RO129778B1 - Instalaţie optimizată pentru producerea apei sărăcite în deuteriu - Google Patents

Description

Invenția se referă la o instalație optimizată pentru producerea în regim continuu a apei sărăcite în deuteriu, cu concentrație 25 ± 5 ppm D/(D + H), și a derivaților, cu concentrații de 60 ± 5 ppm D/(D + H), 80 ± 5 ppm D/(D + H), 100 ± 5 ppm D/(D+H), fără a se limita doar la aceștia.

Sunt cunoscute instalațiile pentru obținerea apei sărăcite în deuteriu în cadrul cărora sunt aplicate procedeele prezentate în brevetul de invenție RO 112422, care au în alcătuire o coloană de distilare, în care este dispusă, deasupra unui colector de lichid, o umplutură ordonată, la baza coloanei fiind montat un fierbător pelicular încălzit cu abur, racordat la un vas de alimentare cu nivel constant, prin intermediul unei conducte, având montate în cuprins un debitmetru, un robinet de reglare și, respectiv, un recuperator de căldură, colectorul de lichid fiind în legătură, prin intermediul unei alte conducte, în al cărui cuprins sunt montate un robinet, recuperatorul de căldură și un alt debitmetru, cu un vas de colectare, coloana fiind, la partea sa superioară, în comunicare cu o pompă de vid, prin intermediul unei alte conducte în cuprinsul căreia sunt montate în serie două condensatoare și, respectiv, un robinet; aceste condensatoare sunt racordate, cu ajutorul unei alte conducte, având montate în cuprins un debitmetru și un schimbător de căldură, încălzit cu abur, cu partea superioară a coloanei, iar de această ultimă conductă fiind racordată o altă conductă, în cuprinsul căreia sunt montate un robinet și un debitmetru, care este în comunicare cu un alt vas de colectare, care, la rândul lui, împreună cu celălalt vas de colectare, este racordat la pompa de vid. Dezavantajele acestor instalații constau în aceea că au o capacitate relativ mică, iar transpunerea la scară mare de producție provoacă o amplificare în funcționare a perturbațiilor hidrodinamice, cu efecte defavorabile asupra capacității de producție sau asupra calității produsului.

Sunt cunoscute instalațiile de obținere a apei ușoare prin aplicarea procedeelor prezentate în brevetul de invenție RO 115148, care au în componență trei coloane de distilare montate în serie, ale căror înălțimi sunt egale între ele, care conțin fiecare câte o umplutură ordonată, prima coloană, având un diametru mai mare decât a celorlalte două coloane, care au diametre egale între ele, fiind prevăzută cu mai multe puncte de alimentare, decalate între ele pe verticală, la baza primei și ultimei coloane fiind amplasat câte un fierbător care asigură fluxul ascendent de vapori la debite constante, la vârful primei coloane fiind amplasate două condensatoare, două vase tampon, un vas de reflux și o pompă de vid, asigurându-se astfel refluxul introdus în prima coloană, o parte din reflux fiind extrasă ca produs sub formă de apă ușoară, în timp ce în celelalte două coloane fluxul de lichid se concentrează în deuteriu, o parte din acesta fiind extras din refularea unei pompe pentru apă grea. Dezavantajele acestor instalații constau în aceea că au dimensiuni foarte mari, controlul și reglarea diferiților parametri caracteristici unui regim optim de obținere simultană la capetele coloanelor a celor două produse de interes sunt relativ greu de realizat, datorită sensibilității sistemului la perurbațiile determinate de variațiile parametrilor de lucru, iar după perturbații se oprește producția, fiind necesare perioade de timp relativ mari de revenire la concentrația dorită de ordinul a zecilor de ore, care impun consumuri specifice mari. Totodată, există pericolul contaminării produsului de apă ușoară cu apa grea.

Sunt cunoscute instalațiile pentru obținerea apei sărăcite în deuteriu, în cadrul cărora sunt aplicate procedeele prezentate în brevetul de invenție RO 121638, care cuprinde un subansamblu de deionizare și de purificare, aflatîn comunicare, printr-o conductă, cu o sursă de apă potabilă și, printr-o altă conductă, având montat în cuprins un debitmetru cu reglare automată a debitului, cu o coloană de distilare izotopică având niște zone de blaz și, respectiv, de vârf, în apropierea zonei de blaz fiind plasat un fierbător cu abur, racordat prin intermediul unei conducte de alimentare cu coloana în partea superioară a zonei de blaz, inferior, în dreptul zonei de blaz, de coloană fiind racordată o conductă de evacuare interioară, având montate în cuprins un robinet și un debitmetru cu reglare automată a debitului

RO 129778 Β1 și fiind în legătură cu un colector de apă îmbogățită în deuteriu; în amonte de robinet, con- 1 ducta este în comunicare cu o conductă racordată inferior la fierbătorul de abur, iar superior de coloană, în dreptul zonei de vârf, fiind racordată o conductă având montat în cuprins un 3 manovacuumetru, aflată în legătură cu o rampă de realizare a unei depresiuni prestabilite în zona de vârf, fluxul de vapori fiind dirijat din zona de vârf a coloanei, printr-o conductă de 5 evacuare superioară, într-un condensator primar, montat în serie cu un condensator secundar, prin ambele condensatoare circulând apa de răcire vehiculată prin niște conducte, ante- 7 rioară, intermediară și, respectiv, posterioară, condensatorul primar fiind în legătură, prin intermediul unei conducte, cu un vas de reflux la care sunt racordate o conductă inferioară, 9 aflată în comunicare cu aspirația unei pompe centrifuge care, printr-o conductă de împingere, având montat în cuprins un debitmetru, vehiculează refluxul de lichid până în zona de vârf 11 a coloanei, și, respectiv, o conductă de colectare, la care este conectată o conductă de capăt și în cuprinsul căreia sunt montate un robinet și un debitmetru cu reglare automată a debi- 13 tului. Fierbătorul cu abur este în legătură, prin intermediul unei conducte, cu partea inferioară a unei zone de concentrare inferioară a unei umpluturi care mai conține o zonă de epuizare 15 superioară, fiind racordată, la intersecția dintre aceste zone, la coloana de distilare izotopică. Dezavantajele acestor instalații constau în aceea că au o capacitate de producție necorelată 17 cu volumul instalației, respectiv cu volumul de umplutură, care reprezintă o pondere importantă în costul de investiție. 19

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei instalații optimizate dimensional pentru desfășurarea procedeului de obținere a apei sărăcite în deuteriu 21 în flux continuu, sub vid, având ca criteriu volumul minim de umplutură, cu eficiență maximă și consumuri specifice reduse. 23

Invenția înlătură dezavantajele arătate mai înainte prin aceea că legătura dintre condensatorul secundar și compresorul de vid se face prin intermediul unei trape de vid și a unui 25 vas tampon și prin aceea că zona de epuizare izotopică este constituită dintr-un volum minim al umpluturii ordonate, astfel încât, în funcție de valoarea cifrei de reflux, să fie valabilă relația 27 dV_uo/dC_R = 0, instalația având o singură coloană de distilare, care prezintă o singură zonă de epuizare izotopică, constituită dintr-un volum minim, bine determinat, de umputură 29 ordonată.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a unei instalații, în legătură cu figura, 31 care reprezintă schema tehnologică a unei instalații optimizate pentru producerea apei sărăcite în deuteriu. 33

Instalația, conform invenției, este constituită dintr-o coloană de distilare izotopică CL, care prezintă o singură zonă de epuizare izotopică, constituită dintr-un volum minim, bine 35 determinat de umputură ordonată UO, astfel încât să fie valabilă relația dV_uo/dC_R = 0, unde V_uo este volumul umpluturii ordonate, iar C_R este cifra de reflux. 37

Blazul coloanei CL are o legătură cu un fierbător S1, la care este conectată linia de alimentare F, și o legătură cu pompa de evacuare deșeu PD. Linia de alimentare F este con- 39 stituită dintr-o instalație automatizată de demineralizare cu osmoză inversă ID, care primește apa potabilă, pe care o purifică și o stocheză într-un vas de stocare a apei demineralizate 41 V1, din care se continuă cu o conductă pe care sunt montate un robinet R1 și un rotametru D1 spre schimbătorul de căldură S, ce are rol de încălzire a apei de alimentare F, cu 43 condens din fierbătorul S1.

Fierbătorul S1 produce vaporizarea lichidului din blazul coloanei CL și a apei de aii- 45 mentare F, cu intrare în blazul coloanei sub umplutura ordonată UO, fluxul de vapori V circulând ascendent prin aceasta spre vârful coloanei, de unde vaporii sunt dirijați și conden- 47 sați în condensatorul primar S2, răcit cu agent de răcire asigurat de turnul de răcire TR,

RO 129778 Β1 având o capacitate de condensare de peste 98% din vapori, și care are legătură cu condensatorul secundar S3, care este răcit cu agent de răcire asigurat de un Chil Ier CH cu rol de condensare a urmelor de vapori. Condensatoarele S2 și S3 au legătură cu vasul de reflux V2, iar condensatorul S3 mai are legătură spre un compresor de vid CV, prin intermediul trapei de vid TR1 și a unui vas tampon V4.

Vasul de reflux V2 are legătură cu vasul de stocare a produsului de apă sărăcită în deuteriu V3, pe conductă existând un robinet R6 și un rotametru D2 pentru reglarea și controlul debitului de produs P, care se extrage la o concentrație stabilită, de regulă 25 ± 5 ppm D/(D + H), și o legătură spre vârful coloanei CL pentru returnarea restului de condens, pe conductă existând robinetul R5 și rotametrul D3 pentru controlul debitului de reflux L, care cade descendent prin stratul de umplutură UO în contracurent cu vaporii V. Surplusul de apă din instalație se scoate din blazul coloanei cu pompa PD, iar debitul de deșeu W se poate regla cu rotametrul D4.

Instalația mai conține două bucle de reglare automată, una pentru reglarea nivelului în blazul coloanei constituită din regulatorul de nivel LRC și ventilul de reglare VR1, care poate lucra în cascadă cu regulatorul de temperatură TRC, și cea de-a doua, pentru reglarea vidului la vârful coloanei CL constituită din regulatorul de presiune PRC2 și ventilul de reglare VR2.

Umplutura ordonată UO are rolul de element de contact între faza lichidă descendentă L și faza ascendentă de vapori V, asigurând o suprafață totală de contact de minimum 700 m²/m³ și producând o creștere a eficienței de schimb izotopic între cele două faze. Relațiile volumice între fluxurile controlate și măsurate sunt L/P = 22, iar V = P + L = L - W + F.

Claims (5)

1. Revendicări 1

   1. Instalație optimizată pentru producerea apei sărăcite în deuteriu, în regim continuu, 3 constituită dintr-o coloană de distilare izotopică (CL) având o singură zonă de epuizare izotopică, formată dintr-o umputură ordonată (UO), coloana de distilare izotopică (CL) pre- 5 zentând și o zonă de blaz care este în legătură cu un fierbător (S1) la care este conectată o linie de alimentare (F), fierbătorul (S1) având rolul de a produce vaporizarea lichidului din 7 blazul coloanei (CL) și a apei de alimentare (F), un condensator primar (S2) cu rolul de a prelua fluxul ascendent de vapori (V), care circulă spre vârful coloanei, un condensator 9 secundar (S3), pentru condensarea urmelor de vapori, aflat în legătură cu condensatorul primar (S2), condensatoarele (S2, S3) fiind în legătură cu un vas de reflux (V2) conectat la 11 vârful coloanei (CL), iar condensatorul secundar (S3) fiind în legătură și cu un compresor de vid (CV), caracterizată prin aceea că legătura dintre condensatorul secundar (S3) și corn- 13 presorul de vid (CV) se face prin intermediul unei trape de vid (TR1) și a unui vas tampon (V4) și prin aceea că zona de epuizare izotopică este constituită dintr-un volum minim (Vuo) 15 al umpluturii ordonate (UO), astfel încât, în funcție de valoarea cifrei de reflux (CR), să fie valabilă relația dV_uo/dC_R = 0. 17
2. 2. Instalație, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că linia de alimentare (F) este constituită dintr-o instalație automatizată de demineralizare cu osmoză inversă (ID), 19 care primește apa potabilă pe care o purifică și o stocheză într-un vas de stocare a apei demineralizate (V1), din care se continuă cu o conductă pe care sunt montate un robinet 21 (R1) și un rotametru (D1) spre un schimbător de căldură (S), ce are rol de încălzire a apei de alimentare (F), cu condens din fierbătorul (S1) care produce vaporizarea lichidului din 23 blazul coloanei (CL) și a apei de alimentare (F), cu intrare în blazul coloanei sub umplutura ordonată (UO), fluxul de vapori circulând ascendent prin aceasta spre vârful coloanei, de 25 unde vaporii sunt dirijați și condensați în condensatorul primar (S2), răcit cu agent de răcire asigurat de un turn de răcire (TR), având o capacitate de condensare de peste 98% din 27 vapori, condensatorul secundar (S3) fiind răcit cu agent răcire asigurat de un Chiller (CH), vasul de reflux (V2) având legătură cu un vas pentru stocarea apei sărăcite în deuteriu (V3), 29 pe conductă existând un robinet (R6) și un rotametru (D2) pentru reglarea și controlul debitului de produs (P), care se extrage la o concentrație stabilită, de regulă 25 ± 5 ppm D/(D + H), 31 legătura la vârful coloanei (CL) fiind pentru returnarea restului de condens, pe conductă existând un robinet (R5) și un rotametru (D3) pentru controlul debitului de reflux (L), care cade 33 descendent prin stratul de umplutură (UO) în contracurent cu vaporii (V), iar surplusul de apă din instalație se scoate din blazul coloanei cu o pompă (PD), iar debitul de deșeu (W) se 35 poate regla cu un rotametru (D4).
3. 3. Instalație, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că mai conține două 37 bucle de reglare automată, prima pentru reglarea nivelului în blazul coloanei, constituită din regulatorul de nivel (LRC) și un ventil de reglare (VR1) care poate lucra în cascadă cu un 39 regulator de temperatură (TRC), și cea de-a doua, pentru reglarea vidului la vârful coloanei (CL) constituită dintr-un regulator de presiune (PRC2) și un ventil de reglare (VR2). 41
4. 4. Instalație, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că umplutura ordonată (UO) are rolul de element de contact între faza lichidă descendentă (L) și fluxul ascendent 43 de vapori (V), asigurând o suprafață totală de contact de minimum 700 m²/m³, iar relațiile volumice între fluxurile controlate și măsurate sunt L/P = 22, iar V = P + L = L - W + F. 45
5. 5. Instalație, conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizată prin aceea că produce apă sărăcită în deuteriu, cu o concentrație de 25 ± 5 ppm D/(D + H), și deri- 47 vați, cu concentrații de 60 ± 5 ppm D/(D + H), 80 ± 5 ppm D/(D+H), 100 ± 5 ppm D/(D + H), fără a se limita doar la aceștia. 49