplied for evaporation, the solution is supplied to the drum at the saturation temperature, therefore, the amount of steam generated in the drum is determined from a simple ratio:
Давление вторичного пара в барабане второй ступени Рисп _ Б2=0,07 МПа, при этом температура вторичного пара составляет Тисп _ Б2=89,9°С. Тогда переданная во втором барабане мощность QБ2:The pressure of the vapor in the second stage drum isp P _ B2 = 0.07 MPa, and the temperature of the vapor is T es _ B2 = 89,9 ° C. Then the power Q B2 transmitted in the second drum:
При этом количество генерируемого пара в барабане второй ступени с учетом использования рекуперационного теплообменника для нагрева поступающего раствора составитThe amount of steam generated in the drum of the second stage, taking into account the use of a recovery heat exchanger for heating the incoming solution, will be
Таким образом, количество генерируемого во второй ступени пара достаточно для замыкания баланса материальных потоков при парокомпрессионном способе испарения. Мощность компрессора сжатия пара составляет около 100 кВт. При этом производится переработка упариванием около 1 м3/час.Thus, the amount of steam generated in the second stage is sufficient to close the balance of material flows in the vapor compression method of evaporation. The power of the steam compression compressor is about 100 kW. When this is processed by evaporation of about 1 m 3 / hour.
Для снижения потерь тепла ступени выпаривания размещаются внутри теплоизолированной камеры.To reduce heat loss, evaporation stages are placed inside a thermally insulated chamber.
Заявляемым устройством может быть проведена концентрация жидких радиоактивных отходов (ЖРО) атомной станции (АЭС) в широком диапазоне исходного солесодержания - от первичного упаривания ЖРО из баков сбора трапных вод до различных концентраций с получением кубового остатка (КО), концентрированного кубового остатка (ККО) вплоть до получения концентрированного солевого плава.The inventive device can be carried out the concentration of liquid radioactive waste (LRW) of a nuclear power plant (NPP) in a wide range of initial salt content - from the primary evaporation of LRW from the waste water collection tanks to various concentrations to produce bottoms (BO), concentrated bottoms (BWC) up to to obtain a concentrated salt melt.
Таким образом заявляемое изобретение позволяет значительно снизить энергетические затраты при обеспечении непрерывной работы и требуемых показателей качества концентрированного продукта и конденсируемых паров растворителя.Thus, the claimed invention can significantly reduce energy costs while ensuring continuous operation and the required quality indicators of the concentrated product and condensable vapor of the solvent.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016122761A RU2619768C1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Emission installation for concentration of liquid solutions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016122761A RU2619768C1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Emission installation for concentration of liquid solutions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2619768C1 true RU2619768C1 (en) | 2017-05-18 |
Family
ID=58715887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016122761A RU2619768C1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Emission installation for concentration of liquid solutions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2619768C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109224484A (en) * | 2018-11-06 | 2019-01-18 | 中盐工程技术研究院有限公司 | A kind of medical salt mechanical compression type thermo-compression evaporation concentration or evaporated crystallization device |
| RU2761207C1 (en) * | 2021-02-07 | 2021-12-06 | Виталий Алексеевич Узиков | Film evaporation drum |
| RU209116U1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-02-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Evaporator drum screw for cleaning its inner surface |
| RU2792336C1 (en) * | 2022-08-14 | 2023-03-21 | Виталий Алексеевич Узиков | Method and unit for solar desalination with multistage distillation and zero brine discharge |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4526713A (en) * | 1980-01-10 | 1985-07-02 | Hitachi, Ltd. | Process and system for treatment of radioactive waste |
| US5356451A (en) * | 1993-12-20 | 1994-10-18 | Corning Incorporated | Method and apparatus for vaporization of liquid reactants |
| RU2095866C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-11-10 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Device for recovery of liquid radioactive wastes |
| RU2488421C1 (en) * | 2012-03-07 | 2013-07-27 | Виталий Алексеевич Узиков | Concentration of liquid solutions |
-
2016
- 2016-06-08 RU RU2016122761A patent/RU2619768C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4526713A (en) * | 1980-01-10 | 1985-07-02 | Hitachi, Ltd. | Process and system for treatment of radioactive waste |
| US5356451A (en) * | 1993-12-20 | 1994-10-18 | Corning Incorporated | Method and apparatus for vaporization of liquid reactants |
| RU2095866C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-11-10 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Device for recovery of liquid radioactive wastes |
| RU2488421C1 (en) * | 2012-03-07 | 2013-07-27 | Виталий Алексеевич Узиков | Concentration of liquid solutions |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НИКИФОРОВ А. С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. -М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 17-25. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109224484A (en) * | 2018-11-06 | 2019-01-18 | 中盐工程技术研究院有限公司 | A kind of medical salt mechanical compression type thermo-compression evaporation concentration or evaporated crystallization device |
| RU2761207C1 (en) * | 2021-02-07 | 2021-12-06 | Виталий Алексеевич Узиков | Film evaporation drum |
| RU209116U1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-02-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Evaporator drum screw for cleaning its inner surface |
| RU2792336C1 (en) * | 2022-08-14 | 2023-03-21 | Виталий Алексеевич Узиков | Method and unit for solar desalination with multistage distillation and zero brine discharge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2894879A (en) | Multiple effect distillation | |
| JP5483226B2 (en) | Method and apparatus for producing pure water vapor | |
| JP5055260B2 (en) | Multi-effect evaporator | |
| KR102424159B1 (en) | Systems including a condensing apparatus such as a bubble column condenser | |
| RU2619768C1 (en) | Emission installation for concentration of liquid solutions | |
| US10786750B1 (en) | Spray-roto distillation device | |
| CN107407530A (en) | Efficient desalination | |
| CN104129804B (en) | A kind of integral type evaporation and crystallization system and technique | |
| US3258060A (en) | Method and apparatus for descaling an evaporator effect | |
| RU2488421C1 (en) | Concentration of liquid solutions | |
| RU2342322C2 (en) | Method of leaching for bauxite pulp, facility (versions) and heat-exchanger for its inmplementation | |
| CN107405534B (en) | Evaporator and method thereof | |
| RU2115737C1 (en) | Multiple-effect evaporator | |
| RU2477538C1 (en) | Method of cleaning liquid radioactive wastes and apparatus for realising said method | |
| FR2503126A1 (en) | PROCESS AND INSTALLATION FOR THE MANUFACTURE OF AMMONIUM NITRATE | |
| CN219815281U (en) | Axial flow stirring coil pipe type evaporation concentration crystallization integrated device and evaporation system | |
| RU2576295C1 (en) | Desalinator or distiller designed by staroverov | |
| RU2761207C1 (en) | Film evaporation drum | |
| JP2019090579A (en) | Dehydration and concentration system | |
| US3408262A (en) | Turbine blower type distillation system for conversion of saline water | |
| CN108249499A (en) | The method and device concentrated using hot industry waste water to high-salt wastewater low-temperature evaporation | |
| Nahri et al. | Thermal analysis of condensation-induced vacuum and its feasibility for operating a vacuum membrane distillation system | |
| JPH11128602A (en) | Spray evaporator | |
| RU2077488C1 (en) | Distiller | |
| JP2006051451A (en) | Power generation and seawater desalination system |