RU2173489C2 - Способ и устройство для разделения среды на содержащую твердое вещество и на жидкую составляющую - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, в частности к обезвоживанию и сушке шлама из ядерно-технической установки. Сущность изобретения: для отделения жидкой составляющей от твердой составляющей среды М емкость, в которой находится радиоактивная среда М, нагружают избыточным давлением. За счет этого жидкая составляющая прогоняется через цилиндрический фильтр, попадает в качестве фильтрата F во внутреннее пространство фильтрующего элемента и выводится через выпускную трубу для фильтрата. Для улучшения процесса отделения среду М на стадии фильтрации и обезвоживания обогревают паром и перемешивают мешалкой. После первой операции обезвоживания или сушки среду промывают нерадиоактивной водой и подвергают ее второй операции обезвоживания или сушки. Устройство для осуществления заявленного способа состоит из емкости (2), внутри которой расположена вращающаяся поворотная лопасть (6) с перемешивающим органом (8), а также вращающийся вокруг своей оси фильтрующий элемент (12). На оси цилиндра фильтрующего элемента расположена выпускная труба для фильтрата (14), которая соединена с отводящим трубопроводом (16). К емкости (2) подключены подводящие трубопроводы для сжатого воздуха (18), для воды (19), для материала (20) и для горячего пара (26). Опорожнение емкости (2) осуществляется через сливное отверстие (4). Преимуществом заявленного изобретения является снижение затрат на очистку и техобслуживание устройства. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к способу для разделения среды на содержащую твердое вещество и на жидкую составляющую, в частности для обезвоживания и сушки шлама отходов из ядерно-технической установки, при котором жидкая составляющая протекает через фильтр. Оно относится также к устройству для осуществления способа.

В ядерно-технических установках получаются различные виды содержащего твердые вещества шлама отходов, как, например, шлама шариков смолы или порошковой смолы или доводочных суспензий. Для обеспечения надлежащего промежуточного хранения или захоронения подобный шлам отходов перед дальнейшей обработкой, например перед связыванием в битумы или прессованием при высоком давлении, вначале обезвоживают и сушат. За счет предшествующего сушке обезвоживания, при котором выделяют капиллярную и/или трапную воду и подводят к системе приема сточных вод, может достигаться высокая пропускная способность материала с незначительным расходом энергии и тем самым эффективная обработка отходов.

Для подобного процесса обезвоживания обычно используют нутч-фильтры. При этом подлежащую обезвоживанию среду в емкости, в области дна которой расположен элемент фильтра, нагружают избыточным давлением. За счет этого жидкую составляющую среды, например трапную воду, прогоняют через элемент фильтра. Содержащая твердое вещество составляющая удерживается элементом фильтра. Этот содержащий твердое вещество осадок на фильтре затем обычно подводят к операции сушки.

Элемент фильтра подобного нутч-фильтра, однако, быстро засоряется и должен после короткого времени эксплуатации очищаться или заменяться.

В основе изобретения поэтому лежит задача указания способа для разделения среды на содержащую твердое вещество и на жидкую составляющую таким образом, чтобы засорение фильтра избегалось также при небольших затратах на очистку и техобслуживание. Это должно достигаться с помощью особенно подходящего устройства.

Относительно способа эта задача согласно изобретению решается за счет того, что фильтр для счистки остатка на фильтре перемещают относительно среды, по меньшей мере, приблизительно перпендикулярно относительно направления протекания и за счет того, что среду перемешивают.

Изобретение при этом исходит из того наблюдения, что при засорении фильтра вначале на фильтре прилипают некоторые содержащиеся в среде частички твердого вещества. Они комкуются затем с другими частицами твердого вещества в их окружении. Этот процесс может продолжаться до полного засорения фильтра. Засорение фильтра таким образом может избегаться или осложняться за счет подавления прилипания частиц твердого вещества на фильтре. Для подавления прилипания частиц твердого вещества на фильтре оказалось особенно эффективным относительное движение между фильтром и подлежащей разделению средой приблизительно вертикально к направлению протекания.

Для дальнейшего поддержания разделения жидкой и содержащей твердое вещество составляющих среды ее дополнительно перемешивают. За счет этого улучшается перенос тепла внутри среды так, что облегчается нагрев среды для поддержания обезвоживания или сушки.

Целесообразно подлежащую разделению среду нагревать, чтобы поддержать процесс обезвоживания или чтобы ускорить процесс сушки.

Чтобы особенно облегчить обработку радиоактивной среды, среду можно промывать после первой операции обезвоживания или сушки путем подвода нерадиоактивной воды, прежде чем подвергнуть ее второй операции обезвоживания или сушки.

Относительно устройства названная задача согласно изобретению решается за счет того, что предусмотренный в емкости цилиндрический элемент фильтра расположен с возможностью вращения и за счет того, что на предусмотренной внутри емкости имеющей возможность вращения поворотной лопасти расположен перемешивающий орган, который при вращении поворотной лопасти является направляемым вдоль внутренней поверхности емкости.

Во время процесса обезвоживания и сушки элемент фильтра вращается вокруг своей оси цилиндра так, что достигнуто движение элемента фильтра относительно среды в направлении, практически перпендикулярном к направлению протекания. Прилипание содержащихся в среде частиц твердого вещества на элементе фильтра за счет этого подавляется так, что засорение элемента фильтра почти исключено.

Посредством перемешивающего органа является возможной циркуляция и таким образом перемешивание среды так, что облегчается разделение среды на содержащую твердое вещество составляющую и жидкую составляющую, а также перенос тепла внутри среды. За счет направления перемешивающего органа вдоль внутренней поверхности емкости, кроме того, избегается прилипание содержащихся в среде частиц твердого вещества на стенке емкости, что могло бы приводить в случае радиоактивной среды к дополнительному заражению емкости.

Чтобы сделать возможным обогрев находящейся в емкости среды, емкость выполнена с двойными стенками, причем к двойной стенке емкости подключен подводящий трубопровод для горячего пара. На емкости, кроме того, могут быть расположены подводящий трубопровод и/или отводящий трубопровод для сжатого воздуха.

В дальнейшей предпочтительной форме выполнения элемент фильтра содержит металлическую ткань. Подобные фильтры с металлической тканью проявили себя особенно эффективными для обезвоживания радиоактивного шлама отходов.

Для обеспечения отвода сепарированной жидкой составляющей среды также при небольших количествах заполнения емкости внутри элемента фильтра предпочтительным образом расположена доходящая почти до дна элемента фильтра выпускная труба для фильтрата. За счет выпускной трубы для фильтрата к тому же избегаются прорывы воздуха в отводящий трубопровод для фильтрата при нагружении емкости избыточным давлением.

Достигаемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет движения фильтра относительно среды, по меньшей мере, приблизительно перпендикулярно к направлению протекания при разделении среды на содержащую твердое вещество и жидкую составляющую, в частности, при обезвоживании и сушке шлама отходов из ядерно-технических установок, при котором жидкая составляющая протекает через фильтр, избегается засорение фильтра также при малых затратах на очистку и техобслуживание.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежа.

Фигура показывает устройство для разделения среды на содержащую твердое вещество и на жидкую составляющую. Устройство разделения 1 содержит емкость 2, которая в области 3 выполнена конической и с двойными стенками. Коническое выполнение емкости 2 облегчает полное опорожнение емкости 2 через суженное, перекрываемое крышкой или арматурой сливное отверстие 4. Внутри емкости 2 расположена вращающаяся вокруг средней оси конуса поворотная лопасть 6, на конце которой предусмотрена в качестве перемешивающего органа вращающаяся в свою очередь мешалка 8. Мешалка 8 расположена таким образом, что при вращении поворотной лопасти 6 она скользит вдоль конической внутренней поверхности 10 емкости 2
Внутри емкости 2 коаксиально к оси конуса расположен вращающийся вокруг своей оси цилиндра элемент фильтра 12. Элемент фильтра 12 содержит при этом металлическую ткань. На оси цилиндра элемента фильтра 12 расположена выпускная труба для фильтрата 14, которая вне емкости 2 соединена с отводящим трубопроводом для фильтрата 16. Выпускная труба для фильтрата 14 доходит почти до дна элемента фильтра 12.

К емкости 2 подключены запираемый вентилем подводящий трубопровод для сжатого воздуха 18 и подводящий трубопровод для воды 19, а также подводящий трубопровод для материала 20. Чтобы сделать возможной обратную промывку и/или продувку элемента фильтра 12, подводящий трубопровод для сжатого воздуха 18 соединен через запираемый вентилем 21 трубопровод 22 с отводящим трубопроводом для фильтрата 16.

Ниже запираемого вентилем 23 сливного отверстия 4 емкости 2 предусмотрена стационарная или перемещаемая емкость 24. Для поддерживания процесса фильтрации как вентиль 23, так и нижняя часть конической области 3 могут быть выполненными в виде фильтра. К выполненной с двойными стенками конической области 3 емкости 2 подключены подводящий трубопровод горячего пара 26 и отводящий трубопровод 28.

При работе устройства разделения 1 емкость 2 до уровня 30 заполнена средой М, например шламом отходов ядерно-энергетической установки, который является подводимым по подводящему трубопроводу 20 и должен разделяться на жидкую и на содержащую твердое вещество составляющую. Для отделения жидкой составляющей от твердой составляющей среды М емкость 2 посредством подводящего трубопровода для сжатого воздуха 18 нагружают избыточным давлением. За счет этого жидкая составляющая среды М прогоняется через фильтр 12 и таким образом попадает в качестве фильтрата F во внутреннее пространство элемента фильтра 12. Оттуда фильтрат F вследствие соотношений давления через выпускную трубу для фильтрата 14 отводящего трубопровода для фильтрата 16 и через сам отводящий трубопровод подводится к (не показанной) отстойной емкости. Таким образом содержащая твердое вещество составляющая среды М обогащается в емкости 2 так, что среда М обезвоживается. При этом выпускная труба для фильтрата 14 доходит почти до дна элемента фильтра 12 так, что также при низком уровне 30 прорыв воздуха от нагруженной избыточным давлением емкости 2 в отводящий трубопровод для фильтрата исключается. Чтобы исключить засорение элемента фильтра 12, элемент фильтра 12 вращается вокруг своей оси цилиндра. Другими словами: элемент фильтра 12 движется, таким образом, относительно среды М перпендикулярно к направлению протекания.

К конической области с двойными стенками емкости 2 по подводящему трубопроводу горячего пара 26 подводят горячий пар так, что среда М нагревается. Подобный обогрев среды М поддерживает отделение жидкой составляющей от среды М и тем самым обезвоживание и также сушку содержащей твердое вещество составляющей среды М. Совместно с элементом фильтра 12 вращается поворотная лопасть 6, на которой расположена также вращающаяся мешалка 8. Путем достигнутого таким образом непрерывного перемешивания среды М в емкости 2 разделение среды М на содержащую твердое вещество и на жидкую составляющую улучшается. За счет этого, кроме того, поддерживается перенос тепла внутри среды М так, что обогрев среды М облегчается. Направляемая вдоль внутренней стенки 10 емкости 2 мешалка 8, кроме того, препятствует прилипанию частиц твердого вещества среды М к внутренней стенке 10 емкости и тем самым заражению емкости 2 при обработке радиоактивных веществ.

После произведенного обезвоживания и сушки содержащей твердое вещество составляющей среды М остающийся осадок R подводят путем открытия сливного вентиля 23 к емкости 24. Внутренность элемента фильтра 12 может дополнительно посредством соединенного с отводящим трубопроводом для фильтрата 16 подводящего трубопровода сжатого воздуха подвергаться избыточному давлению так, что становится возможной обратная продувка элемента фильтра 12.

При обработке радиоактивной среды М можно вначале промывать ее после первого шага обезвоживания путем подачи воды W через подводящий трубопровод воды 19. За счет этого достигается эффект разбавления.

Устройство для разделения 1 имеет дополнительное преимущество компактной конструкции и позволяет осуществление различных процессов обработки, как, например, обезвоживание, промывка или сушка внутри одной единственной емкости 2. Это является преимущественным, в частности, при обработке радиоактивного шлама отходов. Путем вращения элемента фильтра 12 и расположенной на вращающейся поворотной лопасти 6 мешалки 8 обеспечивается эффективный процесс разделения, причем засорение элемента фильтра 12 исключается также при малых затратах на очистку и техобслуживание.

Claims (10)

1. Способ разделения среды (М) на содержащую твердую и жидкую составляющие, в частности, для обезвоживания и сушки шлама отходов из ядерно-энергетических установок, при котором среду (М) подготавливают внутри емкости (2), которая имеет внутреннюю поверхность (10), и на стадии фильтрации и обезвоживания пропускают жидкую составляющую через расположенный внутри емкости (2), выполненный в виде полого цилиндра фильтрующий элемент, который имеет дно, причем жидкую составляющую среды (М), по существу, со дна, выполненного в виде полого цилиндра фильтрующего элемента, направляют вверх во внутреннее пространство фильтрующего элемента, при этом перемешивают среду (М) и дополнительно к этому фильтр для очистки остатков на фильтре перемещают относительно содержащей твердую и жидкую составляющие среды (М) по меньшей мере приблизительно перпендикулярно направлению прохождения потока, перемешивают содержащую твердую и жидкую составляющие среду (М) за счет того, что по внутренней поверхности (10) емкости (2) проводят перемешивающим органом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к стадии фильтрации и обезвоживания среду (М) нагревают на стадии сушки.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что среду (М) после первой стадии обезвоживания или стадии сушки промывают.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в промежуточное пространство между двумя стенками емкости (2) для обогрева находящейся в емкости (2) среды (М) подают горячий пар.

5. Устройство для разделения среды (М) на содержащую твердую и жидкую составляющие, в частности, для осуществления способа по любому из пп.1-3, с предусмотренным в емкости (2), расположенным с возможностью вращения цилиндрическим фильтрующим элементом (12) и с расположенным на предусмотренной внутри емкости (2), имеющей возможность вращения поворотной лопасти (6) перемешивающим органом (8), который при вращении поворотной лопасти (6) является направляемым вдоль внутренней поверхности (10) емкости (2).

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что емкость (2) выполнена с двойными стенками.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что фильтрующий элемент (12) содержит металлическую ткань.

8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что внутри фильтрующего элемента (12) расположена выпускная труба (14) для фильтрата.

9. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что на емкости (2) расположен подводящий трубопровод (18) для сжатого воздуха и/или отводящий трубопровод (16) для фильтрата.

10. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что на емкости (2) расположен подводящий трубопровод (26) для горячего пара.