СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФТОРИРОВАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C01G43/06 

Изобретение относится к способам управления процессом фторирования оксидов урана фтором и может быть использовано в технологии получения гексафторида урана (ГФУ).

Известен процесс фторирования оксидов урана фтором в горизонтальном реакторе при периодическом перемешивании в технологии переработки оружейного высокообогащенного урана и его сплавов в топливный материал для атомных реакторов (Патент РФ №2057377, опубл. 27.03.96, МПК G 21 C 19/42, 19/48). При фторировании регулируют расходы оксидов и фтора, поддерживая заданный избыток фтора от стехиометрии.

Известен процесс фторирования фтором порошкообразного облученного ядерного топлива, содержащего оксиды урана (Патент СССР №791271, опубл. 23.12.80, МПК G 21 C 19/48). Процесс осуществляют в плазменном реакторе, снабженном шнековым питающим устройством, посредством которого регулируют подачу топлива в реактор, обеспечивая его заданный расход.

Известен периодический процесс фторирования оксидов урана при переработке высокообогащенного урана (Патент РФ №2112744, опубл. 10.06.98, МПК C 01 G 43/00, 43/04, 43/06, G 21 C 19/42, 19/44). Управление процессом осуществляют по температуре в реакторе, поддерживая ее в заданных пределах, и по γ-фону в реакторе, прекращая процесс по достижении величины γ-фона заданного значения.

Известен непрерывный процесс фторирования оксидов урана в реакторе по патентам РФ №2093259, опубл. 20.10.97, МПК B 01 J 8/10, C 01 G 43/06 и №2133146, опубл. 20.07.99, МПК B 01 J 8/10, C 01 G 43/00. Управление процессом осуществляют по температуре в реакторе, поддерживая ее заданное значение, регулируют расход фтора и подачу оксидов в реактор (прототип).

Задачей изобретения является усовершенствование способа управления процессом фторирования для повышения эффективности процесса фторирования.

Задачу решают тем, что в способе управления непрерывным процессом фторирования оксидов урана фтором до ГФУ в горизонтальном шнековом реакторе, включающем поддержание заданной температуры в реакторе и регулирование расходов фтора и оксидов в реактор, расход оксидов регулируют по интенсивности γ-излучения в реакторе, а расход фтора - по интенсивности γ-излучения в реакторе и концентрации фтора в газовом потоке на выходе из реактора, при этом дополнительно регулируют распределение твердого содержимого реактора вдоль оси путем изменения направления и величины угловой скорости вращения шнека в зависимости от распределения температуры вдоль оси реактора.

На чертеже представлена схема, иллюстрирующая управление процессом фторирования.

Фторирование осуществляют в реакторе 1, снабженном шнеком 2 и шнековым питающим устройством 3, посредством которого оксиды загружают в реактор. Фтор подают через патрубок 4 с регулируемым вентилем 5, газовый поток с ГФУ удаляют через патрубок 6, а твердый остаток от фторирования выгружают через патрубок выгрузки 7. Шнек 2 реактора перемещает твердое содержимое реактора вдоль оси по направлению к патрубку выгрузки 7 и противоположном направлении с целью перемешивания твердого содержимого и равномерного его распределения по всей длине реактора.

На корпусе реактора 1 установлены счетчики Гейгера 8 и 9 для измерения интенсивности γ-излучения. Счетчик 8 является опорным и задает величину счета, а счетчик 9 сравнивает интенсивность γ-излучения с заданным значением. Счетчик 9 установлен в точке, соответствующей заданному (оптимальному) заполнению реактора оксидами. Сигналы с обоих датчиков поступают на блок сравнения 10, выходной сигнал с которого управляет работой шнекового питающего устройства 3. На патрубке 6 установлен анализатор 11 для измерения концентрации фтора в газовом потоке. Сигналы с блока 10 и анализатора 11 суммируют в функциональном блоке 12, выходной сигнал которого регулирует расход фтора через вентиль 5. Вдоль реактора установлены датчики температуры - термосопротивления 13, 14 и 15. Каждый датчик термосопротивления содержит медную проволоку, намотанную на корпус реактора по спирали. Сигналы с датчиков поступают в функциональный блок 16, выходной сигнал с блока 16 корректирует режим работы шнека 2 реактора.

Способ управления процессом фторирования осуществляют следующим образом.

Изменение степени заполнения реактора радиоактивным продуктом влияет на распределение γ-излучения по высоте реактора, что фиксируется счетчиками Гейгера. Загрузку оксидов в реактор 1 посредством шнекового питающего устройства 3 производят до достижения счетчиком 9 заданного счетчиком 8 значения интенсивности γ-излучения, соответствующего оптимальной степени заполнения реактора. При превышении заданного значения интенсивности γ-излучения выходной сигнал с блока 10 отключает шнековое питающее устройство 3, и подача оксидов в реактор прекращается.

Фтор в реактор подают через регулируемый вентиль 5. Положением вентиля 5 управляет выходной сигнал с функционального блока 12, на вход которого поступают сигналы с блока 10 и анализатора 11 фтора в газовом потоке на выходе из реактора. При интенсивности γ-излучения, меньшей или большей заданного значения, расход фтора через вентиль 5 уменьшают при концентрации фтора, превышающей заданную, и увеличивают при концентрации фтора, не превышающей заданную. При интенсивности γ-излучения, равной заданному значению, вентиль 5 переводится в положение, при котором расход фтора максимальный.

Наряду со степенью заполнения реактора оксидами и соотношением оксидов и фтора на эффективность процесса, а значит, и на производительность реактора, влияет эффективность перемешивания твердого содержимого реактора и его распределение по длине реактора. Равномерное распределение и перемешивание обеспечивают с помощью шнека 3, корректируя режим его работы в зависимости от распределения температуры (T1, T2 и Т3) вдоль оси реактора. Распределение температуры отражает распределение вдоль оси и эффективность перемешивания твердого содержимого реактора.

Режим работы шнека корректируется выходным сигналом с функционального блока 16 в зависимости от распределения температур T1, T2, Т3, регистрируемого в блоке.

Задают режим работы шнека реактора по перемешиванию и перемещению содержимого реактора вдоль оси в противоположных направлениях: вращение шнека в одну сторону (обеспечивающее перемещение твердого содержимого реактора к патрубку 7 выгрузки отходов) в течение времени τ₂ и вращение в другую сторону (обеспечивающее перемещение твердого содержимого в сторону загрузки оксидов ) в течение времени τ₃ при абсолютной величине угловой скорости вращения шнека ω. Этот режим действует при равенстве температур T1, T2 и Т3 или отклонении каждой из них от любой другой на величину, не превышающую заданную.

При температуре T1, превышающей Т3 на заданную величину, шнек вращается с обеспечением перемещения твердого содержимого реактора к патрубку 7 в течение времени τ₁+Δτ, а в другую сторону - в течение времени τ₂-Δτ при абсолютной величине угловой скорости вращения шнека ω.

При температуре Т3, превышающей Т1 на заданную величину, перемещение твердого содержимого реактора к патрубку 7 осуществляют в течение времени τ₁-Δτ, а перемещение в противоположную сторону - в течение времени τ₁+Δτ при абсолютной величине угловой скорости вращения шнека ω.

При равенстве температур Т1 и Т3 или их отклонении друг от друга на величину меньше заданной и одновременно при отклонении температуры T2 от температур Т1 и/или Т3 на величину, превышающую заданную, действует режим вращения шнека, при котором перемещение твердого содержимого реактора к патрубку 7 в течение времени τ₁ и перемещение в противоположную сторону в течение времени τ₂ осуществляют с увеличенной угловой скоростью вращения шнека ω+Δω.

Оптимальные заполнение реактора и соотношение реагентов, а также равномерное распределение твердого содержимого в реакторе и его интенсивное перемешивание повышают эффективность процесса и обеспечивают максимальную производительность реактора.

Изобретение относится к способам управления процессом фторирования оксидов урана фтором и может быть использовано в технологии получения гексафторида урана (ГФУ). Способ управления процессом фторирования оксидов урана фтором до ГФУ в горизонтальном шнековом реакторе включает поддержание заданной температуры в реакторе и регулирование расходов фтора и оксидов в реактор, при этом расход оксидов регулируют по интенсивности γ-излучения в реакторе, а расход фтора - по интенсивности γ-излучения в реакторе и концентрации фтора в газовом потоке на выходе из реактора, и дополнительно регулируют распределение твердого содержимого реактора вдоль его оси путем изменения направления и величины угловой скорости вращения шнека в зависимости от распределения температуры вдоль оси реактора. Оптимальные заполнение реактора и соотношение реагентов, а также равномерное распределение твердого содержимого в реакторе и его интенсивное перемешивание повышают эффективность процесса и обеспечивают максимальную производительность реактора. 1 ил.

Способ управления процессом фторирования оксидов урана фтором до ГФУ в горизонтальном шнековом реакторе, включающий поддержание заданной температуры в реакторе и регулирование расходов фтора и оксидов в реактор, отличающийся тем, что расход оксидов регулируют по интенсивности γ-излучения в реакторе, а расход фтора - по интенсивности γ-излучения в реакторе и концентрации фтора в газовом потоке на выходе из реактора, при этом дополнительно регулируют распределение твердого содержимого реактора вдоль его оси путем изменения направления и величины угловой скорости вращения шнека в зависимости от распределения температуры вдоль оси реактора.