Sovach, V. P.

Ushakov, A. A.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

22 ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕБЕР В ВЕРТИКАЛЬНЫХ  ПОГРУЖНЫХ ЕМКОСТЯХ НА ДИНАМИКУ ДЕСУБЛИМАЦИИ  ГЕКСАФТОРИДА УРАНА Верлинский М.В.1, Шинкевич Р.А.1, Малюгин Р.В.2 Научный руководитель: Орлов А.А.1, д.т.н., профессор 1Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30 2Тюменское отделение СургутНИПИнефть Публичное акционерное общество Сургутнефтегаз, 625003, г. Тюмень, ул. Розы Люксембург,12 E-mail: orlovaa@tpu.ru Процесс десублимации UF6 является неотъемлемой частью технологии обогащения урана. На разделительных производствах выходящие потоки UF6, обедненные и обогащенные по изотопу 235U, подаются на участок конденсационно-испарительных установок, где десублимируются в вертикальные погружные емкости без оребрения, с вертикальным или горизонтальным оребрением. На практике наибольшее распространение получил способ десублимации UF6 в вертикальные погружные емкости с вертикальным оребрением. Внутреннее оребрение увеличивает площадь теплообменной поверхности, как следствие увеличивает производительность емкости. Для исследования влияния размеров вертикальных ребер на динамику десублимации UF6 в вертикальных погружных емкостях использовалась математическая модель [1]. Расчеты проводились для вертикальных погружных емкостей объемом 1,0…4,0 м3 с шагом 0,5 м3. Все емкости имели по 12 осесимметрично расположенных ребер. Толщина стенок емкости 8∙10-3 м, толщина ребер 4∙10-3 м. Определение оптимальной ширины и максимальной длины ребер проводили на основе критерия обеспечения максимальной средней производительности емкости при ее заполнении до 70% свободного объема. Найденные оптимальные значения размеров вертикальных ребер представлены в таблице 1. Таблица 1. Оптимальные значения ширины и длины вертикальных ребер емкостей различных объемов V, м3 Lопт, м dопт, м dопт/R q, кг/час 1,0 1,132 0,317 0,7044 19,363 1,5 1,412 0,355 0,7100 25,565 2,0 1,564 0,391 0,7109 30,286 2,5 1,604 0,427 0,7117 33,627 3,0 1,622 0,462 0,7108 36,643 3,5 1,582 0,497 0,7100 38,806 4,0 1,542 0,532 0,7093 40,925 где V – объем емкости, Lопт – оптимальная длина вертикальных ребер, dопт – оптимальная ширина вертикальных ребер, R – внутренний радиус емкости, q – средняя производительность емкости. Показано, что при увеличении объема емкостей от 1,0 до 4,0 м3 средняя производительность увеличивается примерно в 2 раза, оптимальная ширина ребер увеличивается на 68%. Наибольшая средняя производительность наблюдается при максимальной длине ребер. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Орлов А.А., Цимбалюк А.Ф., Малюгин Р.В. Десублимация UF6 в емкостях с вертикальным оребрением // Теоретические основы химической технологии. – 2020. – Т. 54. - № 1. – С. 52-61.  MODELING OF FILLING GAS CENTRIFUGE CASCADE FOR NICKEL ISOTOPE SEPARATION BY FEED FLOW INPUT TO DIFFERENT STAGES Ushakov A.A.1, Sovach V.P.1 Scientific supervisior : Orlov A.A.2, DTSc., Professor 1Joint Stock Company "Production Association Electrochemical Plant", Zelenogorsk,  st. First industrial, 1, 663690 2Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050 E-mail: ushakovaa2015@sibmail.com During the operation of gas centrifuge (GC) cascade for the multicomponent isotope mixture (MCIM) separation there are nonstationary hydraulic and separation processes. It is necessary to ensure safety of the equipment and to minimize losses of cascade productivity during nonstationary processes. In this regard, actual task is full-scale research of nonstationary processes. It is advisable to study the nonstationary processes by mathematical modeling. Known mathematical models describe nonstationary hydraulic processes for only long cascade and nonstationary separation processes in the case of stationary hydraulic parameters of cascade. For elimination of these disadvantages we had developed the mathematical model of nonstationary hydraulic and 23 separation processes occurring in GC cascade for the MCIM separation. Earlier we had done verification of developed mathematical model as an example silicon and germanium isotope separation. Isotope separation mode in GC cascade is preceded by its filling with process gas. So far a modeling of filling cascade was not carried out.  The results of research filling GC cascade for nickel isotope separation by feed flow input to different stages is shown in this article. According to analysis of research results nickel isotope concentrations on light and heavy fraction flows after filling cascade depend on feed stage number. The research have indicated that there is optimal feed stage number for each nickel isotope when isotope concentration in light or heavy fraction flows of cascade takes on maximal value after filling cascade with process gas. Feed stage number optimization lets to decrease duration of further nonstationary process of cascade start-up (establishment of stationary isotope concentrations).  СВОЙСТВА ИЗОТОПНОЙ СМЕСИ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ Ушаков А.А.1 Научный руководитель: Орлов А.А.2, д.т.н., профессор 1Акционерное общество «Производственное объединение «Электрохимический завод», 663690, г. Зеленогорск Красноярского края, ул. Первая промышленная, 1 2Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: ushakovaa2015@sibmail.com Для использования в полной мере свойств нужного (целевого) изотопа необходимо осуществить процесс разделения изотопной смеси, состоящей из изотопов одного химического элемента. Одной из основных характеристик изотопного состава является концентрация целевого изотопа. При этом в некоторых случаях также имеет значение концентрация других изотопов смеси. Например, в международном научном проекте GERDA использовался германий, к изотопному составу которого предъявлялись следующие требования: 76Ge – не менее 86%, 70Ge – не более 0,01%. Помимо этого, особым требованиям по изотопному составу отвечал поликристаллический кремний, который использовался в международных научных проектах «Килограмм-2» и «Килограмм-3» для уточнения числа Авогадро и создания нового прототипа эталона массы (килограмма). Используемый в проекте кремний содержал изотоп Si-28 с концентрацией не менее 99,997%, а относительное содержание изотопов Si-29 к Si-30 не превышало 5. Исходя из этого, ценность получаемого в результате проведения разделительного процесса изотопно-модифицированного вещества (изотопной смеси) в достаточной мере не может быть описана только концентрацией целевого изотопа. Для смеси, состоящей из двух компонентов (изотопов), в теории и практике разделения используется понятие потенциала разделения, который в свою очередь является функцией от концентрации одного из компонентов смеси. Потенциал разделения используется для определения ценности получаемой в процессе разделения двухкомпонентной изотопной смеси косвенным путем в результате определения затрат работы разделения оборудования в единицах работы разделения. Для смеси, которая состоит из более чем двух компонентов, предложены различные формулировки и способы расчета потенциала разделения. Однако все они носят частный характер, ни один из предложенных вариантов потенциала разделения многокомпонентной изотопной смеси не является общепризнанным и не может быть использован для оценки затрат работы разделения оборудования и определения ценности получаемой многокомпонентной изотопной смеси. В данной работе рассмотрены свойства многокомпонентной изотопной смеси, предложены оригинальные p-параметр и d-параметр, с помощью которых можно определить ее ценность, а также рассмотрено изменение свойств изотопной смеси в разделительном элементе. Показано, что для моноизотопной смеси, когда концентрация одного из изотопов близка к 100%, величины предложенных параметров близки к нулю и в процессе разделения также не происходит их изменение (эффект разделения близок к нулю). Для изотопной смеси с симметричным составом, когда имеют место равные друг относительно друга концентрации компонентов, массовые числа которых отличаются от средневзвешенное массового числа смеси на одно и то же значение по модулю, d-параметр принимает максимальное значение. При пропускании такой изотопной смеси через разделительный элемент достигается максимальное изменение концентраций компонентов смеси. Результаты исследований могут быть использованы для дальнейшего изучения закономерностей изменения состава изотопной смеси в разделительном каскаде.  РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ ГЕРМАНИЯ В КАСКАДЕ ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ Шинкевич Р.А., Орлов А.А. Томский политехнический университет, 634034, г. Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: ShinkevichRA@yandex.ru 

Modeling of filling gas centrifuge cascade for nickel isotope separation by feed flow input to different stages

http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/63974/1/conference_tpu-2020-C84_p22-23.pdf

Modeling of filling gas centrifuge cascade for nickel isotope separation by feed flow input to different stages

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University