RU2755893C1 - Evaporation apparatus - Google Patents
Evaporation apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755893C1 RU2755893C1 RU2020130554A RU2020130554A RU2755893C1 RU 2755893 C1 RU2755893 C1 RU 2755893C1 RU 2020130554 A RU2020130554 A RU 2020130554A RU 2020130554 A RU2020130554 A RU 2020130554A RU 2755893 C1 RU2755893 C1 RU 2755893C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- separator
- circulation pipe
- heating chamber
- pipe
- upper circulation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/06—Evaporators with vertical tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к массообменным процессам кондиционирования растворов от радиохимической переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ), в частности растворов, содержащих азотнокислые соли урана, плутония и нептуния.The invention relates to mass-exchange processes for conditioning solutions from radiochemical processing of spent nuclear fuel (SNF), in particular solutions containing nitrate salts of uranium, plutonium and neptunium.
Выпаривание - это процесс, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении. При этом растворитель испаряется во всем объеме кипящего раствора, что значительно интенсифицирует процесс удаления растворителя из раствора [Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов: в 2-х кн. Ч. 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты / Ю.И. Дытнерский. - 2-е изд. - М.: Химия, 1995. - 400 с.].Evaporation is a process that partially removes a solvent by boiling it off. In this case, the solvent evaporates in the entire volume of the boiling solution, which significantly intensifies the process of removing the solvent from the solution [Dytnersky, Yu.I. Processes and devices of chemical technology: textbook for universities: in 2 books.
В технологиях переработки ОЯТ для кондиционирования растворов зачастую применяют метод непрерывного упаривания - кондиционирование жидких отходов, концентрирование целевых продуктов. Поэтому обеспечение эффективного непрерывного режима цепи технологических переделов будет зависеть от работы выпарного оборудования. Существенным отличием выпарного аппарата для концентрирования растворов от переработки ОЯТ является малый объем вследствие относительно небольшого масштаба производства в защитном исполнении и обеспечения ядерной безопасности [Козин К.А., Ефремов Е.В., Грачев М.И. Математическая модель выпарного аппарата для создания системы автоматического управления выпарным оборудованием в технологиях переработки отработанного ядерного топлива // Молодой ученый. - 2015. - №10. - С. 223-228].In SNF reprocessing technologies, solutions are often conditioned by the method of continuous evaporation - conditioning of liquid waste, concentration of target products. Therefore, ensuring an effective continuous mode of the chain of technological conversions will depend on the operation of the evaporation equipment. A significant difference between the evaporator for concentrating solutions from SNF reprocessing is its small volume due to the relatively small scale of production in protective design and ensuring nuclear safety [Kozin K.A., Efremov E.V., Grachev M.I. Mathematical model of an evaporator for creating an automatic control system for evaporating equipment in technologies for processing spent nuclear fuel // Young Scientist. - 2015. - No. 10. - S. 223-228].
Известна конструкция выпарного аппарата для глубокого концентрирования радиоактивных растворов [Пат. 2317127 Российская Федерация, «Выпарной аппарат для радиоактивных растворов», опубл. 20.02.2008], который состоит из растворной камеры, патрубка для ввода исходного раствора, патрубка для вывода упаренного раствора, греющей камеры и трубопровод для отвода вторичного пара.The known design of an evaporator for deep concentration of radioactive solutions [US Pat. 2317127 Russian Federation, "Evaporator for radioactive solutions", publ. 02/20/2008], which consists of a mortar chamber, a branch pipe for entering the initial solution, a branch pipe for removing one stripped off solution, a heating chamber and a pipeline for removing secondary steam.
Недостатком данного способа концентрирования радиоактивных растворов является то, что геометрия аппарата и использование в качестве теплоносителя греющий пар не отвечают условиям ядерной безопасности при концентрировании U-Pu-Np растворов.The disadvantage of this method for concentrating radioactive solutions is that the geometry of the apparatus and the use of heating steam as a heat carrier do not meet the conditions of nuclear safety when concentrating U-Pu-Np solutions.
Известна конструкция выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора, с вынесенной поверхностью нагрева и электрическим обогревом [Ефремов Е.В. Система автоматизированного контроля и управления выпарными аппаратами аффинажного стенда АО «Сибирский химический комбинат»: диссертация канд. техн. наук: 05.13.06 – Томск., 2017. С. 17-18], предназначенного для выпарки реэкстракта U-Pu-Np-лигатуры до заданной плотности. Выпарной аппарат содержит вынесенную греющую камеру с электрическим нагревателем, сепаратор с брызгоуловителем и патрубком для отвода пара, соединённый через верхнюю циркуляционную трубу с греющей камерой, нижнюю циркуляционную трубу, соединяющую греющую камеру с сепаратором, и снабженную штуцером ввода упариваемого раствора и сливным штуцером.The known design of an evaporator with natural circulation of the solution, with a remote heating surface and electric heating [Efremov E.V. The system of automated control and management of the evaporators of the refinery stand of the Siberian Chemical Combine JSC: Ph.D. thesis. tech. Sciences: 05.13.06 - Tomsk., 2017. S. 17-18], intended for evaporation of reextract U-Pu-Np-ligature to a given density. The evaporator contains a remote heating chamber with an electric heater, a separator with a spray trap and a branch pipe for removing steam, connected through an upper circulation pipe with a heating chamber, a lower circulation pipe connecting the heating chamber with a separator, and equipped with an inlet of the evaporated solution and a drain connection.
Отличием данной конструкции выпарного аппарата от подобных промышленных аппаратов является его малые габаритные размеры и обеспечение ядерной безопасности в процессе концентрирования U-Pu-Np растворов за счет омического обогрева. Конструкция данного выпарного аппарата взята за прототип.The difference between this design of the evaporator and similar industrial apparatuses is its small overall dimensions and ensuring nuclear safety in the process of concentration of U-Pu-Np solutions due to ohmic heating. The design of this evaporator is taken as a prototype.
Недостатком конструкции выпарного аппарата по прототипу является капельный унос значительного количества ядерного материала с отводимым паром.The disadvantage of the design of the evaporator according to the prototype is the drip entrainment of a significant amount of nuclear material with the removed steam.
Кроме того, при концентрировании растворов от радиохимической переработки ОЯТ возможно попадание растворенных органических соединений вместе с азотнокислым раствором U-Pu-Np в выпарной аппарат. В процессе концентрирования таких растворов происходит выделение растворенных органических соединений в отдельную фазу и её последующему накоплению в аппарате. В свою очередь, накопленная органическая фаза может вступать в реакцию нитрования с азотной кислотой, поступающей в аппарат с ядерным материалом. Реакция нитрования органических веществ является одним из основных способов получения взрывчатых веществ. В данном случае атомы углерода и водорода органического вещества будут окисляться кислородом, а нитрогруппа будет выполнять роль источника кислорода для детонации, сопровождающейся взрывом [Колевич Т.А. Органическая химия: пособие для учащихся: изд. - Igor Waraxe, 2014. - 592 с.]. Таким образом, для безопасного ведения процесса необходимо предусмотреть вывод накопленной органической фазы из сепаратора выпарного аппарата.In addition, when concentrating solutions from radiochemical processing of SNF, it is possible for dissolved organic compounds to enter the evaporator together with the nitric acid solution U-Pu-Np. In the process of concentrating such solutions, dissolved organic compounds are released into a separate phase and its subsequent accumulation in the apparatus. In turn, the accumulated organic phase can enter into a nitration reaction with nitric acid entering the apparatus with nuclear material. The nitration reaction of organic substances is one of the main methods for producing explosives. In this case, the carbon and hydrogen atoms of organic matter will be oxidized by oxygen, and the nitro group will act as a source of oxygen for detonation, accompanied by an explosion [Kolevich T.A. Organic chemistry: a textbook for students: ed. - Igor Waraxe, 2014. - 592 p.]. Thus, for the safe conduct of the process, it is necessary to provide for the removal of the accumulated organic phase from the separator of the evaporator.
Технической задачей изобретения является предотвращение капельного уноса ядерного материала с выводимым паром и вывод накопленной органической фазы из выпарного аппарата.The technical objective of the invention is to prevent drip entrainment of nuclear material with the removed vapor and the removal of the accumulated organic phase from the evaporator.
Поставленная задача решается тем, что в выпарном аппарате, включающем вынесенную греющую камеру с электрическим нагревателем, сепаратор с брызгоуловителем и патрубком для отвода пара, соединённый через верхнюю циркуляционную трубу с греющей камерой, нижнюю циркуляционную трубу, соединяющую греющую камеру с сепаратором, и снабженную штуцером ввода упариваемого раствора и сливным штуцером, между греющей камерой и верхней циркуляционной трубой установлен дополнительный сепаратор, который соединен с основным сепаратором при помощи переливной трубы, расположенной параллельно верхней циркуляционной трубе, причем диаметр дополнительного сепаратора и переливной трубы больше, чем диаметр верхней циркуляционной трубы, дополнительный сепаратор оборудован брызгоуловителем, основной сепаратор снабжен штуцером для вывода упаренного раствора или органической фазы с зеркала раствора, а сливной штуцер используют только для опорожнения аппарата.The problem is solved by the fact that in the evaporator, which includes a remote heating chamber with an electric heater, a separator with a spray trap and a steam outlet connected through an upper circulation pipe with a heating chamber, a lower circulation pipe connecting the heating chamber with a separator, and equipped with an inlet an additional separator is installed between the heating chamber and the upper circulation pipe, which is connected to the main separator by means of an overflow pipe parallel to the upper circulation pipe, and the diameter of the additional separator and overflow pipe is larger than the diameter of the upper circulation pipe, an additional separator equipped with a spray trap, the main separator is equipped with a nozzle for withdrawing one stripped off solution or organic phase from the solution mirror, and the drain nozzle is used only for emptying the apparatus.
Схематично выпарной аппарат для концентрирования U-Pu-Np растворов представлен на фиг. 1.A schematic diagram of an evaporator for the concentration of U-Pu-Np solutions is shown in Fig. 1.
Выпарной аппарат содержит греющую камеру 1 с электрическим нагревателем, основной сепаратор 2, соединенный с греющей камерой 1 нижней циркуляционной трубой 3 напрямую, а верхней циркуляционной трубой 4 и переливной трубой 5, через дополнительный сепаратор 6.The evaporator contains a
Нижняя циркуляционная труба 3 снабжена штуцером ввода упариваемого раствора 7, расположенным тангенциально касательной к направляющей изгиба в месте врезки штуцера 7, и сливным штуцером 8.The
Основной сепаратор 2 оборудован брызгоуловителем 9, патрубком для отвода пара 10 и штуцером для вывода упаренного раствора или органической фазы с зеркала раствора 11.The
Дополнительный сепаратор 6 снабжен брызгоуловителем 12.
Переливная труба 5, расположена параллельно верхней циркуляционной трубе 4, причем диаметр переливной трубы 5 и дополнительного сепаратора 6 больше, чем диаметр верхней циркуляционной трубы 4.The
Предлагаемый выпарной аппарат работает следующим образом.The proposed evaporator operates as follows.
Упариваемый раствор подают через штуцер 7 в нижнюю циркуляционную трубу 3, который увлекается движущимся раствором по направлению к греющей камере 1. Под действием электрического нагревателя греющей камеры 1 раствор U-Pu-Np нагревают. Затем происходит первичное разделение пара и жидкости в дополнительном сепараторе 6 на брызгоуловителе 12. После первого этапа сепарации парогазовая фаза поступает через верхнюю циркуляционную трубу 4 в основной сепаратор 2, а отделенная на дополнительном сепараторе 6 жидкость поступает в основной сепаратор 2 через переливную трубу 5, где поддерживают постоянный уровень жидкости. В основном сепараторе 2 происходит второй этап отделения жидкости от пара на брызгоуловителе 9. Вывод упаренного раствора или накопленной органической фазы осуществляют через штуцер 11, который расположен таким образом, чтобы выдача раствора осуществлялась с зеркала раствора. Отвод пара осуществляют через патрубок для отвода пара 10. В случае необходимости, полное опорожнение аппарата осуществляют через штуцер 8.The solution to be evaporated is fed through the
В таблице 1 приведены результаты проверки эффективности новой конструкции выпарного аппарата в сравнении с прототипом. В экспериментах использовались уран-плутониевые растворы с аффинажного экстракционно-кристаллизационного стенда (АЭКС) с содержанием плутония и урана в интервале (1,8-41,7) и (27,1-198,1) г/л соответственно.Table 1 shows the results of testing the effectiveness of the new design of the evaporator in comparison with the prototype. In the experiments, we used uranium-plutonium solutions from a refining extraction-crystallization stand (AECS) with plutonium and uranium contents in the range (1.8-41.7) and (27.1-198.1) g / L, respectively.
Таблица 1 - Результаты испытаний новой конструкции выпарного аппарата в сравнении с прототипомTable 1 - Test results of the new design of the evaporator in comparison with the prototype
Из таблицы 1 видно, что упаривание уран-плутониевых растворов с АЭКС по заявляемому способу позволяет снизить содержание плутония и урана в отводимом конденсате в сравнении с прототипом в среднем в 3,5 и 1,5 раза соответственно.Table 1 shows that the evaporation of uranium-plutonium solutions with AEKS according to the claimed method allows to reduce the content of plutonium and uranium in the withdrawn condensate in comparison with the prototype by an average of 3.5 and 1.5 times, respectively.
Таким образом, предложенное устройство позволяет значительно снизить потери ядерного материала с выходящим из аппарата паром. Кроме того, предложенный в устройстве способ вывода упаренного раствора или накопленной органической фазы позволяет избежать процесса нитрования органических соединений, тем самым обеспечивая соответствие процесса требованиям взрыво-пожаробезопасности.Thus, the proposed device makes it possible to significantly reduce the loss of nuclear material with the steam leaving the apparatus. In addition, the method for removing one stripped off solution or the accumulated organic phase proposed in the device makes it possible to avoid the process of nitration of organic compounds, thereby ensuring that the process meets the requirements of explosion and fire safety.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020130554A RU2755893C1 (en) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | Evaporation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020130554A RU2755893C1 (en) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | Evaporation apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755893C1 true RU2755893C1 (en) | 2021-09-22 |
Family
ID=77852089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020130554A RU2755893C1 (en) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | Evaporation apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755893C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210684U1 (en) * | 2021-12-02 | 2022-04-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Apparatus for concentrating U-Pu-Np solutions |
RU224950U1 (en) * | 2023-09-11 | 2024-04-09 | Константин Владимирович Казанцев | Evaporation device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1197680A1 (en) * | 1982-01-08 | 1985-12-15 | Предприятие П/Я В-2287 | Apparatus for cleaning crystallizing solutions of salts |
US5028297A (en) * | 1989-01-27 | 1991-07-02 | Vestar, Inc. | Film-forming evaporation apparatus |
RU2116103C1 (en) * | 1997-04-17 | 1998-07-27 | Акционерное общество открытого типа "Богословский алюминиевый завод" | Evaporator |
RU169693U1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ" | EVAPORATOR |
RU2700059C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-09-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Evaporator |
-
2020
- 2020-09-17 RU RU2020130554A patent/RU2755893C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1197680A1 (en) * | 1982-01-08 | 1985-12-15 | Предприятие П/Я В-2287 | Apparatus for cleaning crystallizing solutions of salts |
US5028297A (en) * | 1989-01-27 | 1991-07-02 | Vestar, Inc. | Film-forming evaporation apparatus |
RU2116103C1 (en) * | 1997-04-17 | 1998-07-27 | Акционерное общество открытого типа "Богословский алюминиевый завод" | Evaporator |
RU169693U1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ" | EVAPORATOR |
RU2700059C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-09-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Evaporator |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210684U1 (en) * | 2021-12-02 | 2022-04-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Apparatus for concentrating U-Pu-Np solutions |
RU224950U1 (en) * | 2023-09-11 | 2024-04-09 | Константин Владимирович Казанцев | Evaporation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2755893C1 (en) | Evaporation apparatus | |
CN108206066A (en) | A kind of method for handling solid radiation debirs | |
DE3346253A1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS CONCENTRATING AND DENITRATING A NITRATE SOLUTION | |
FI74405B (en) | METHOD FOER BEHANDLING AV EN I INDUSTRIELL PROCESS ANVAEND EMULSION AV OLJA I VATTEN JAEMTE APPARATUR FOER GENOMFOERANDET AV NAEMNDA METOD. | |
CN104478152A (en) | Sodium-salt-containing waste water treatment device of desulfurization system | |
Awwad | Equilibrium and kinetic studies on the extraction and stripping of uranium (VI) from nitric acid medium into tri-phenylphosphine oxide using a single drop column technique | |
Duan et al. | An industrial-scale annular centrifugal extractor for the TRPO process | |
Wang et al. | Demonstration of a crown ether process for partitioning strontium from high level liquid waste (HLLW) | |
RU210684U1 (en) | Apparatus for concentrating U-Pu-Np solutions | |
Chang | Estimating heat of combustion for waste materials | |
DE1539939C (en) | Process and device for incineration and evaporation of radioactive waste | |
GB1163099A (en) | Process and Apparatus for the Combustion and Evaporation of Radioactive Residues. | |
Mailen et al. | Solvent cleanup and degradation: A survey and recent ORNL results | |
Sugai et al. | Destruction of emulsions stabilized by precipitates of zirconium and tributyl phosphate degradation products | |
DE1539939A1 (en) | Process and device for incineration and evaporation of radioactive waste | |
JP2623215B2 (en) | Explosion-proof PCB gas pressure regulator | |
JP2864181B2 (en) | Treatment of nitric acid aqueous solution containing radioactive substances | |
US2869982A (en) | Recovery of pu values by fluorination and fractionation | |
JP2864180B2 (en) | Treatment method of nitric acid aqueous solution containing radioactive substances | |
RU2133766C1 (en) | Method and apparatus for demetallization of crude oil | |
US3025143A (en) | Separation apparatus | |
CN103833173A (en) | Physical and chemical treatment system of dangerous waste liquid | |
CN117198582A (en) | Method for recovering radioactive organic waste liquid and recovery device used by same | |
Chol et al. | An experimental study on high-purity uranium refining by passing in succession through pulsed extraction, washing, and stripping columns | |
Mailen et al. | Solvent degradation and cleanup: a survey and recent ORNL studies |