[go: up one dir, main page]

RU2655347C1 - Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси - Google Patents

Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси Download PDF

Info

Publication number
RU2655347C1
RU2655347C1 RU2016126331A RU2016126331A RU2655347C1 RU 2655347 C1 RU2655347 C1 RU 2655347C1 RU 2016126331 A RU2016126331 A RU 2016126331A RU 2016126331 A RU2016126331 A RU 2016126331A RU 2655347 C1 RU2655347 C1 RU 2655347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas mixture
air
branch pipe
vessel
simulator
Prior art date
Application number
RU2016126331A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016126331A (ru
Inventor
Сергей Михайлович Губанов
Алексей Юрьевич Крайнов
Андрей Александрович Картавых
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority to RU2016126331A priority Critical patent/RU2655347C1/ru
Publication of RU2016126331A publication Critical patent/RU2016126331A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2655347C1 publication Critical patent/RU2655347C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D7/00Sublimation
    • B01D7/02Crystallisation directly from the vapour phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G43/00Compounds of uranium
    • C01G43/04Halides of uranium
    • C01G43/06Fluorides
    • C01G43/063Hexafluoride (UF6)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

Изобретение относится к моделированию сложных технологических процессов, протекающих, например, при очистке гексафторида урана от летучих компонент. При использовании в производственных целях установка может быть использована при очистке гексафторида урана от легколетучих примесей, для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств. Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси содержит теплоизолированный сосуд охлаждения (5), который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом и в котором размещена осадительная ёмкость (3), снабженная патрубком подачи газовой смеси (9) и отсосным патрубком (10), соединённым с системой откачки (8) и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов (7). Сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником (4), выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами (2) с воздушно-холодильной машиной ВХМ (1) для подачи холодного воздуха. Патрубок подачи газовой смеси (9) дополнительно оборудован патрубком подачи имитатора газовой смеси (13), соединенным с мерной емкостью (6). Имитатор газовой смеси представляет собой газовую смесь известной концентрации. Воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха (12) для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости. Технический результат: нахождение оптимальных технологических параметров десублимации, расширение функциональных возможностей конденсационно-испарительной установки, упрощение и удешевление технологического процесса. 4 ил.

Description

Изобретение относится к моделированию сложных технологических процессов, протекающих, например, при очистке гексафторида урана от экологически опасных летучих компонент. Получаемые на стенде экспериментальные данные могут быть использованы для моделирования газодинамических процессов течения хладоносителя (охлажденного воздуха), процессов теплообмена воздуха со стенками емкости, тепло- и массообмена при конденсации газа в емкостях, построения математической модели тепло- и массообменных процессов при десублимации компонентов газовой смеси и т.п. При использовании в производственных целях установка может быть использована при очистке гексафторида урана от легколетучих примесей, для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств.
В технологии получения обогащенного по U235 гексафторида урана существуют достаточно жесткие ограничения на содержание легких летучих примесей (компоненты воздуха, F2, HF, гексафториды молибдена и вольфрама и др.) в сырьевом и в товарном продукте. Суммарное содержание примесей в сырьевом ГФУ не должно превышать 0,05 мас.%. Примеси негативно сказываются на работе газоразделительного оборудования, влияя на его долговечность и качество товарного продукта.
Известна установка для очистки гексафторида урана от легколетучих примесей по патенту RU 2472710 (2013 г.). Газовую смесь, содержащую гексафторид урана, переводят в жидкое состояние с специальном контейнере, жидкий гексафторид урана при температуре 80÷100°С выдерживают в этом контейнере в течение времени, достаточного для сосредоточения легколетучих примесей в поверхностном слое жидкости и формирования в нижних слоях очищенного гексафторида урана, после чего очищенный гексафторид урана переливают в другой контейнер. Недостатком установки и способа, который на ней реализуется, является длительность процесса, недостаточная степень очистки, при которой часть продукта остается загрязненной, а токсичные примеси сложно утилизировать.
Известна конденсационно-испарительная установка КИУ К-09 [1]. Система К-09, предназначенная для конденсации примесей производства, представляет собой сложную конфигурацию технологических линий, скомпонованных в установку по признаку использования криогенной температуры хладоносителя.
Известная установка представляет собой разветвленную централизованную сеть коммуникаций и емкостей. Конденсация осуществляется в емкостях объемом 24 литра, охлаждаемых жидким азотом. Система охлаждения емкостей децентрализованная. Заправка азота в индивидуальный сосуд охлаждения (дьюар), имеющий экранно-вакуумную изоляцию, производится вручную. Всего в составе установки 64 емкости. В работе постоянно находится до 18 емкостей. Осадители V=24 л (черт. Т-3924-00), являющиеся элементами отсосной системы, устанавливаются в стационарные дьюары и охлаждаются до температуры минус 196°С жидким азотом, который заливается из переносных дьюаров. Уровень жидкого азота при работе осадителей поддерживается не ниже 1/3 высоты емкости.
Для эксплуатации системы функционирует производство по получению и хранению жидкого азота. Суточный расход жидкого азота до 2000 кг. Годовое потребление жидкого азота составляет 547500 кг. Потери при транспортировке, хранении и переливах жидкого азота составляют около 15%, что приводит к существенным финансовым затратам.
Применение жидкого азота в качестве холодоносителя энергетически и материально затратно. В пересчете на тепловые затраты потребление азота для работы установки эквивалентно 2528 ккал/ч. Такое количество тепловой энергии можно отвести с применением холодного воздуха, вырабатываемого воздушно-холодильной машиной ВХМ-0,54/0,6 (производительность 5000 ккал/ч с рабочей температурой 133 К). При этом эксплуатационные затраты при генерации холода в несколько раз ниже, чем при использовании сжиженных газов (выбрано за прототип).
Аналог описан в рабочей инструкции по эксплуатации конденсационно-испарительных установок КИУ К-09. Сибирский химический комбинат. 1998. 168 л.
Технической задачей является расширение функциональных возможностей десублиматора, упрощение и удешевление технологического процесса.
Задача решается новой конструкцией стенда для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси. Стенд, как и прототип, содержит теплоизолированный сосуд охлаждения (5), который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом и в котором размещена осадительная емкость (3), снабженная патрубком подачи газовой смеси (9) и отсосным патрубком (10), соединенным с системой откачки (8) и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов (7). Стенд может быть смонтирован на действующей производственной линии и использован как в виде локального участка производственного оборудования, так и в виде самостоятельно изготовленного устройства.
Новым является то, что сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником (4), выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами (2) с воздушно-холодильной машиной (1) для подачи холодного воздуха, а патрубок подачи газовой смеси (9) дополнительно оборудован мерной емкостью (6) с газовой смесью известного состава (с имитатором газовой смеси), которая патрубком (13) соединена с патрубком подачи газовой смеси (9), при этом воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха (12) для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости (3) и перегонки его в исходную мерную емкость (6).
Для осуществления процесса моделирования можно использовать воздушную холодильную машину, известную из патента RU №148542 (2014 г.). При заполнении сосуда охлаждения (5) жидким азотом через устройство для заправки (11) и отключении мерной емкости (6) стенд работает в составе конденсационно-испарительной установки в режиме прототипа.
Согласно изобретению моделирование тепломассообменных процессов, протекающих в производственном процессе, обеспечивается введением в состав стенда мерной емкости (6) с имитатором газовой смеси. При исследовании тепломассообменных процессов в десублиматор подают не реальную газовую смесь, параметры которой неизвестны, а перекрывают вход в патрубок (9) и подают газовую смесь известной концентрации из мерной емкости (6), то есть «вариант» газовой смеси.
На фиг. 1 показана схема испытательного стенда.
Цифрами обозначены:
1 - воздушная холодильная машина;
2 - теплоизолированные трубопроводы подачи холодного или отепленного воздуха;
3 - осадительная емкость сублиматов (осадитель, десублиматор);
4 - воздушный теплообменник;
5 - теплоизолированный сосуд охлаждения осадительной емкости;
6 - мерная емкость (объем с газовой смесью, моделирующей тепло-массообменные процессы – имитатором газовой смеси);
7 - блок контрольно-измерительных приборов;
8 - система откачки;
9 - патрубок подачи газовой смеси в осадитель;
10 - отсосный патрубок;
11 - устройство для заправки сосуда охлаждения жидким хладоагентом;
12 - патрубок для подачи отепленного воздуха;
13 - патрубок подачи исследуемой газовой смеси (имитатора газовой смеси).
Устройство 11 для заправки сосуда охлаждения жидким азотом предусмотрено на случай аварийного отключения подачи холодного воздуха в воздушный теплообменник. Элементы установки приведены на фиг. 2 и фиг. 3.
Пример. Мерная емкость V=0,5 л с безводным фтористым водородом была подсоединена к экспериментальному стенду посредством патрубка (13), стенд вакуумирован до давления не более 50 мкм рт. ст. и проверен на вакуумную плотность. Путем троекратного напуска и откачки безводного фтористого водорода были пропассивированы внутренние поверхности стенда. Фиксируется изменение во времени массы газа в мерном объеме. Фиксируется изменение во времени давления газа в емкости и в мерном объеме. Фиксируются все температуры с датчиков температуры.
Измерялось давление насыщенного пара безводного фтористого водорода. Эксперимент проводился в следующем порядке (см. фиг. 1):
1. Осадитель (3) промораживался холодным воздухом, подаваемым от ВХМ (1), от Т=88 К до Т=93 К, не менее 2 часов.
2. После достижения рабочей температуры в осадительной емкости включается подача газовой смеси (HF) из мерного объема. Исходное вещество из пробоотборной мерной емкости (6) подавалось в осадительную емкость (3) приоткрытием вентиля емкости (6), при этом вход в патрубок (9) перекрыт.
3. После 10-минутной выдержки регистрировалось давление в емкостях стенда по показаниям приборов, а также температура холодного воздуха, подаваемого от ВХМ в теплообменник.
4. Увеличивалась уставка (задаваемое значение) температуры охладителя на 10 К.
5. После выдержки в течение одного часа и отепления посредством патрубка 12 осадителя (3) фиксировалось давление в емкостях стенда, а также в линиях газопроводов. Температура подаваемого от ВХМ воздуха снова ступенчато увеличивалась на 10 К.
6. Регистрация давления в осадителе производилась в интервале температур от Т=88 К до Т=198 К с шагом в 10 К. При необходимости в осадитель подавалось дополнительное количество фтористого водорода для обеспечения его насыщения.
7. После отепления стенда до температуры минус 60°С производилась прокачка стенда вакуумным насосом (8) до минимального давления.
8. Осадитель вновь промораживался аналогично пункту 1 и процесс измерения повторялся.
На фиг. 4. приведены результаты эксперимента по фтористому водороду, в том числе с примесью воздуха, позволяющие провести модернизацию оборудования, что показывает работоспособность и эффективность предложенного стенда без использования сжиженного азота или другого дорогостоящего охладителя.
Появляется возможность моделировать тепломассообменные процессы химического производства не только на экологически опасных смесях (фтористый водород, газообразный фтор), но и с использованием безопасных имитаторов, например этилового спирта, фреона-R22 и др.
Источники информации
1. Патент RU 2472710 (2013 г.).
2. Инструкция (рабочая) по эксплуатации оборудования. ТОМ 1 (Эксплуатация конденсационно-испарительных установок - КИУ К-09). Сибирский химический комбинат. 1998. 168 л.
3. Патент RU 148542 (2014 г.).

Claims (1)

  1. Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси, содержащий теплоизолированный сосуд охлаждения (5), который может быть заполнен жидким охлаждающим агентом, в котором размещена осадительная ёмкость (3), снабженная патрубком подачи газовой смеси (9) и отсосным патрубком (10), соединённым с системой откачки (8) и оборудованным блоком контрольно-измерительных приборов (7), отличающийся тем, что сосуд охлаждения дополнительно оборудован воздушным теплообменником (4), выполненным в виде спирального трубопровода, примыкающего к стенкам осадительной емкости и соединенного теплоизолированными трубопроводами (2) с воздушно-холодильной машиной (1) для подачи холодного воздуха, а патрубок подачи газовой смеси (9) дополнительно оборудован патрубком подачи имитатора газовой смеси (13), соединенным с мерной емкостью (6), при этом воздушный теплообменник снабжен патрубком подачи отепленного воздуха (12) для проведения процесса сублимации конденсата в осадительной емкости и перегонки его в исходную мерную емкость имитатора газовой смеси.
RU2016126331A 2016-06-30 2016-06-30 Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси RU2655347C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126331A RU2655347C1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126331A RU2655347C1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016126331A RU2016126331A (ru) 2018-01-10
RU2655347C1 true RU2655347C1 (ru) 2018-05-25

Family

ID=60965292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126331A RU2655347C1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655347C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3930800A (en) * 1971-09-07 1976-01-06 Aluminum Company Of America Fluidized bed desubliming apparatus for recovery of aluminum chloride
SU1057058A1 (ru) * 1981-07-07 1983-11-30 Предприятие П/Я М-5881 Десублиматор
DD270661A1 (de) * 1988-04-20 1989-08-09 Wolfen Filmfab Veb Abscheider zum desublimieren von stoffen aus gasgemischen
RU2333480C1 (ru) * 2007-03-12 2008-09-10 Саратовский военный институт радиационной, химической и биологической защиты (СВИРХБЗ) Устройство тестирования газоаналитических приборов контроля отравляющих веществ в воздушной среде
CN102085422A (zh) * 2009-12-08 2011-06-08 沈善明 连续真空动态升华凝华机
RU2462287C1 (ru) * 2011-07-07 2012-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Зи Поли Томск" Десублимационный аппарат
RU2472710C1 (ru) * 2011-09-14 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Способ очистки гексафторида урана

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3930800A (en) * 1971-09-07 1976-01-06 Aluminum Company Of America Fluidized bed desubliming apparatus for recovery of aluminum chloride
SU1057058A1 (ru) * 1981-07-07 1983-11-30 Предприятие П/Я М-5881 Десублиматор
DD270661A1 (de) * 1988-04-20 1989-08-09 Wolfen Filmfab Veb Abscheider zum desublimieren von stoffen aus gasgemischen
RU2333480C1 (ru) * 2007-03-12 2008-09-10 Саратовский военный институт радиационной, химической и биологической защиты (СВИРХБЗ) Устройство тестирования газоаналитических приборов контроля отравляющих веществ в воздушной среде
CN102085422A (zh) * 2009-12-08 2011-06-08 沈善明 连续真空动态升华凝华机
RU2462287C1 (ru) * 2011-07-07 2012-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Зи Поли Томск" Десублимационный аппарат
RU2472710C1 (ru) * 2011-09-14 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Способ очистки гексафторида урана

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДУРНОВЦЕВ М.И. и др. "Измерение давления насыщенных паров фтористого водорода в области низких температур", сборник тезисов докладов международной научной конференции молодых ученых, аспиратов и студентов "Изотопы: технологии, материалы и применение", Томск, 20-24 октября 2014 года, с.20-21. *
ДУРНОВЦЕВ М.И. и др. "Измерение давления насыщенных паров фтористого водорода в области низких температур", сборник тезисов докладов международной научной конференции молодых ученых, аспиратов и студентов "Изотопы: технологии, материалы и применение", Томск, 20-24 октября 2014 года, с.20-21. ОРЛОВ А.А. и др. "анализ способа получения гексафторида урана, очистки его от примесей и заполнения в транспортные емкости" "Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение", 3 (39) 2014, с.93-94. *
ОРЛОВ А.А. и др. "анализ способа получения гексафторида урана, очистки его от примесей и заполнения в транспортные емкости" "Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение", 3 (39) 2014, с.93-94. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016126331A (ru) 2018-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alsultannty et al. Oxygen specific power consumption comparison for air separation units
US11796526B2 (en) Device and method of gas hydrate pressure maintaining replacement for in-situ Raman analysis
CN110553969B (zh) 一种过热度可调的测量多孔介质低温芯吸特性的实验装置
CN110487771A (zh) 用于原位拉曼分析的气体水合物生成/分解系统及方法
CN110441286B (zh) 用于原位拉曼分析的气体水合物保压置换装置及方法
Jeon et al. Experimental and numerical investigation of change in boil-off gas and thermodynamic characteristics according to filling ratio in a C-type cryogenic liquid fuel tank
Sterner Phase equilibria in the CO2-methane systems
Foerg History of cryogenics: the epoch of the pioneers from the beginning to the year 1911
RU2655347C1 (ru) Стенд для моделирования процесса десублимации компонентов газовой смеси
US20220196323A1 (en) Cryogenic Containment System
CN108730759B (zh) 风冷式二氧化碳汽化系统及其汽化恒温调压方法
WO2019109417A1 (zh) 一种适用于低温高压材料x射线衍射测量的高压冷台装置及使用方法
CN116202300B (zh) 小型低温液化装置、低温液体流量计标定装置及标定方法
RU2692374C1 (ru) Способ отбора и подготовки газовых проб для поточного анализа и технологическая линия для его осуществления
CN110345378A (zh) 一种测试液化天然气非平衡气液两相管道流动的实验装置
Dawson et al. Temperature effects on the capture coefficients of carbon dioxide, nitrogen, and argon
SEO et al. A Study on the Construction of the Gas Conversion Process System for a Pilot Plant Using a Small-scale Hydrogen Liquefaction System
CN117147745B (zh) 一种液氢固空制备及测试装置及其方法
Sint Annaland, MJ Tuinier and F. Gallucci van Cryogenic CO2 Capture
Gubanov et al. Modeling of heat transfer during the desublimation of substances into refrigerated containers
Xiao et al. Observation and kinetic modeling of carbon dioxide deposition under reduced pressures at cryogenic temperatures
Jin et al. Experimental investigation of line chill-down process with liquid oxygen
Li et al. An experimental study on frost deposition on a vertical cryogenic surface under natural convection
Jiao et al. A Method for Predicting the Phase Characteristics and Physical Properties of Carbon Dioxide Containing Impurities under Various Transport Conditions
CN104565809B (zh) 一种cng加气及cng液化加气组合装置