RU52246U1

RU52246U1 - DEVICE FOR CLEANING NITRATE FROM FUEL PRODUCTS

Info

Publication number: RU52246U1
Application number: RU2005125900/22U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Арсеенков; Александр Юрьевич Вахрушин; Татьяна Александровна Малышева; Вадим Петрович Савенко
Original assignee: Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority date: 2005-08-15
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2006-03-10

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к аппаратам для массообменных противоточных непрерывных процессов между твердой и жидкой фазами, таких как промывка, выщелачивание, растворение и может быть использована в радиохимической, химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. С наибольшим эффектом полезная модель может быть использована для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления путем кристаллизации. Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности работы устройства при проведения непрерывного технологического процесса, путем ликвидации «поршневого режима» и интенсификации процесса отмывки кристаллов от продуктов деления. Для решения поставленной задачи устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления содержит кристаллизатор, выполненный в виде вертикальной трубы с наружним охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила в верхней части, внутри кристаллизатора установлена лопасная мешалка, нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне и закреплена в отверстии ее крышки, крышка снабжена штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором, нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек, верхняя часть наклоной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне, при этом с наружной стороны наклонная труба снабжена двумя вертикальными цилиндрическими камерами для подвода пульсации, расположенными в ее нижней и средней частях.The proposed utility model relates to apparatuses for mass transfer countercurrent continuous processes between solid and liquid phases, such as washing, leaching, dissolution, and can be used in radiochemical, chemical, hydrometallurgical, and other industries. With the greatest effect, the utility model can be used for continuous purification of uranyl nitrate from fission products by crystallization. The technical problem to which the proposed utility model is aimed is to increase the reliability of the device during a continuous process by eliminating the "piston mode" and intensifying the process of washing crystals from fission products. To solve the problem, a device for cleaning uranyl nitrate from fission products contains a crystallizer made in the form of a vertical pipe with external cooling, equipped with a nozzle for supplying a uranyl nitrate solution in the upper part, a hazardous stirrer is installed inside the crystallizer, the lower part of the crystallizer is mounted coaxially in the washing column and fixed in the opening of its cover, the cover is equipped with a fitting for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions connected to a water lock, bottom The nascent part of the washing column is connected at an angle to the inclined pipe, inside which the screw is installed, the upper part of the inclined pipe is equipped with a nozzle for unloading the dried crystals of uranyl nitrate hexahydrate and a nozzle for supplying the washing solution, and the nozzle for unloading the dried crystals is placed above the nozzle for supplying the washing solution, and the nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate, the nozzle for supplying a washing solution and a water seal are located at the same level, while on the outside the inclined pipe is equipped with two verticals cylindrical chambers for supplying pulsations located in its lower and middle parts.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к аппаратам для массообменных противоточных непрерывных процессов между твердой и жидкой фазами, таких как промывка, выщелачивание, растворение и может быть использована в радиохимической, химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. С наибольшим эффектом полезная модель может быть использована для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления путем кристаллизации.The proposed utility model relates to apparatuses for mass transfer countercurrent continuous processes between solid and liquid phases, such as washing, leaching, dissolution, and can be used in radiochemical, chemical, hydrometallurgical, and other industries. With the greatest effect, the utility model can be used for continuous purification of uranyl nitrate from fission products by crystallization.

Известен кристаллизатор (патент Японии №7140294, G 21 C 19/46) для осуществления непрерывной кристаллизации растворов ядерного топлива и процессов кристаллизационной очистки U и Рu. Кристаллизатор содержит наружную трубу, установленную горизонтально или наклонно, в ней размещена внутренняя труба, вращаемая приводом. На периферии внутренней трубы размещены направляющие лопатки, наружняя труба снабжена патрубками подачи раствора нитрата уранила, кислоты, хладоагента и вывода маточника и кристаллов гексагидрата нитрата уранила. Раствор нитрата уранила охлаждают в межтрубном пространстве с образованием кристаллов и ильных отложений, содержащих и кристаллы. Кристаллы и маточный раствор выводят через отдельные отверстия, при этом имеет место захват маточника кристаллами.A known crystallizer (Japanese patent No. 7140294, G 21 C 19/46) for the continuous crystallization of nuclear fuel solutions and crystallization processes of U and Pu. The mold contains an outer pipe mounted horizontally or obliquely, it houses an inner pipe rotated by the drive. Guide vanes are located on the periphery of the inner tube, the outer tube is equipped with nozzles for supplying a solution of uranyl nitrate, acid, refrigerant and withdrawal of the mother liquor and crystals of uranyl nitrate hexahydrate. The solution of uranyl nitrate is cooled in the annulus with the formation of crystals and silt deposits containing crystals. The crystals and the mother liquor are removed through separate openings, while the mother liquor is captured by crystals.

К недостаткам этого кристаллизатора следует отнести малую надежность в работе из-за трудности защиты сальников, находящихся в зоне кристаллизации, что приводит к необходимости проведения операций, опасных для обслуживающего персонала. Отсутствие промывки кристаллов приводит к низкой степени очистки от продуктов деления и потребности в дополнительном холодильном оборудовании.The disadvantages of this mold should include low reliability due to the difficulty of protecting the seals located in the crystallization zone, which leads to the need for operations that are dangerous for maintenance personnel. The absence of crystal washing leads to a low degree of purification from fission products and the need for additional refrigeration equipment.

Известно устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления, выбранное за прототип (патент РФ №2244966, G 21 C 19/46).A device for the purification of uranyl nitrate from fission products, selected for the prototype (RF patent No. 22494966, G 21 C 19/46).

Это устройство содержит кристаллизатор, выполненный в виде вертикальной трубы с наружним охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила в верхней части. Внутри кристаллизатора установлена лопасная мешалка. Нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне и This device contains a crystallizer made in the form of a vertical pipe with external cooling, equipped with a nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate in the upper part. A hazardous mixer is installed inside the mold. The bottom of the mold is mounted coaxially in the wash column and

закреплена в отверстии ее крышки. Крышка снабжена штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов. Штуцер соединен с гидрозатвором. Нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек. Верхняя часть наклонной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне.fixed in the hole of its cover. The cover is equipped with a fitting for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions. The fitting is connected to a water lock. The lower part of the washing column is connected at an angle with an inclined pipe, inside which a screw is installed. The upper part of the inclined pipe is equipped with a nozzle for unloading the dried crystals of uranyl nitrate hexahydrate and a nozzle for supplying a washing solution, with a nozzle for unloading the dried crystals being placed above the nozzle for supplying a washing solution, and a nozzle for supplying a solution of uranium nitride, a nozzle for supplying a washing solution and a water trap are placed on one level.

К недостаткам этого устройства следует отнести малую надежность в работе, и недостаточную отмывку кристаллов от продуктов деления.The disadvantages of this device include low reliability, and insufficient washing of crystals from fission products.

При эксплуатации выявлен основной недостаток - «поршневой режим», который превращает непрерывный технологический процес в переодический. Суть «поршневого режима» заключается в том, что кристаллы при подъеме полностью заполняют межвитковое пространство шнека, слеживаются и герметизируют сечение трубы шнека. Это приводит к тому, что промывной раствор не проходит вниз и не промывает навстречу движущиеся кристаллы, а меняет направление, движется вместе с кристаллами в штуцер выгрузки и при этом начинает «высасывать» кристаллизационную зону- понижается уровень налива в последней, сокращается высота кристаллизации, нарушается гидростатика и гидродинамика в аппарате, что приводит к вынужденой остановке технологического процесса-прекращается подача исходного и промывного растворов. Для ликвидации «поршневого режима» нагревают зону шнековой выгрузки, кристаллы расплавляют, что приводит к разгерметизации сечения шнека и восстановлению гидростатики в аппарате по уровню гидрозатвора и только после этого вновь можно начинать технологический процесс по очистке нитрата уранила.During operation, the main drawback was identified - the "piston mode", which turns a continuous process into a batch process. The essence of the "piston mode" is that the crystals when lifting completely fill the inter-turn space of the screw, caking and sealing the cross section of the screw pipe. This leads to the fact that the washing solution does not go down and does not wash towards moving crystals, but changes direction, moves with the crystals into the discharge nipple and at the same time starts to “suck out” the crystallization zone — the level of filling in the latter decreases, the crystallization height is reduced, and hydrostatics and hydrodynamics in the apparatus, which leads to a forced shutdown of the process — the supply of the initial and washing solutions is stopped. To eliminate the “piston mode”, the auger discharge zone is heated, the crystals are melted, which leads to depressurization of the screw cross section and restoration of hydrostatics in the apparatus according to the level of the water seal and only then can the process of cleaning uranyl nitrate be started again.

Также было установлено, что движущиеся вверх слежавшиеся кристаллы не достаточно полно промываются поступающим навстречу промывным раствором.It was also found that caking crystals moving upwards are not washed completely enough by the washing solution coming in the opposite direction.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности работы устройства при проведения непрерывного технологического процесса, путем ликвидации «поршневого режима» и интенсификации процесса отмывки кристаллов от продуктов деления.The technical problem to which the proposed utility model is aimed is to increase the reliability of the device during a continuous process by eliminating the "piston mode" and intensifying the process of washing crystals from fission products.

Для решения поставленной задачи устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления содержит кристаллизатор, выполненный в виде вертикальной To solve this problem, a device for cleaning uranyl nitrate from fission products contains a crystallizer made in the form of a vertical

трубы с наружним охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила в верхней части, внутри кристаллизатора установлена лопасная мешалка, нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне и закреплена в отверстии ее крышки, крышка снабжена штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором, нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек, верхняя часть наклоной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне, при этом с наружной стороны наклонная труба снабжена двумя вертикальными цилиндрическими камерами для подвода пульсаций, расположенными в ее нижней и средней частях.pipes with external cooling, equipped with a nozzle for supplying uranyl nitrate solution in the upper part, a hazardous stirrer is installed inside the mold, the bottom of the mold is installed coaxially in the washing column and fixed in the opening of its cover, the lid is equipped with a fitting for joint withdrawal of the mother and spent washing solutions connected to water seal, the lower part of the washing column is connected at an angle with the inclined pipe, inside which the screw is installed, the upper part of the inclined pipe is equipped with a fitting for I unloading the dried crystals of uranyl nitrate hexahydrate and a nozzle for supplying a washing solution, and the nozzle for unloading the dried crystals is placed above the nozzle for supplying a washing solution, and the nozzle for supplying a solution of uranyl nitride, the nozzle for supplying a washing solution and a water seal are located at the same level as the outside side inclined pipe is equipped with two vertical cylindrical chambers for supplying pulsations located in its lower and middle parts.

В частном варианте расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в нижней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 20-24 диаметрам наклонной трубы, а расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в средней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 10-12 диаметрам наклонной трубы.In a particular embodiment, the distance between the vertical cylindrical chamber located in the lower part of the inclined pipe and the wash solution supply nozzle is 20-24 diameters of the inclined pipe, and the distance between the vertical cylindrical chamber located in the middle of the inclined pipe and the wash solution supply nozzle is 10 -12 diameters of the inclined pipe.

В другом частном варианте вертикальные цилиндрические камеры выполнены с разными площадями сечений.In another particular embodiment, the vertical cylindrical chambers are made with different cross-sectional areas.

В другом частном варианте площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в нижней части наклонной трубы, составляет 0,15-0,25 площади сечения наклонной трубы, а площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в средней части наклонной трубы составляет 0,1-0,15 площади сечения наклонной трубы.In another particular embodiment, the cross-sectional area of the vertical cylindrical chamber located in the lower part of the inclined pipe is 0.15-0.25 of the cross-sectional area of the inclined pipe, and the cross-sectional area of the vertical cylindrical chamber located in the middle of the inclined pipe is 0.1-0, 15 cross-sectional areas of an inclined pipe.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на фигуре, где схематически представлен вертикальный разрез устройства.The essence of the proposed utility model is illustrated in the figure, which schematically shows a vertical section of the device.

Устройство содержит кристаллизатор 1, расположенный вертикально, с наружным охлаждением 2, выполненный в виде трубы 3, со штуцером подачи раствора нитрата уранила 4, расположеннном в верхней части. Внутри трубы установлена лопасная мешалка 5. Нижняя часть трубы кристаллизатора размещена в промывочной колонне б и закреплена в отверстии крышки 7 промывочной колонны The device comprises a crystallizer 1 located vertically, with external cooling 2, made in the form of a pipe 3, with a fitting for supplying a solution of uranyl nitrate 4 located in the upper part. A hazardous mixer 5 is installed inside the pipe. The lower part of the mold pipe is placed in the washing column b and is fixed in the hole of the cover 7 of the washing column

соосно с последней. Крышка снабжена штуцером 8 для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором 9. Промывочная колонна в нижней части соединена под углом с наклон ной трубой 10, внутри которой установлен шнек 11. Верхняя часть наклоной трубы снабжена штуцером 12 для выгрузки отделенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером 13 для подачи промывного раствора. Штуцер для выгрузки кристаллов, отделенных от промывного раствора, размещен выше штуцера подачи промывного раствора. Штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне. Штуцер для выгрузки кристаллов соединен с двумя попеременно работающими обогреваемыми приемно-выдачными емкостями 14. Наклонная труба с наружной стороны снабжена двумя вертикальными цилиндрическими камерами 15 и 16 для подвода пульсаций, расположенными в ее нижней и средней частях соответственно. Расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в нижней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 20-24 диаметрам наклонной трубы, а расстояние между вертикальной цилиндрической камерой, расположенной в средней части наклонной трубы, и штуцером подачи промывного раствора равно 10-12 диаметрам наклонной трубы. Площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в нижней части наклонной трубы, составляет 0,15-0,25 площади сечения наклонной трубы, а площадь сечения вертикальной цилиндрической камеры, расположенной в средней части наклонной трубы составляет 0,1-0,15 площади сечения наклонной трубы.coaxially with the latter. The lid is equipped with a nozzle 8 for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions connected to the hydraulic lock 9. The washing column in the lower part is connected at an angle to the inclined pipe 10, inside which the screw 11 is installed. The upper part of the inclined pipe is equipped with a fitting 12 for unloading the separated hexahydrate crystals uranyl nitrate and fitting 13 for supplying a washing solution. A nozzle for discharging crystals separated from the wash solution is located above the nozzle for supplying the wash solution. The nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate, the nozzle for supplying a washing solution and a water seal are located at the same level. The fitting for unloading crystals is connected to two alternately working heated receiving and dispensing tanks 14. The inclined pipe from the outside is equipped with two vertical cylindrical chambers 15 and 16 for supplying pulsations located in its lower and middle parts, respectively. The distance between the vertical cylindrical chamber located in the lower part of the inclined pipe and the nozzle for supplying the washing solution is 20-24 diameters of the inclined pipe, and the distance between the vertical cylindrical chamber located in the middle of the inclined pipe and the nozzle for supplying the washing solution is 10-12 diameters inclined pipe. The cross-sectional area of the vertical cylindrical chamber located in the lower part of the inclined pipe is 0.15-0.25 of the cross-sectional area of the inclined pipe, and the cross-sectional area of the vertical cylindrical chamber located in the middle of the inclined pipe is 0.1-0.15 of the cross-sectional area pipes.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Раствор после выпаривания до концентрации по урану 800-1300 г/л и по азотной кислоте 0,5-3 моль/л непрерывно подают через штуцер питания 4 в трубу 3 кристаллизатора 1, с наружним охлаждением 2, в котором при постоянном перемешивании лопастной мешалкой 5 охлаждают до температуры 15-30°С. Образующиеся кристаллы гексагидрата нитрата уранила попутно с маточным раствором движутся вниз, и в точке выхода из кристаллизатора происходит их отделение от маточного раствора. Кристаллы под действием сил гравитации продолжают движение вниз в соосную кристаллизатору промывочную колонну 6, через отверстие ее крышки 7, пройдя которую, собираются в ее нижней части, из которой непрерывно выгружаются шнеком 11 через штуцер выгрузки 12 в обогреваемую приемно-выдачную емкость 14. Собранные кристаллы в этой емкости After evaporation to a concentration of uranium 800–1300 g / l and nitric acid, 0.5–3 mol / l is continuously fed through the supply nozzle 4 into the tube 3 of the mold 1, with external cooling 2, in which with constant stirring with a paddle mixer 5 cooled to a temperature of 15-30 ° C. The resulting crystals of uranyl nitrate hexahydrate along the way with the mother liquor move down, and at the exit point from the crystallizer they are separated from the mother liquor. The crystals, under the influence of gravitational forces, continue to move downward into the washing column 6, coaxial to the mold, through the opening of its cover 7, passing through which, they are collected in its lower part, from which they are continuously discharged by the screw 11 through the unloading nipple 12 into the heated receiving and dispensing tank 14. Collected crystals in this tank

после их нагрева до температуры выше 60°С подают на следующую ступень кристаллизации. Промывной раствор непрерывно подают через верхний штуцер 13 наклонной трубы 10 и он движется в нижнюю часть промывочной колоны противотоком к поднимающимся шнеком кристаллам. По достижению промывной зоны промраствор поднимается вверх противотоком к падющим кристаллам, далее он на выходе из промывной зоны встречается с маточным раствором, увлекает последний за собой и выходит через штуцер 8 крышки провочной колонны и гидрозатвор 9 из процесса. Наложение пульсации к вертикальным цилиндрическим камерам 15 и 16 способствует псевдоожижению кристаллов в шнеке, это не дает им слеживаться и, следовательно, исключает «поршневой режим», а также способствует лучшему контактированию кристаллов с промывным раствором, что увеличивает степень их отмывки от продуктов деления. За счет изменения интенсивности пульсации подбирают наилучший режим псевдоожижения кристаллов, варьируя изменением частоты и амплитуды. Интенсивность пульсации {I, мм/мин} есть произведение {f, 1/мин} на размах колебаний {2А, мм}after they are heated to a temperature above 60 ° C, they are fed to the next crystallization stage. The washing solution is continuously fed through the upper nozzle 13 of the inclined pipe 10 and it moves to the lower part of the washing column countercurrent to the crystals rising by the screw. Upon reaching the wash zone, the promo solution rises countercurrent to the falling crystals, then it meets the mother liquor at the outlet of the wash zone, entrains the latter behind itself and exits through the nozzle 8 of the cover of the wire string and the water trap 9 from the process. The application of pulsation to the vertical cylindrical chambers 15 and 16 promotes fluidization of the crystals in the screw, this prevents them from caking and, therefore, eliminates the “piston mode”, and also contributes to better contact of the crystals with the washing solution, which increases the degree of their washing from fission products. By changing the intensity of the pulsation, the best regime of fluidization of the crystals is selected, varying by changing the frequency and amplitude. The ripple intensity {I, mm / min} is the product {f, 1 / min} by the amplitude of the oscillations {2A, mm}

Таким образом, повышается надежность работы устройства при проведении непрерывного технологического процесса, ликвидируется «поршневой режим» и увеличивается степень отмывки кристаллов, что в целом ведет к интенсификации всего процесса очистки нитрата уранила от продуктов деления.Thus, the reliability of the operation of the device during a continuous technological process increases, the “piston mode” is eliminated and the degree of washing of crystals increases, which generally leads to an intensification of the entire process of purification of uranyl nitrate from fission products.

Claims

1. A device for purifying uranyl nitrate from fission products, containing a crystallizer made in the form of a vertical pipe with external cooling, equipped with a nozzle for supplying a uranyl nitrate solution in the upper part, a hazardous stirrer is installed inside the crystallizer, the lower part of the crystallizer is mounted coaxially in the washing column and fixed in the openings of its cover, the cover is equipped with a fitting for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions connected to a water seal, the lower part of the washing columns It is connected at an angle to the inclined pipe, inside which the screw is installed, the upper part of the inclined pipe is equipped with a nozzle for unloading the dried crystals of uranyl nitrate hexahydrate and a nozzle for supplying the washing solution, the nozzle for unloading the dried crystals being placed above the nozzle for supplying the washing solution, and the nozzle for supplying the solution uranyl nitrate, a nozzle for supplying a washing solution and a water seal are located at the same level, characterized in that on the outside the inclined pipe is equipped with two vertical cylinders matic camera to supply ripple, located in the lower and middle parts.

2. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the vertical cylindrical chamber located in the lower part of the inclined pipe and the nozzle for supplying the washing solution is equal to 20-24 diameters of the inclined pipe, and the distance between the vertical cylindrical chamber located in the middle of the inclined pipe pipe, and the nozzle for supplying the washing solution is equal to 10-12 diameters of the inclined pipe.

3. The device according to claim 1, characterized in that the vertical cylindrical chambers are made with different cross-sectional areas.

4. The device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the vertical cylindrical chamber located in the lower part of the inclined pipe is 0.15-0.25 of the cross-sectional area of the inclined pipe, and the cross-sectional area of the vertical cylindrical chamber located in the middle of the inclined pipe pipe, is 0.1-0.15 of the cross-sectional area of the inclined pipe.