RO129778B9 - Instalaţie optimizată pentru producerea apei sărăcite în deuteriu - Google Patents

Description

Invenţia se referă la o instalaţie optimizata pentru producerea în regim continuu a apei sărăcite în deuteriu, cu concentraţie 25 ± 5 ppm 0/(0+ H), şi a derivaţilor, cu concentraţii 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 aceştia.

Sunt cunoscute instalaţiile pentru obţinerea apei sărăcite în deuteriu în cadrul cărora sunt aplicate procedeele prezentate în brevetul de invenţie 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 şi, 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 şi 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 montateîn serie două condensatoare şi, respectiv, un robinet; aceste condensatoare sunt racordate, cu ajutorul unei alte conducte, având montateîn cuprins un debitmetru şi 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 şi un debitmetru, care este în comunicare cu un alt vas de colectare, care, ia rândul lui, împreună cu celălalt vas de colectare, este racordat la pompa de vid. Dezavantajele acestor instalaţii constau în aceea că au o capacitate relativ mică, iar transpunerea la scară mare de producţie provoacă o amplificare în funcţionare a perturbaţiilpr hidrodinamice, cu efecte defavorabile asupra capacităţii de producţie sau asupra calităţii produsului.

Sunt cunoscute instalaţiile de Obţinere a apei uşoare prin aplicarea procedeelor prezentate în brevetul de invenţie RO 115148, care au în componenţă trei coloane de distilare montate în serie, ale căror înălţimi sunt egale între ele, care conţin 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 şi ultimei coloane fi ind 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 şi o pompa de vid, asigurându-se astfel refluxul introdus în prima coloană, o parte din refluxfiind extrasă ca produs sub formă de apă uşoară, 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 acestdf instalaţii constau în aceea că au dimensiuni foarte mari, controlul şi reglarea diferiţilor parametri caracteristici unui regim optim de obţinere simultană la capetele coloanelor a celor două produse de interes sunt relativ greu de realizat, datorită sensibilităţii sistemului lâ perurbaţiile determinate de variaţiile parametrilor de lucru, iar după perturbaţii se opreşte producţia, fiind necesare perioade de timp relativ mari de revenire la concentraţia dorită de ordinul a zecilor de ore, care impun consumuri specifice mari. Totodată, există pericolul contaminării produsului de apă uşoară cu apa grea.

Sunt cunoscute in stal aţi i le pentru o bţi nerea apei sărăcite în d euteriu, în cadrul cărora sunt aplicate procedeele prezentate în brevetul de invenţie RO 121638, care cuprinde un subansamblu de deionlzare şi de purificare, aflat în comunicare, printr-o conductă, cu o sursă de apă potabilă şi, printr-o altă conductă, având montat în cuprins un debitmetru cu reglare automată a debitului, cu o coloană de distilare izotopică având nişte zone de blaz şi, respectiv, de vârf, în apropierea zonei de blaz fiind plasat un fierbător cu abur, racordat prin intermediul unei conducte de alimentare CU coloană în partea superioară a zonei de blaz, inferior, în dreptul zonei de blaz, de coloană fiind racordată o conductă de evacuare inferioară, având montateîn cuprins un robinet şi un debitmetru cu reglare automată a debitului şi fiind în legătură cu un colector de apa îmbogăţită în deuteriu; în amonte de robinet, conducta 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 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 evacuare superioară, într-un condensator primar, montat în serie cu un condensator secundar, prin ambele condensatoare circulând apade răcire vehiculată prin nişte conducte, anterioară, intermediară şi, respectiv, poştenoară, condensatorul primar fiind în legătură, prin intermediul unei conducte, cu un vas de reflux la care sunt racordate o conductă inferioară, aflată în comunicare cu aspiraţia unei pompe centrifuge care, printr-o conductă deîmpingere, având montat în cuprins un debitmetru, vehiculează refluxul de lichid până în zona de vârf a coloanei, şi, respectiv, o conductă de colectare, Îacâre este Conectată o Conductă de capăt şi în cuprinsul căreia sunt montate un robinet şi un debitmetru cu reglare automată a debitului. Fierbătorul cu abur este în iegătură, prin intermediul unei conducte, cu partea inferioară a unei zone de concentrare inferioară a unei umpluturi care mai conţine o zonă de epuizare superioară, fiind racordată, la intersecţia dintreaeeste zone, la coloana de distilare izotopică. Dezavantajele acestor i nstalaţi i con stau în aceea că au o capacitate de producţie necorelată Cu volumul instalaţiei, respectiv cu volumul de umplutură, care reprezintă o pondere importantă în costul de investiţie.

Problema tehnică pe care 0 rezolvă invenţia constă în realizarea unei instalaţii optimizate dimensional pentru desfăşurarea procedeului de obţinere a apei sărăcite în deuteriu în flux continuu, sub vid, având ca criteriu volumul minim de umplutură, cu eficienţă maximă şi consumuri specifice reduse. I nvenţia înlătură dezavantajele arătate mai înainte prin aceea că legătura dintre condensatorul secundar şi compresorul de vid se face prin intermediul unei trape de vid şi a unui vas tampon şi prin aceea că zona de epuizare izotopică este constituită dintr-un volum minim al umpluturii ordonate, astfel încât, în funcţie de valoarea cifrei de reflux, să fie valabilă relaţia dVuo/dCR = 0, instalaţia având o singură coloană de distilare, care prezintă o singură zonă de epuizare izotopică, constituită dintr-un volum minim, bine determinat, de umputură ordonată.

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

Instalaţia, conform invenţiei, este constituită dintr-o coloană de distilare izotopică CL, care prezintă o singură zonă de epuizare izotopică, constituită dintr-un volum minim, bine determinat de umputura ordonată UO, astfel încât să fie valabilă relaţia dVuo/dCR = 0, unde Vuo este volumul umpluturii ordonate, iar CR este cifra de reflux.

Blazul coloanei CL are o legătură cu un fierbător SI, la care este conectată linia de alimentare F, şi o legătură cu pompa de evacuare deşeu PD. Linia de alimentare F este constituită dintr-o instalaţie automatizată de demineralizare eu osmoză inversă ID, care primeşte apa potabilă, pe care o purifică şi o stocheză într-un vas de stocare a apei demineralizate VI, din care se continuă cu o conductă pe care sunt montate un robinet R1 şi un rotametru D1 spre schimbătorul de căldură S, ce are rol de încălzire a apei de alimentare F, cu condens din fierbătorul S1.

Fierbătorul S1 produce vaporizarea lichidului din blazul coloanei CL şi a apei de alimentare 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 dirijaţi şi condensaţi în condensatorul primar S2, răcit cu agent de răcire asigurat de turnul de răcire TR, având o capacitate de condensare de peste 98% din vapori, şi care are legătură cu condensatorul secundar S3, care este răcit cu agent de răcire asigurat de un Chiller CH Cu rol de condensare a urmelor de vapori. Condensatoarele S2 şi S3 au legătură cu vasul de reflux V2, iar condensatorul S3 mâi are legătura Spre un compresor de vid CV, prin intermediul trapei de vid TR1 şi 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 şi un rotametru D2 pentru reglarea şi controlul debitului de produs P, care se extrage la o concentraţie stabilită, de regulă 25 ± 5 ppm D/(P + H), şi o legătură spre vârful coloanei CL pentru returnarea restului de condens, pe conductă existând robinetul R5 şi rotametru! D3 pentru controlul debitului de reflux L, care cade descendent prin stratul de umplutură UQ în contracurent cu vaporii V. Surplusul de apă din instalaţie se scoate din blazul coloanei cu pompa PD, iar debitul de deşeu W se poate regla cu rotametrul D4.

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

Umplutura ordonată UO are rolul de element de contact între faza lichidă descendentă L şi faza ascendentă de vapori V, asigurând o suprafaţă totală de contact de minimum 700 m2/m3 şi producând o creştere a eficienţei de schimb izoţopic între cele doua faze. Relaţiile volumice între fluxurile controlate şi măsurate sunt L/P = 22, iar V= P + L = L- W+ F.

Claims (5)

1. Revendicări 1. instalaţie optimizaţi pentru producerea apei sărăcite în deuteriu, în regim continuu, 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) prezentând şi o zonă de blaz care este în legătură cu un fierbător (S1) la care este conectată o linie de alimentare (F), fierbătorul (SI) având rolul de a produce vaporizarea lichidului din blazul coloanei (CL) şi 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 secundar (S3), pentru condensarea urmelor de vapori, aflat în legătură cu condensatorul primar (S2), condensatoarele (S2, S3) fiind în legătura cu un vas de reflux (V2) conectat la vârful coloanei (CL), iar condensatorul secundar (S3) fiind în legătură şi cu un compresor de vid (CV), caracterizată prin aceea că legătura dintre condensatorul secundar (Ş3) şi compresorul de vid (CV) se face prin intermediul unei trape de vid (TR1) şi a unui vas tampon (V4) şi prin aceea că zona de epuizare izotopică este constituită dintr-un volum minim (Vuo) al umpluturii ordonate (UO), astfel încât, în funcţie de valoarea cifrei de reflux (CR), să fie valabilă relaţia dV^0/dCs = 0.
2. 2. Instalaţie, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că linia de alimentare (F) este constituită dintr-o instalaţie automatizată de demineralizare cu osmoză inversă (ID), care primeşte apa potabilă pe care o purifică şi o stocheză într-un vas de stocare a apei demineralizate (VI ), din care se continuă cu o conductă pe care sunt montate Un robinet (R1) şi 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 blazul coloanei (CL) şi 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 unde vaporii sunt dirijaţi şi condensaţi 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 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), pe conductă existând un robinet (R6) şi un rotametru (D2) pentru reglarea şi controlul debitului de produs (P), care se extrage la o concentraţie stabilită, de regulă 25 + 5 ppm D/(D + H), legătura la vârful coloanei (CL) fiind pentru returnarea restului de condens, pe conductă existând un robinet (R5) şi un rotametru (D3) pentru controlul debitului de reflux (L), care cade descendent prin stratul de umplutură (UO) în contracurent cu vaporii (V), iar surplusul de apă din instalaţie se scoate din blazul coloanei cu o pompă (PD), iar debitul de deşeu (W) se poate regla cu un rotametru (D4).
3. 3. Instalaţie, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că mai conţine două bucle de reglare automată, prima pentru reglarea nivelului în blazul coloanei, constituită din regulatorul de nivel (LRC) şi un ventil de reglare (VR1) care poate lucra în cascadă cu un regulator de temperatură (TRC), şi cea de-a doua, pentru reglarea vidului la vârful coloanei (CL) constituită dintr-un regulator de presiune (PRC2) şi un ventil de reglare (VR2).
4. 4. Instalaţie, Conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că umplutura ordonată (UO) are rolul de element de contact între faza lichidă descendentă (L) şi fluxul ascendent de vapori (V), asigurând o suprafaţă totală de contact de minimum 700 m:7m3, iar relaţiile volumice între fluxurile controlate şi măsurate sunt L/P = 22, iar V = P + L = L- W+ F.
5. 5. Instalaţie, conform Oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizată prin aceea că produce apă sărăcită în deuteriu, cu o concentraţie de 25 ±5 ppm D/(D + H), şi derivaţi, cu concentraţii 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 aceştia.