RU2751019C1 - Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design - Google Patents

Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design Download PDF

Info

Publication number
RU2751019C1
RU2751019C1 RU2020137486A RU2020137486A RU2751019C1 RU 2751019 C1 RU2751019 C1 RU 2751019C1 RU 2020137486 A RU2020137486 A RU 2020137486A RU 2020137486 A RU2020137486 A RU 2020137486A RU 2751019 C1 RU2751019 C1 RU 2751019C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
extractant
column
metals
flow rate
pulsation
Prior art date
Application number
RU2020137486A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Александрович Науменко
Станислав Александрович Ивонин
Ульяна Сергеевна Никулина
Виктор Яковлевич Пурыгин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2020137486A priority Critical patent/RU2751019C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751019C1 publication Critical patent/RU2751019C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/42—Reprocessing of irradiated fuel
    • G21C19/44—Reprocessing of irradiated fuel of irradiated solid fuel
    • G21C19/46—Aqueous processes, e.g. by using organic extraction means, including the regeneration of these means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear industry.SUBSTANCE: invention relates to a method for automatic control and regulation of processes in extraction nuclear-safe pulsation columns and can be used in the refining extraction processing of spent mixed nitride uranium-plutonium nuclear fuel. The method includes regulating the flow rate of the initial aqueous solution, the extractant and stabilizing the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant in the middle of the reaction zone of the column by adjusting the flow rate of the initial aqueous solution according to the average value of the air pressure in the pulsation chamber while automatically maintaining the level of the extractant in the pulsation chamber by means the flow rate of compressed air supplied to it.EFFECT: invention increases the column productivity with a high specified quality of purification and separation of components of spent mixed nitride uranium-plutonium nuclear fuel, as well as increases reliability of the automatic process control system.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам автоматического управления и регулирования процессов в экстракционных ядерно-безопасных пульсационных колоннах и может быть использовано при аффинажной экстракционной переработке отработанного смешанного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива.The invention relates to methods for automatic control and regulation of processes in extraction nuclear-safe pulsation columns and can be used in the refining extraction processing of spent mixed nitride uranium-plutonium nuclear fuel.

В радиохимических производствах для разделения ценных компонентов U-Pu (урана и плутония) и очистки их от продуктов распада традиционно применяются пульсационные экстракционные колонны [Е.Н. Семенов, А.И. Карелин «Математическая модель неравновесного экстракционного процесса в колонном аппарате», Журнал прикладной химии, 1997, т. 70. Вып. 9]. Экстракционная колонна - вертикальный трубчатый аппарат, в котором поступающие реагенты движутся в вертикальном направлении противотоком под воздействием силы тяжести. В противоточных колоннах наряду с переносом вещества движущейся жидкостью наблюдается переход вещества из одной фазы в другую. При этом каждая фаза движется в противоположном направлении по отношению к другой фазе. Колонна состоит из реакционной зоны, верхней отстойной зоны и нижней отстойной зоны. Реакционная зона имеет форму цилиндра, в котором коаксиально в центре располагается центральный стержень, на котором установлены плоские насадки с профилированными отверстиями. Выше и ниже насадочной части расположены, соответственно, верхняя и нижняя отстойные зоны.In radiochemical industries for the separation of valuable U-Pu components (uranium and plutonium) and their purification from decay products, pulsating extraction columns are traditionally used [E.N. Semenov, A.I. Karelin "A mathematical model of a nonequilibrium extraction process in a column apparatus", Journal of Applied Chemistry, 1997, vol. 70. Issue. nine]. The extraction column is a vertical tubular apparatus in which the incoming reagents move in a vertical direction in countercurrent under the influence of gravity. In countercurrent columns, along with the transfer of matter by a moving liquid, a transition of matter from one phase to another is observed. In this case, each phase moves in the opposite direction with respect to the other phase. The column consists of a reaction zone, an upper settling zone and a lower settling zone. The reaction zone has the shape of a cylinder, in which a central rod is located coaxially in the center, on which flat nozzles with profiled holes are installed. Above and below the packing part, there are, respectively, upper and lower settling zones.

Для повышения эффективности массопередачи с одной фазы в другую (повышения производительности), в колонну подается пульсационная энергия, за счет возвратно поступательных движений жидкости, передаваемых в реакционную зону. Эти пульсирующие движения разбивают струйки воды, при прохождении профилирующих отверстий, на мелкие капли.To increase the efficiency of mass transfer from one phase to another (increase productivity), pulsation energy is supplied to the column, due to the reciprocating movements of the liquid, transmitted to the reaction zone. These pulsating movements break the streams of water, when passing through the profiling holes, into small droplets.

Для организации пульсации, нижняя часть реакционной зоны гидравлически соединена с пульсационной камерой. В пульсационную камеру через пневмораспределитель подается сжатый воздух.To organize the pulsation, the lower part of the reaction zone is hydraulically connected to the pulsation chamber. Compressed air is supplied to the pulsation chamber through a pneumatic valve.

На колонне проводится экстракция U-Pu из исходного водного раствора (водной фазы) в экстрагент (органическую фазу). В процессе экстракции поток экстрагента движется по колонне снизу-вверх, насыщается металлами U-Pu и насыщенный экстрагент выдается с верхней части колонны (насыщенный металлами экстрагент называется экстракт). Поток исходного раствора соответственно движется в колонне сверху-вниз, переходит за счет действия пульсационной энергии в дисперсную фазу, «отдает» металлы U-Pu в экстрагент, концентрируется из дисперсной фазы в раствор и обедненный выводится с нижней части колонны (обедненный водный раствор называется рафинат). Величина насыщения экстрагента, по высоте реакционной зоны колонны, неравномерна, максимальна вверху, минимальна внизу. В середине реакционной зоны, в месте, где градиент изменения концентрации U-Pu в экстрагенте максимален, происходят основные процессы массопереноса. Положение максимального градиента концентрации (далее по тексту - МГК) металлов в экстрагенте необходимо стабилизировать в средней части реакционной зоны колонны. Необходимость стабилизации положения МГК металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны обусловлена требованиями обеспечения заданного качества разделения и очистки. При перемещении МГК в верхнюю часть реакционной зоны уменьшается насыщение экстракта металлами U-Pu, ухудшается степень очистки за счет включения в экстрагент на выходе колонны (экстракт) продуктов распада. При перемещении МГК в нижнюю часть реакционной зоны происходит ухудшение степени разделения за счет попадания металлов U-Pu в водный раствор (рафинат) на выходе колонны.The column is used to extract U-Pu from the original aqueous solution (aqueous phase) into the extractant (organic phase). During the extraction process, the flow of the extractant moves through the column from bottom to top, is saturated with U-Pu metals, and the saturated extractant is discharged from the top of the column (the extractant saturated with metals is called extract). The flow of the initial solution, respectively, moves in the column from top to bottom, passes due to the action of pulsating energy into the dispersed phase, "gives" U-Pu metals to the extractant, is concentrated from the dispersed phase into the solution and the depleted is removed from the bottom of the column (the depleted aqueous solution is called raffinate ). The value of the saturation of the extractant, along the height of the reaction zone of the column, is uneven, maximum at the top, minimum at the bottom. In the middle of the reaction zone, in the place where the gradient of the change in the concentration of U-Pu in the extractant is maximum, the main processes of mass transfer take place. The position of the maximum concentration gradient (hereinafter referred to as PCA) of metals in the extractant must be stabilized in the middle of the reaction zone of the column. The need to stabilize the position of PCA of metals in the extractant in the middle part of the reaction zone is due to the requirements to ensure the specified quality of separation and purification. When the PCA moves to the upper part of the reaction zone, the saturation of the extract with U-Pu metals decreases, the degree of purification deteriorates due to the inclusion of decomposition products in the extractant at the column outlet (extract). When the PCA moves to the lower part of the reaction zone, the degree of separation deteriorates due to the ingress of U-Pu metals into the aqueous solution (raffinate) at the outlet of the column.

Таким образом, для обеспечения максимальной производительности и заданного качества очистки и разделения необходимо управлять процессом насыщения экстрагента, преимущественно изменяя величину расхода водной фазы с целью стабилизировать положение МГК металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны [Карелин А.И., Семенов Е.Н. «Особенности экстракционных процессов, реализуемых в колонном аппарате», Журнал прикладной химии, 1997, т. 70. Вып. 11, Кондаков В.М., Семенов Е.Н., Матюха В.А., Козырев А.С., Рябов А.С., Носков А.Д., Истомин А.Д. «Математическое моделирование переходных процессов в каскаде экстракционных колонн», Известия Томского политехнического университета, 2002, т. 305, №4].Thus, to ensure maximum productivity and a given quality of purification and separation, it is necessary to control the process of saturation of the extractant, mainly by changing the value of the flow rate of the aqueous phase in order to stabilize the position of the PCA of metals in the extractant in the middle of the reaction zone [Karelin A.I., Semenov E.N. "Features of the extraction processes implemented in the column apparatus", Journal of Applied Chemistry, 1997, vol. 70. Issue. 11, Kondakov V.M., Semenov E.N., Matyukha V.A., Kozyrev A.S., Ryabov A.S., Noskov A.D., Istomin A.D. "Mathematical modeling of transient processes in a cascade of extraction columns", Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2002, v. 305, No. 4].

Известен способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в вибрационной колонне [Патент РФ №2481142, опубл. 2013], который включает в себя регулирование расходов исходного водного раствора и экстрагента, образующих дисперсию в колонне, регулирование границы раздела фаз, оценку задержки дисперсной фазы в колонне путем измерения перепада давления и регулирование интенсивности вибрации насадки колонны путем изменения частоты вибрации. При этом дополнительно измеряют средний диаметр капель дисперсной фазы, сопоставляют его с заданным значением и используют возникшее рассогласование для изменения интенсивности вибрации насадки путем регулирования частоты и амплитуды ее вибрации. Регулирование границы раздела фаз производят путем отвода сплошной фазы из нижней части колонны.A known method of automatic control of the process of liquid extraction in a vibrating column [RF Patent No. 2481142, publ. 2013], which includes regulation of the flow rates of the initial aqueous solution and extractant, forming a dispersion in the column, regulation of the phase boundary, estimation of the delay of the dispersed phase in the column by measuring the pressure drop and regulation of the vibration intensity of the column packing by changing the vibration frequency. In this case, the average diameter of the dispersed phase droplets is additionally measured, compared with a given value, and the resulting mismatch is used to change the vibration intensity of the nozzle by adjusting the frequency and amplitude of its vibration. The phase interface is controlled by withdrawing the continuous phase from the bottom of the column.

Недостатком данного способа является то, что способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции решает задачу обеспечения заданного значения градиента концентрации за счет регулирования поверхности массообмена, но не решает задачу стабилизации его местоположения в колонне для обеспечения максимальной производительности при требуемом качестве разделения и очистки. При смещении местоположения максимума заданного градиента концентрации в нижнюю часть колонны ухудшается степень разделения из-за попадания металлов U-Pu в рафинат, соответственно, при смещении местоположения максимума заданного градиента концентрации в верхнюю часть колонны ухудшается степень очистки за счет попадания осколков деления в экстракт.The disadvantage of this method is that the method of automatic control of the liquid extraction process solves the problem of providing a given value of the concentration gradient by regulating the mass transfer surface, but does not solve the problem of stabilizing its location in the column to ensure maximum productivity with the required separation and purification quality. When the location of the maximum of the given concentration gradient is shifted to the bottom of the column, the degree of separation deteriorates due to the ingress of U-Pu metals into the raffinate, respectively, when the location of the maximum of the given concentration gradient is shifted to the top of the column, the degree of purification deteriorates due to the ingress of fission fragments into the extract.

Наиболее близкой является способ управления экстракционной колонной [УДК 621.039.59: 621.039.7 А.Г. Горюнов, Ю.А. Чурсин, К.В. Турецкое «Система управления экстракционной колонной», Известия вузов. Ядерная энергетика, №1, 2009] включающий подачу в колонну органической и водной фазы, регулирование положения МГК металлов в экстрагенте в колонне путем изменения величины расхода водной фазы при заданном расходе органической фазы, настройку начального режима работы по результатам химического анализа продукта на выходе колонны, определение положения МГК металлов в экстрагенте в реакционной зоне по значениям уровней жидкости в сообщающихся с колонной сосудах и значению концентрации металла, измеряемому с использованием гамма-абсорбциометра, установленного внутри центральной части реакционной зоны колонны.The closest is the method of controlling the extraction column [UDC 621.039.59: 621.039.7 A.G. Goryunov, Yu.A. Chursin, K.V. Turkish "Control system of the extraction column", Izvestiya vuzov. Nuclear Power Engineering, No. 1, 2009] including feeding the organic and aqueous phases into the column, regulating the position of the PCA of metals in the extractant in the column by changing the flow rate of the aqueous phase at a given flow rate of the organic phase, setting the initial operating mode based on the results of chemical analysis of the product at the column outlet, determination of the position of PCA of metals in the extractant in the reaction zone from the values of the liquid levels in the vessels communicating with the column and the value of the metal concentration measured using a gamma absorptiometer installed inside the central part of the reaction zone of the column.

Недостатком является то, что указанный способ стабилизации положения МГК металлов в экстрагенте практически невозможно реализовать в случае пульсационной колонны ядерно-безопасного исполнения, так как измерение концентрации металлов с использованием гамма-абсорбциометра установленного внутри реакционной зоны ядерно-безопасной колонны невозможно из-за ее ограниченного размера (диаметр реакционной зоны из условий ядерной безопасности не превышает 50 мм). К тому же, гамма-фон от продуктов распада является резко ограничивающим фактором для работы гамма-абсорбциометра. Также фактором, ограничивающим использование предложенного способа, является то, что при внедрении внутрь экстракционной колонны ядерно-безопасного исполнения дополнительных конструкций для измерения плотности продукта, уменьшается производительность колонны и ухудшаются ее технические характеристики из-за уменьшения полезного сечения колонны.The disadvantage is that the specified method of stabilizing the position of the PCA of metals in the extractant is practically impossible to implement in the case of a pulsating column of nuclear-safe design, since measuring the concentration of metals using a gamma-absorptiometer installed inside the reaction zone of a nuclear-safe column is impossible due to its limited size (the diameter of the reaction zone from the conditions of nuclear safety does not exceed 50 mm). In addition, the gamma background from the decay products is a drastically limiting factor for the operation of a gamma absorptiometer. Also, a factor limiting the use of the proposed method is that when additional structures for measuring the density of the product are introduced inside the extraction column of a nuclear-safe design, the performance of the column decreases and its technical characteristics deteriorate due to a decrease in the effective section of the column.

Задачей изобретения является разработка способа управления процессом насыщения экстрагента в колонне для обеспечения стабилизации положения МГК металлов в экстрагенте экстракционной колонны ядерно-безопасного исполнения с обеспечением максимальной производительности колонны и требуемом качестве очистки и разделения.The objective of the invention is to develop a method for controlling the process of saturation of the extractant in the column to ensure the stabilization of the position of the PCA of metals in the extractant of the extraction column of nuclear-safe design with the provision of the maximum productivity of the column and the required quality of purification and separation.

Технический результат - повышение производительности колонны при высоком качестве продукции, а также надежности системы автоматического управления технологическим процессом.The technical result is an increase in the productivity of the column with high product quality, as well as the reliability of the automatic control system of the technological process.

Технический результат достигается в способе управления процессом насыщения экстрагента в экстракционной пульсационной колонне ядерно-безопасного исполнения, включающем регулирование расходов исходного водного раствора, экстрагента и положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте, причем настройку положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны проводят по результатам химического анализа проб экстракта и рафината путем регулирования расхода исходного водного раствора при фиксированном заданном расходе экстрагента, затем осуществляют стабилизацию положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны колонны посредством регулирования расхода исходного водного раствора по среднему значению давления воздуха в пульсационной камере при одновременном автоматическом поддержании уровня экстрагента в пульсационной камере с помощью регулирования расхода подаваемого в нее сжатого воздуха.The technical result is achieved in a method for controlling the process of saturation of the extractant in the extraction pulsation column of nuclear-safe design, including regulation of the flow rates of the initial aqueous solution, the extractant and the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant, and the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant in the middle of the reaction zone is adjusted based on the results of chemical analysis of extract and raffinate samples by adjusting the flow rate of the initial aqueous solution at a fixed predetermined flow rate of the extractant, then stabilizing the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant in the middle of the reaction zone of the column by adjusting the flow rate of the initial aqueous solution according to the average value of the air pressure in the pulsation chamber while automatically maintaining the level of the extractant in the pulsation chamber by adjusting the flow rate supplied to it from compressed air.

Предложенный способ основан на эффекте изменения полного веса столба смеси экстрагента и водного раствора в экстракционной колонне возникающего вследствие изменения общего количества металлов U-Pu в смеси экстрагента и водного раствора при изменении положения МГК.The proposed method is based on the effect of changing the total weight of the column of the extractant and aqueous solution mixture in the extraction column resulting from the change in the total amount of U-Pu metals in the extractant and aqueous solution mixture when the position of the PCA changes.

Повышение производительности колонны достигается с помощью стабилизации положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны колонны посредством регулирования расхода исходного водного раствора по среднему значению давления воздуха, подаваемого в пульсационную камеру при одновременном автоматическом поддержании уровня экстрагента в пульсационной камере посредством регулирования расхода сжатого воздуха.An increase in the column productivity is achieved by stabilizing the position of the maximum concentration gradient of metals in the extractant in the middle part of the reaction zone of the column by adjusting the flow rate of the initial aqueous solution according to the average value of the air pressure supplied to the pulsation chamber while automatically maintaining the level of the extractant in the pulsation chamber by adjusting the compressed air flow rate ...

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предложенного способа управления процессом насыщения экстрагента в экстракционной пульсационной колонне ядерно-безопасного исполнения.FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the proposed method for controlling the process of extractant saturation in a nuclear-safe extraction pulsation column.

Устройство (см. фиг. 1) содержит экстракционную пульсационную колонну 1 состоящую из реакционной зоны 3, верхней отстойной зоны 2 соединенной с атмосферой и нижней отстойной зоны 4. В нижнюю часть экстракционной пульсационной колонны 1 через регулирующий вентиль 5 подается экстрагент, в верхнюю часть через регулирующий вентиль 6 -исходный водный раствор. С нижней отстойной зоной 4 гидравлически соединена пульсационная камера 10, в которую через регулирующий вентиль 7 из ресивера 14 через пневмораспределитель 13 подается сжатый воздух. Пневмораспределитель 13 периодически (с частотой ориентировочно 100 раз в минуту) направляет воздух вначале в пульсационную камеру 10, затем из пульсационной камеры 10 в сдувочную магистраль 15. В пульсационной камере 10 установлен уровнемер 9, выходной сигнал которого поступает на вход блока управления (БУ) 12. Выходной сигнал БУ 12 поступает на управляющий вход регулирующего вентиля 7 подачи воздуха в пульсационную камеру 10. В пульсационной камере 10 также установлен датчик давления 8 воздуха, выходной сигнал которого поступает на вход БУ 11. Сигнал с выхода БУ 11 поступает на управляющий вход регулирующего вентиля 6 подачи исходного водного раствора.The device (see Fig. 1) contains an extraction pulsation column 1 consisting of a reaction zone 3, an upper settling zone 2 connected to the atmosphere and a lower settling zone 4. The extractant is supplied to the lower part of the extraction pulsation column 1 through a control valve 5, to the upper part through control valve 6 - initial aqueous solution. A pulsation chamber 10 is hydraulically connected to the lower settling zone 4, into which compressed air is supplied through a control valve 7 from a receiver 14 through a pneumatic valve 13. Pneumatic valve 13 periodically (with a frequency of approximately 100 times per minute) directs air first to the pulsation chamber 10, then from the pulsation chamber 10 to the blow-off line 15. A level gauge 9 is installed in the pulsation chamber 10, the output signal of which is fed to the input of the control unit (CU) 12 The output signal of BU 12 is fed to the control input of the control valve 7 for supplying air to the pulsation chamber 10. In the pulsation chamber 10, an air pressure sensor 8 is also installed, the output signal of which is fed to the input of BU 11. The signal from the output of BU 11 is fed to the control input of the control valve. 6 feeding the original aqueous solution.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

При начальной настройке работы колонны ее полностью заполняют экстрагентом затем подают пульсационную энергию сжатым воздухом, при этом вентиль 7 устанавливают в начальном частично открытом положении для обеспечения заданного уровня экстрагента в пульсационной камере 10 по выходному сигналу уровнемера 9, далее с использованием результатов химического анализа проб экстракта и рафината добиваются положения МГК металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны 3 путем настройки степени открытия вентиля 5 для установления фиксируемого расхода экстрагента с целью обеспечения требуемой производительности колонны, начальной степени открытия вентиля 6 для установления расхода исходного водного раствора. Уровнемер 9 измеряет уровень экстрагента, сигнал с выхода уровнемера 9 поступает на вход БУ 12, где происходит вычисление его среднего значения за период 15-30 сек. При заданном уровне экстрагента в пульсационной камере 10 с выхода БУ 12 на регулирующий вход вентиля 7 поступает условно нулевой сигнал и не изменяет его начально установленное состояние. Выходной сигнал с датчика давления 8 поступает на вход БУ 11 где происходит вычисление его среднего значения за период времени равный 3…5 мин. С выхода БУ 11 на управляющий вход регулирующего вентиля 6 поступает условно нулевой сигнал и не изменяет его начально установленное состояние. Колонна переходит в стационарный режим работы.At the initial setting of the operation of the column, it is completely filled with the extractant, then pulsation energy is supplied with compressed air, while the valve 7 is set in the initial partially open position to ensure the specified level of the extractant in the pulsation chamber 10 according to the output signal of the level gauge 9, then using the results of the chemical analysis of the extract samples and of the raffinate, the position of the PCA of metals in the extractant in the middle part of the reaction zone 3 is achieved by adjusting the degree of opening of the valve 5 to establish a fixed flow rate of the extractant in order to ensure the required productivity of the column, the initial degree of opening of the valve 6 to establish the flow rate of the initial aqueous solution. Level gauge 9 measures the level of the extractant, the signal from the output of level gauge 9 is fed to the input of BU 12, where its average value is calculated over a period of 15-30 seconds. At a given level of the extractant in the pulsation chamber 10, a conditionally zero signal arrives from the output of the control unit 12 to the control input of the valve 7 and does not change its initially set state. The output signal from the pressure sensor 8 is fed to the input of BU 11 where its average value is calculated over a period of time equal to 3 ... 5 minutes. From the output of BU 11 to the control input of the control valve 6, a conditionally zero signal is received and does not change its initial set state. The column goes into a stationary mode of operation.

При смещении положения МГК металлов в экстрагенте из средней в верхнюю часть реакционной зоны 3, вследствие изменения параметров технологической схемы, происходит меньшее насыщение экстрагента металлами U-Pu и, следовательно, происходит уменьшение полного веса столба смеси экстрагента и водного раствора в колонне, что приводит к «передавливанию» сжатым воздухом данной смеси в колонне и понижению уровня экстрагента в пульсационной камере 10. При этом сигнал с уровнемера 9 поступает на вход БУ 12 где происходит вычисление его среднего значения за период 15-30 с, в результате на выходе БУ 12 формируется условно отрицательный сигнал, который поступает на вход регулирующего вентиля 7, что приводит к его призакрыванию. При этом уменьшается расход и давление сжатого воздуха в пульсационной камере 10, что приводит к повышению уровня экстрагента в ней до заданного значения. Одновременно сигнал с датчика давления 8 воздуха поступает на вход БУ 11 где происходит вычисление его среднего значения за период 3-5 мин. При понижении давления воздуха в пульсационной камере 10 на выходе БУ 11 формируется условно положительный сигнал, поступающий на вход регулирующего вентиля 6 что, приводит к его приоткрыванию. Вентиль 6 приоткрывается, увеличивая подачу исходного водного раствора и, следовательно, постепенно увеличивается насыщение экстрагента металлами U-Pu, происходит постепенное перемещение МГК металлов в экстрагенте с верхней в среднюю часть реакционной зоны 3. При этом происходит обратное увеличение полного веса столба смеси экстрагента и водного раствора в колонне за счет увеличения насыщения экстрагента металлами и увеличению уровня экстрагента в пульсационной камере 10. Теперь реализуется процесс обратный вышеописанному (повышение уровня и давления в пульсационной камере, приоткрывание вентиля 7, призакрывание вентиля 6) до момента возвращения МГК металлов в экстрагенте в среднюю часть реакционной зоны колонны.When the position of PCA of metals in the extractant shifts from the middle to the upper part of the reaction zone 3, due to changes in the parameters of the technological scheme, less saturation of the extractant with U-Pu metals occurs and, therefore, the total weight of the column of the mixture of the extractant and aqueous solution in the column decreases, which leads to "Squeezing" this mixture in the column with compressed air and lowering the level of the extractant in the pulsation chamber 10. In this case, the signal from the level gauge 9 is fed to the input of BU 12 where its average value is calculated over a period of 15-30 s, as a result, at the output of BU 12, conditionally negative signal, which goes to the input of the control valve 7, which leads to its closing. In this case, the consumption and pressure of compressed air in the pulsation chamber 10 decreases, which leads to an increase in the level of the extractant in it to a predetermined value. At the same time, the signal from the air pressure sensor 8 is fed to the input of BU 11 where its average value is calculated over a period of 3-5 minutes. When the air pressure in the pulsation chamber 10 decreases, a conditionally positive signal is formed at the output of the BU 11, which is fed to the input of the control valve 6, which leads to its opening slightly. The valve 6 opens slightly, increasing the supply of the initial aqueous solution and, therefore, the saturation of the extractant with U-Pu metals gradually increases, there is a gradual movement of the PCA of metals in the extractant from the upper to the middle part of the reaction zone 3. In this case, a reverse increase in the total weight of the column of the extractant and aqueous mixture occurs. solution in the column due to an increase in the saturation of the extractant with metals and an increase in the level of the extractant in the pulsation chamber 10. Now the process is reversed to the one described above (an increase in the level and pressure in the pulsation chamber, opening of valve 7, closing of valve 6) until the PCA of metals in the extractant returns to the middle part the reaction zone of the column.

Соответственно, при смещении положения МГК металлов в экстрагенте в нижнюю часть реакционной зоны, вследствие изменения параметров технологической схемы, происходит большее насыщение экстрагента металлами U-Pu и, следовательно, происходит увеличение полного веса столба смеси экстрагента и водного раствора в колонне, что приводит к увеличению уровня экстрагента в пульсационной камере 10. При этом сигнал с уровнемера 9 поступает на вход БУ 12 где происходит вычисление его среднего значения за период 15-30 с, в результате на выходе БУ 12 формируется условно положительный сигнал, который поступает на вход регулирующего вентиля 7, что приводит к его приоткрыванию. При этом увеличивается расход и давление сжатого воздуха в пульсационной камере 10, что приводит к понижению уровня жидкости в ней до заданного значения. Одновременно сигнал с датчика давления 8 воздуха поступает на вход БУ 11 где происходит вычисление его среднего значения за период 3-5 мин. При повышении давления воздуха в пульсационной камере 10 на выходе БУ 11 формируется условно отрицательный сигнал, поступающий на вход регулирующего вентиля 6, что приводит к его призакрыванию. Вентиль 6 призакрывается, уменьшая подачу исходного водного раствора и, следовательно, постепенно уменьшается насыщение экстрагента металлами U-Pu, происходит постепенное перемещение МГК металлов в экстрагенте с нижней в среднюю часть реакционной зоны 3. При этом происходит обратное уменьшение полного веса столба смеси экстрагента и водного раствора в колонне за счет уменьшения общего количества металлов в экстрагенте, что приводит к уменьшению уровня экстрагента в пульсационной камере 10. Теперь реализуется процесс обратный вышеописанному (понижение уровня и давления в пульсационной камере, призакрывание вентиля 7, приоткрывание вентиля 6) до момента возвращения МГК металлов в экстрагенте в среднюю часть реакционной зоны колонны.Accordingly, when the position of the PCA of metals in the extractant is shifted to the lower part of the reaction zone, due to the change in the parameters of the technological scheme, a greater saturation of the extractant with U-Pu metals occurs and, therefore, the total weight of the column of the mixture of the extractant and aqueous solution in the column increases, which leads to an increase the level of the extractant in the pulsation chamber 10. In this case, the signal from the level gauge 9 is fed to the input of the BU 12 where its average value is calculated over a period of 15-30 s, as a result of which a conditionally positive signal is formed at the output of the BU 12, which is fed to the input of the control valve 7, which leads to its opening. This increases the flow rate and pressure of compressed air in the pulsation chamber 10, which leads to a decrease in the liquid level in it to a predetermined value. At the same time, the signal from the air pressure sensor 8 is fed to the input of BU 11 where its average value is calculated over a period of 3-5 minutes. When the air pressure in the pulsation chamber 10 rises, a conditionally negative signal is formed at the output of the BU 11 at the input of the control valve 6, which leads to its closing. Valve 6 closes, reducing the supply of the initial aqueous solution and, consequently, the saturation of the extractant with U-Pu metals gradually decreases, and the PCA of metals in the extractant gradually moves from the lower to the middle part of the reaction zone 3. In this case, a reverse decrease in the total weight of the column of the extractant and aqueous mixture occurs. solution in the column due to a decrease in the total amount of metals in the extractant, which leads to a decrease in the level of the extractant in the pulsation chamber 10. Now the process is reversed to the one described above (lowering the level and pressure in the pulsation chamber, closing valve 7, opening valve 6) until the PCM of metals returns in the extractant in the middle of the reaction zone of the column.

При работе колонны вследствие подачи пульсационной энергии и случайных изменений пневматических режимов работы или иных достаточно быстропротекающих воздействий на гидравлические процессы уровень экстрагента в пульсационной камере 10 может достаточно быстро изменяться относительно среднего уровня. При этом сигнал с выхода уровнемера 9 поступает на вход БУ 12, а на выходе БУ 12 формируется соответствующий сигнал, поступающий на управляющий вход регулирующего вентиля 7 который изменяет степень своего открытия и регулирует расход и давление воздуха в пульсационной камере 10 для стабилизации уровня экстрагента. На выходе датчика давления 8 формируется изменяющийся сигнал, который поступает на вход БУ 11 где вычисляется его среднее значение за период 3-5 мин (много больше периода быстропротекающих случайных изменений). В результате вычисления среднего значения за период 3-5 мин на выходе БУ 11 продолжает формироваться постоянный сигнал, поступающий на вход регулирующего вентиля 6 подачи водной фазы, который не изменяет его заданное частично открытое состояние и расход исходного водного раствора не изменяется, обеспечивая при этом стабильное положение МГК металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны.During the operation of the column, due to the supply of pulsating energy and random changes in pneumatic operating modes or other sufficiently fast effects on hydraulic processes, the level of the extractant in the pulsation chamber 10 can change rather quickly relative to the average level. In this case, the signal from the output of the level gauge 9 is fed to the input of the control unit 12, and at the output of the control unit 12 a corresponding signal is generated, which is fed to the control input of the control valve 7, which changes the degree of its opening and regulates the flow rate and air pressure in the pulsation chamber 10 to stabilize the extractant level. At the output of the pressure sensor 8, a changing signal is formed, which is fed to the input of BU 11, where its average value is calculated over a period of 3-5 minutes (much more than the period of rapid random changes). As a result of calculating the average value for a period of 3-5 minutes at the output of BU 11, a constant signal continues to be formed, arriving at the input of the control valve 6 for supplying the aqueous phase, which does not change its predetermined partially open state and the flow rate of the initial aqueous solution does not change, while ensuring a stable position of PCA of metals in the extractant in the middle of the reaction zone.

Таким образом, при реализации описываемого способа управления процессом насыщения экстрагента путем стабилизации положения МГК металлов в экстрагенте в пульсационной колонне проводят посредством регулирования расхода водной фазы по значению среднего давления воздуха в пульсационной камере с одновременным автоматическим поддержанием уровень экстрагента в пульсационной камере с помощью регулирования расхода сжатого воздуха.Thus, when implementing the described method of controlling the process of saturation of the extractant by stabilizing the position of the PCA of metals in the extractant in the pulsation column, it is carried out by adjusting the flow rate of the aqueous phase according to the value of the average air pressure in the pulsation chamber with simultaneous automatic maintenance of the level of the extractant in the pulsation chamber by adjusting the flow rate of compressed air ...

Функции БУ 12 и БУ 11 реализованы в промышленном контроллере радиохимического производства в виде совокупности алгоритмов программного обеспечения и технических средств промышленного контроллера (центральный процессор, модули ввода-вывода, элементы систем автоматического управления).The functions of BU 12 and BU 11 are implemented in an industrial controller of radiochemical production in the form of a set of software algorithms and technical means of an industrial controller (central processor, input-output modules, elements of automatic control systems).

По сравнению с прототипом данный способ имеет преимущества в виде увеличения производительности колонны за счет увеличения полезного сечения колонны при высоком качестве разделения и очистки.Compared with the prototype, this method has the advantages of increasing the productivity of the column by increasing the effective section of the column with high quality separation and purification.

Предложенный способ управления процессом насыщения экстрагента путем стабилизации положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте в пульсационной колонне был апробирован на радиохимическом производстве АО «Сибирский химический комбинат» и показал достаточную высокую эффективность при управлении работой экстракционных колонн.The proposed method for controlling the process of saturation of the extractant by stabilizing the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant in the pulsation column was tested at the radiochemical production of JSC Siberian Chemical Combine and showed sufficient high efficiency in controlling the operation of the extraction columns.

Claims (1)

Способ управления процессом насыщения экстрагента в экстракционной пульсационной колонне ядерно-безопасного исполнения, включающий регулирование расходов исходного водного раствора, органической фазы и положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте, отличающийся тем, что настройку положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны проводят по результатам химического анализа проб экстракта и рафината путем регулирования расхода исходного водного раствора при фиксированном заданном расходе экстрагента, затем осуществляют стабилизацию положения максимального градиента концентрации металлов в экстрагенте в средней части реакционной зоны колонны посредством регулирования расхода исходного водного раствора по среднему значению давления воздуха, подаваемого в пульсационную камеру при одновременном автоматическом поддержании уровня экстрагента в пульсационной камере посредством регулирования расхода сжатого воздуха.A method for controlling the process of saturation of an extractant in an extraction pulsation column of a nuclear-safe design, including regulating the flow rates of the initial aqueous solution, the organic phase and the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant, characterized in that the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant in the middle of the reaction zone is adjusted according to the results of chemical analysis of extract and raffinate samples by adjusting the flow rate of the initial aqueous solution at a fixed predetermined flow rate of the extractant, then stabilizing the position of the maximum gradient of the concentration of metals in the extractant in the middle of the reaction zone of the column by adjusting the flow rate of the initial aqueous solution according to the average value of the air pressure supplied to pulsation chamber while automatically maintaining the level of the extractant in the pulsation chamber by adjusting the compressed air flow.
RU2020137486A 2020-11-16 2020-11-16 Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design RU2751019C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137486A RU2751019C1 (en) 2020-11-16 2020-11-16 Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137486A RU2751019C1 (en) 2020-11-16 2020-11-16 Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751019C1 true RU2751019C1 (en) 2021-07-07

Family

ID=76820390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020137486A RU2751019C1 (en) 2020-11-16 2020-11-16 Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751019C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454741C1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Processing method of irradiated nuclear fuel of nuclear power plants
RU2481142C1 (en) * 2011-12-01 2013-05-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) Method of automatic control over fluid extraction in vibration column
EP3084773A1 (en) * 2013-12-20 2016-10-26 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for processing spent nuclear fuel comprising a step of decontaminating the uranium (vi) into at least one actinide (iv) by complexing this actinide (iv)
FR3039696B1 (en) * 2015-07-29 2017-07-28 Commissariat Energie Atomique ONE-CYCLE TREATMENT METHOD, FREE OF PLUTONIUM REDUCTIVE EXTRACTION OPERATION, OF A NITRIC AQUEOUS SOLUTION OF DISSOLUTION OF US NUCLEAR FUEL
RU2727140C1 (en) * 2020-01-28 2020-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") Irradiated nuclear fuel extraction processing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454741C1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Processing method of irradiated nuclear fuel of nuclear power plants
RU2481142C1 (en) * 2011-12-01 2013-05-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) Method of automatic control over fluid extraction in vibration column
EP3084773A1 (en) * 2013-12-20 2016-10-26 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for processing spent nuclear fuel comprising a step of decontaminating the uranium (vi) into at least one actinide (iv) by complexing this actinide (iv)
FR3039696B1 (en) * 2015-07-29 2017-07-28 Commissariat Energie Atomique ONE-CYCLE TREATMENT METHOD, FREE OF PLUTONIUM REDUCTIVE EXTRACTION OPERATION, OF A NITRIC AQUEOUS SOLUTION OF DISSOLUTION OF US NUCLEAR FUEL
RU2727140C1 (en) * 2020-01-28 2020-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") Irradiated nuclear fuel extraction processing method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.G. Goryunov et al., "Extraction Column Control System", Izvestiya Vuzov. Nuclear Energy, N1, 2009, p. 56-66. *
А.Г. Горюнов и др., "Система управления экстракционной колонной", Известия вузов. Ядерная энергетика, N1, 2009, c. 56-66. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2751019C1 (en) Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design
CN106468879B (en) A kind of liquid level-flow nonlinear area control method
CN104923411A (en) Bulk flotation yield control system and method
Nemecek et al. Longitudinal mixing in a vibrating‐sieve‐plate column two‐phase flow
CN116371149A (en) Production device for adjusting concentration of acid production by using tail gas of chlorinated paraffin through continuous method
CN114423504A (en) System and method for optimizing fermentation process
CN112007370A (en) Material concentration control system and method
SU916532A1 (en) Method for controlling dehydration of petroleum emulsion
Morgan et al. Utilization of the Smartdiver to Improve Control of Settlers, Washers and Tailings Thickeners
SU1500370A1 (en) Method of preparing slurry in slime separator including input and distributing chambers and the slime separator
Cwudziński Influence of hydrodynamic structure on mixing time of alloy additions with liquid steel in one strand tundish
JPH1066825A (en) Desulfurization control apparatus
RU2090504C1 (en) Method of controlling agitation leaching of silica-containing cake by recycled solution
SU1348299A1 (en) Method of automatic control for continuous process of aluminate solution decomposition
US2926996A (en) Reduction of aqueous solutions of chlorine dioxide by means of alkali or alkaline earth amalgam
SU929559A1 (en) Method and apparatus for automatically controlling gas absorption process
SU584871A1 (en) Method of controlling the process of suspension desliming in a hydroseparator
SU865319A1 (en) Method of automatic control of liquid extraction process in pulsating coloumn
SU1487920A1 (en) Arrangement for automatic controlling of stripping tower for separating gas mixtures with low target component content
CN110871047A (en) Low-temperature surface layer continuous reaction device and reaction method
SU981353A1 (en) Method for automatically controlling concentration of miscella in extraction apparatus with preliminary impregnation of extracted material with solvent
SU492310A1 (en) Method for automatic control of slurry desliming process in hydrocyclone
JPS56139189A (en) Concentrating method of sludge and its apparatus
SU370312A1 (en) METHOD OF REGULATING THE PERFORMANCE OF DEFIBRATOR
SU683766A1 (en) System for automatic control of recirculation production process