RU2802476C1

RU2802476C1 - Device for evaporation of radioactive solutions of rotary type

Info

Publication number: RU2802476C1
Application number: RU2022112079A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Москвин; Дмитрий Валерьевич Грачев
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2023-08-29

Abstract

FIELD: evaporation devices.

SUBSTANCE: invention relates to the evaporation of liquids in radiation-hazardous process production and laboratory facilities. Device for evaporation of radioactive solutions of rotational type includes a rotating element, a fixed vacuum outlet and a drive. The rotating element is a cylinder located inside a container with an evaporating liquid, the axis of rotation of which is located at an angle relative to the vertical. The tank has branch pipes for entering the evaporated liquid and for removing the evaporated vapours of the evaporated radioactive solution from the tank with the evaporated liquid to the refrigeration unit for condensation.

EFFECT: improved reliability and safety of the design of a rotary evaporator intended to work with liquids comprising radioactive substances.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения для радиационно-опасных технологических производств.The proposed invention relates to the field of mechanical engineering for radiation-hazardous technological production.

Актуальность решаемой технической проблемы основана на следующем. Во многих процессах на технологических производствах и лабораторных установках возникает необходимость уменьшения объема рабочих растворов путем выпаривания. Для ускорения процесса испарения жидкости широко применяются ротационные испарители. Суть работы таких устройств заключается в том, что скорость испарения прямо пропорциональна площади поверхности жидкости в месте контакта с воздушной средой и для ее увеличения применяется вращение емкости с жидкостью. Также в данных устройствах, как правило, добавляется пониженное давление внутри емкости, что также повышает скорость испарения.The relevance of the technical problem being solved is based on the following. In many processes in technological production and laboratory installations, there is a need to reduce the volume of working solutions by evaporation. Rotary evaporators are widely used to speed up the process of liquid evaporation. The essence of the operation of such devices is that the evaporation rate is directly proportional to the surface area of the liquid at the point of contact with the air, and to increase it, rotation of the container with liquid is used. Also, in these devices, as a rule, reduced pressure is added inside the container, which also increases the evaporation rate.

Однако в радиационных химических производствах, где присутствует необходимость испарения растворов, содержащих радиоактивные элементы, помимо скорости испарения также немаловажным является показатель безопасности и надежности такого оборудования.However, in radiation chemical production, where there is a need to evaporate solutions containing radioactive elements, in addition to the evaporation rate, the safety and reliability of such equipment is also important.

Из уровня техники известен ротационный испаритель (АС СССР №219287, публ. 30.05.1986), включающий вращающуюся колбу, неподвижный вакуумный отвод и привод с узлом, обеспечивающим герметическое соединение горла колбы с вакуумным отводом и компенсацию биения горла колбы, отличающийся тем, что, с целью повышения степени герметичности и компенсации биения, узел выполнен в виде шпинделя, в который помещен подпружиненный сильфон, один конец которого связан с горлом колбы при помощи трубчатого вкладыша, а другой конец - с вакуумным отводом, закрепленным при помощи съемного фланца на корпусе привода.A rotary evaporator is known from the prior art (USSR AS No. 219287, published on May 30, 1986), including a rotating flask, a stationary vacuum outlet and a drive with a unit that provides a hermetically sealed connection between the neck of the flask and the vacuum outlet and compensation for the beating of the flask neck, characterized in that, in order to increase the degree of tightness and compensate for runout, the unit is made in the form of a spindle, in which a spring-loaded bellows is placed, one end of which is connected to the neck of the flask using a tubular liner, and the other end is connected to a vacuum outlet, fixed using a removable flange on the drive housing.

Недостатками вышеописанного устройства являются: наличие внешних вращающихся частей, технически сложные уплотнительные элементы, а также отсоединение и разгерметизация в процессе эксплуатации емкости, содержащей выпариваемый раствор, что повышает риск его пролива. На радиохимических производствах и лабораторных установках, а также при работе в радиационно-защитных камерах, оснащенных копирующими манипуляторами, вышеперечисленные недостатки создают повышенную опасность возникновения аварии, связанной с выходом радиоактивных веществ за пределы технологического оборудования.The disadvantages of the above-described device are: the presence of external rotating parts, technically complex sealing elements, as well as disconnection and depressurization during operation of the container containing the evaporated solution, which increases the risk of its spillage. In radiochemical production and laboratory installations, as well as when working in radiation-protective chambers equipped with copying manipulators, the above disadvantages create an increased risk of an accident associated with the release of radioactive substances beyond the limits of the process equipment.

Задачей авторов изобретения является упрощение конструкции уплотнительных соединений, исключении внешних движущихся частей и создание устройства, не требующего разгерметизации в процессе эксплуатации.The objective of the authors of the invention is to simplify the design of sealing joints, eliminate external moving parts and create a device that does not require depressurization during operation.

Технический результат, обеспечиваемый при использовании описываемого устройства, заключается в повышении надежности и безопасности конструкции ротационного испарителя, предназначенного для работы с жидкостями, содержащими радиоактивные вещества.The technical result achieved when using the described device is to increase the reliability and safety of the design of a rotary evaporator designed to work with liquids containing radioactive substances.

Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного (прототипа) устройства «Ротационный испаритель», включающее вращающийся элемент, неподвижный вакуумный отвод и привод с узлом, обеспечивающим герметическое соединение вращающегося элемента с вакуумным отводом, согласно предлагаемому устройству, осуществляется вращение внутреннего цилиндра, погруженного в жидкость, при чем вращение производится посредством вала, проходящего через крышку корпуса аппарата с герметичным вводом вращения.The specified task and technical result are ensured by the fact that, in contrast to the known (prototype) device “Rotary evaporator”, which includes a rotating element, a stationary vacuum outlet and a drive with a unit that ensures a hermetically sealed connection of the rotating element with the vacuum outlet, according to the proposed device, rotation of the internal a cylinder immersed in a liquid, whereby rotation is carried out by a shaft passing through the cover of the apparatus housing with a sealed rotation input.

Заявляемое изобретение относится к устройству для испарения радиоактивных растворов ротационного типа, включающее вращающийся элемент, неподвижный вакуумный отвод и привод, при этом вращающийся элемент представляет собой цилиндр, расположенный внутри емкости с испаряемой жидкостью, ось вращения которого расположена под углом относительно вертикали, в емкости имеются патрубки для ввода испаряемой жидкости и для отвода испаряемых паров выпариваемого радиоактивного раствора из емкости с испаряемой жидкостью на холодильную установку для конденсации.The claimed invention relates to a device for evaporating radioactive solutions of a rotary type, including a rotating element, a stationary vacuum outlet and a drive, wherein the rotating element is a cylinder located inside a container with the evaporated liquid, the axis of rotation of which is located at an angle relative to the vertical, the container has pipes for introducing the evaporated liquid and for removing the evaporated vapors of the evaporated radioactive solution from the container with the evaporated liquid to the refrigeration unit for condensation.

Изобретение поясняется следующим образом.The invention is explained as follows.

На фиг. 1 схематично изображен вариант для реализации предлагаемого устройства, где: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - ротор; 4 - вал; 5 - герметичный ввод вращения; 6 - испаряемая жидкость; 7 - патрубок для ввода жидкости; 8 - патрубок для подключения разрежения; 9 -патрубок для слива сконцентрированной жидкости; 10 - нагреватель.In fig. 1 schematically shows an option for implementing the proposed device, where: 1 - housing; 2 - cover; 3 - rotor; 4 - shaft; 5 - sealed rotation input; 6 - evaporated liquid; 7 - pipe for introducing liquid; 8 - connection pipe for vacuum connection; 9 - pipe for draining concentrated liquid; 10 - heater.

Корпус аппарата 1 выполнен в виде полого цилиндра с соосно расположенными внутри него валом 4 и ротором 3, который также имеет цилиндрическую форму. Между ротором и корпусом имеется пространство, в котором располагается выпариваемая жидкость 6.The body of the apparatus 1 is made in the form of a hollow cylinder with a shaft 4 and a rotor 3 coaxially located inside it, which also has a cylindrical shape. Between the rotor and the housing there is a space in which the evaporated liquid 6 is located.

Ввод вала осуществлен через герметичное уплотнение 5 для герметизации внутреннего объема. В корпусе имеются следующие патрубки: 7 - для ввода жидкости; 8 - для подключения разрежения и отвода испаряемых паров; 9 - для слива сконцентрированной жидкости.The shaft is inserted through a hermetic seal 5 to seal the internal volume. The housing has the following pipes: 7 - for introducing liquid; 8 - for connecting the vacuum and removing evaporated vapors; 9 - for draining concentrated liquid.

К нижней части корпуса аппарата, которая находится в контакте с жидкостью, присоединен нагреватель 10. Нагреватель может быть как электрический, так и жидкостный, а также любого другого типа.A heater 10 is attached to the lower part of the apparatus body, which is in contact with the liquid. The heater can be either electric or liquid, as well as any other type.

Ось вращения аппарата расположена под углом к вертикали для того, чтобы жидкость в процессе выпаривания локализовалась в небольшом объеме в области сливного патрубка 9.The rotation axis of the apparatus is located at an angle to the vertical so that the liquid during the evaporation process is localized in a small volume in the area of the drain pipe 9.

Испарение производится на поверхности вращающегося ротора, которая увеличивает площадь контакта жидкости с паровой фазой. Скорость вращения подбирается исходя из типа жидкости (в зависимости от таких параметров, как вязкость, теплоемкость и др.).Evaporation occurs on the surface of the rotating rotor, which increases the area of contact between the liquid and the vapor phase. The rotation speed is selected based on the type of liquid (depending on parameters such as viscosity, heat capacity, etc.).

Патрубок 8, через который осуществляется подключение вакуумной линии (или насоса, создающего разрежение), также используется для отведения паров испаряемой жидкости. В связи с этим подключение вакуума целесообразно производить с последовательно подсоединенным холодильным аппаратом для конденсация и сбора отводимых паров.Connection 8, through which the vacuum line (or a pump creating a vacuum) is connected, is also used to remove vapors from the evaporated liquid. In this regard, it is advisable to connect the vacuum with a refrigeration unit connected in series for condensation and collection of exhaust vapors.

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства для испарения радиоактивных растворов ротационного типа, достигается новый технический результат, который в заключается в повышении надежности и безопасности конструкции ротационного испарителя, предназначенного для работы с жидкостями, содержащими радиоактивные вещества.Thus, when using the proposed device for evaporating radioactive solutions of the rotary type, a new technical result is achieved, which consists in increasing the reliability and safety of the design of a rotary evaporator designed for working with liquids containing radioactive substances.

Возможность применения предлагаемого изобретения может быть проиллюстрирована следующим примером.The possibility of using the present invention can be illustrated by the following example.

Пример 1.Example 1.

Через патрубок 7 емкость испарителя наполняется жидкостью, после чего включается нагреватель 10 и через патрубок 8 осуществляется подключение вакуума. Через вал 4 подается вращающее усилие на ротор 3 и устанавливается скорость вращения, оптимальная для данного типа жидкости (определяется по вязкости и поверхностному натяжению испаряемой жидкости). Процесс продолжается до тех пор, пока объем жидкости не достигнет минимума, заданного технологическим регламентом. После чего вращение прекращается, давление в аппарате выравнивается с атмосферным и осуществляется слив сконцентрированной жидкости через патрубок 9. После этого в аппарат подается следующая порция жидкости и процесс повторяется. При необходимости между порциями выпариваемой жидкости может быть произведен обмыв внутренних поверхностей аппарата дистиллированной водой или любой другой жидкостью, которую потребует технологический регламент.Through pipe 7, the evaporator container is filled with liquid, after which heater 10 is turned on and vacuum is connected through pipe 8. Through shaft 4, a rotating force is applied to rotor 3 and the rotation speed is set that is optimal for a given type of liquid (determined by the viscosity and surface tension of the evaporated liquid). The process continues until the volume of liquid reaches the minimum specified by the technological regulations. After which the rotation stops, the pressure in the apparatus is equalized with atmospheric pressure and the concentrated liquid is drained through pipe 9. After this, the next portion of liquid is supplied to the apparatus and the process is repeated. If necessary, between portions of the evaporated liquid, the internal surfaces of the apparatus can be washed with distilled water or any other liquid required by the technological regulations.

Пример 2.Example 2.

При необходимости полной замены растворителя в жидкости, или в случае, когда растворенное вещество необходимо перевести в раствор с точно заданным составом, можно провести процесс выпаривания по примеру 1 с тем отличием, что процесс продолжается до полного испарения жидкости, а сухие соли смываются с внутренних поверхностей аппарата добавлением другого растворителя с заданным составом.If it is necessary to completely replace the solvent in a liquid, or in the case when a dissolved substance needs to be transferred into a solution with a precisely specified composition, the evaporation process can be carried out according to example 1 with the difference that the process continues until the liquid has completely evaporated, and dry salts are washed off from the internal surfaces apparatus by adding another solvent with a given composition.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достигнуть заявленного технического результата, заключающегося в повышении надежности и безопасности конструкции ротационного испарителя, предназначенного для работы с жидкостями, содержащими радиоактивные вещества.Thus, the use of the proposed method makes it possible to achieve the stated technical result, which consists in increasing the reliability and safety of the design of a rotary evaporator intended for working with liquids containing radioactive substances.

Claims

A device for evaporating radioactive solutions of a rotary type, including a rotating element, a stationary vacuum outlet and a drive, characterized in that the rotating element is a cylinder located inside a container with the evaporated liquid, the axis of rotation of which is located at an angle relative to the vertical; the container has pipes for input evaporated liquid and for removing evaporated vapors of the evaporated radioactive solution from the container with the evaporated liquid to the refrigeration unit for condensation.