Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области получения гранулированных сред и, в частности, к смешиванию порошков, в частности, актинидных порошков, и к их деагломерации/повторной агломерации для получения смеси с высокой гомогенностью при помощи криогенной текучей среды, называемой также криогенной средой.
Предпочтительно изобретение применяется для порошков высокой плотности и/или когезионных порошков, таких, как актинидные порошки. Таким образом изобретение предпочтительно применяется для смешивания актинидных порошков для получения ядерного топлива, в частности, таблеток ядерного топлива.
Изобретением предложены также устройство для смешивания порошков криогенной жидкостью и предназначенный для него способ смешивания порошков.
Уровень техники
Осуществление различных стадий производства гранулированной среды, в частности, из актинидных порошков, для получения таблеток ядерного топлива после формования посредством прессования имеет большое значение, поскольку оно во многом обуславливает регулирование микроструктуры конечного продукта, а также присутствие или отсутствие дефектов макроскопического порядка внутри топливной таблетки. В частности, смешивание актинидных порошков для обеспечения производства ядерного топлива представляет собой ключевую стадию для управления качеством получаемой топливной таблетки, которая чаще всего должна отвечать строгим требованиям с точки зрения микроструктуры и примесей.
Традиционный и давно известный промышленный процесс порошковой металлургии, используемый для получения ядерного топлива, основан на стадиях смешивания, измельчения и/или гранулирования, которые осуществляют сухим способом. Действительно, использование жидкости в ядерной промышленности приводит к получению жидких отходов, которые могут с трудом поддаваться обработке. Поэтому для получения гранулированной среды с целью изготовления ядерного топлива традиционно используют процессы, осуществляемые только сухим способом.
Для осуществления смешивания порошков известны самые разные устройства, которые можно разделить на описанные ниже семейства.
Прежде всего, существует принцип смесителя в сухой фазе без внутренних средств. В частности, речь может идти о смесителе типа Turbula® компании WAB, который за счет более или менее сложных движений бака, содержащего смешиваемые порошки, обеспечивает более или менее высокую гомогенизацию гранулированной среды. Как правило, эффективность смесителя этого типа является ограниченной. Действительно, в зависимости от типа смешиваемых порошков могут оставаться гетерогенные зоны, в которых смешивание не происходит или по меньшей мере происходит некорректно и недопустимо. Кинематика этого типа смесителя, как правило, не является достаточно сложной, чтобы производить надлежащее смешивание, то есть смешивание, удовлетворительное с точки зрения гомогенности, без соответствующей доводки или за время смешивания, не допустимое на промышленном уровне. Кроме того, энергия, сообщаемая гранулированной среде в смесителе этого типа, не позволяет произвести достаточное деагломерирование, чтобы добиться достаточной степени гомогенности в случае, когда размер этих агломератов является слишком большим (в частности, чтобы его можно было компенсировать во время стадии спекания).
Известен также принцип смесителя с использованием средств. Согласно этому принципу, чтобы способствовать операции смешивания, внутри бака, содержащего смешиваемый порошок, можно использовать один или несколько подвижных элементов. Этими подвижными элементами могут быть лопасти, турбины, лопатки, ленты, шнеки и т.д. Для улучшения смешивания сам бак тоже может быть подвижным. Этот тип смесителя может быть более эффективным, чем предыдущая категория, но все же остается недостаточным и имеет ограничения. Действительно, перемешивание приводит к изменению гранулированной среды за счет агломерации или неконтролируемой деагломерации, что может стать причиной увеличения в объеме порошков и/или ухудшения текучести гранулированной среды. Кроме того, использование подвижных элементов (средств) для смешивания приводит к загрязнению, если речь идет о смешивании абразивных порошков, таких как порошки, используемые для получения ядерного топлива. Кроме того, использование подвижных элементов может стать причиной задержаний, что отрицательно отражается на дозировке в случае изготовления ядерного топлива.
Существует также принцип смесителя типа мельницы. Действительно, в зависимости от способа использования и от типа технологии некоторых мельниц можно получать смеси порошков посредством совместного измельчения. Этот тип операции позволяет получать удовлетворительную смесь с точки зрения гомогенности, но требует относительно длительного времени измельчения, как правило, нескольких часов, и приводит также к явлениям измельчения, которые уменьшают размер частиц порошков. Это является причиной появления мелких частиц и изменения удельной поверхности, что влияет также на последующее использование порошков после их смешивания (изменение текучести, реакционной способности (возможно окисление), спекаемости порошков и т.д.) В рамках изготовления ядерного топлива операция совместного измельчения имеет существенные радиологические последствия при образовании мелких частиц по причине задержания и склонности мелких частиц к диспергированию. Кроме того, могут возникать явления забивания.
После использования этих различных типов смесителей часто возникает необходимость в агломерации или гранулировании. Кроме того, как правило, эти устройства обычно не работают в непрерывном режиме, что может создавать проблемы в промышленных процессах.
В целом, вышеупомянутые смесители не являются полностью удовлетворительными для смешивания некоторых порошков, таких как актинидные порошки, и необходимо последних вводить в процесс стадию гранулирования для получения обладающей текучестью гранулированной среды.
Известны также другие смесители, в которых используют многофазную среду, а именно текучую фазу и твердую фазу. Эти смесители можно разделить на две описанные ниже основные категории.
Прежде всего, существуют смесители для жидких/твердых фаз. Эти смесители не подходят для порошков, растворимых с жидкой фазой, используемой в смесителе, или если порошки изменяются при контакте с текучей средой. Кроме того, для порошков, имеющих высокую плотность по сравнению с жидкостью, подаваемой в смеситель, чаще всего смешивание не является эффективным или требует высоких скоростей перемешивания. Действительно, скорость отделения частицы от дна мешалки напрямую связана с разностью в плотности между частицами порошков и жидкостью, обеспечивающей получение суспензии. В этом случае можно использовать вязкие жидкости, но это требует увеличения количества используемой энергии, причем пропорционально повышению вязкости, для достижения турбулентного режима, способствующего смешиванию. Кроме того, в данном смесителе жидкостно-твердого типа возникает также проблема разделения твердой фазы и жидкой фазы после смешивания. В случае смешивания актинидных порошков смеситель этого типа производит сложные в обработке загрязненные жидкие отходы, что является недостатком. Кроме того, на практике при смешивании порошков с низким гранулометрическим размером невозможно достичь состояния полной и гомогенной суспензии. В частности, для достижения оптимальной гомогенизации так называемое безразмерное число Архимеда должно превышать 10 (то есть силы вязкости меньше сил тяжести и инерции). Учитывая, что частицы смешиваемых порошков имеют относительно небольшие диаметры, как правило, менее 10 мкм, невозможно получить гомогенные и полные суспензии при помощи устройства этого типа, не используя дополнительных средств смешивания. В этой связи были предложены технологии, например, как технология, описанная в патентной заявке СА 2 882 302 А1, но они все равно не подходят для смешивания актинидных порошков, поскольку используемые вибрационные средства не обеспечивают надлежащей гомогенизации, требуемой конкретно для актинидных порошков. Кроме того, из соображений контроля критичности объем смесителя должен быть ограничен, чтобы предупредить любой риск двойной загрузки, которая могла бы привести к превышению допустимой критической массы. Действительно, в классическом жидкостно-твердом смесителе плотность частиц на объем бака не должна быть большой, иначе пришлось бы превышать слишком большую мощность перемешивания или довольствоваться слишком медленной кинетикой смешивания.
Наконец, следует отметить, что смесители порошков в жидкой фазе, в частности, описанные в патентных заявках СА 2 882 302 А1, WO 2006/0111266 A1 и WO 1999/010092 A1, не соответствуют проблематике смешивания порошков типа актинидных порошков, так как они потребовали бы слишком высоких скоростей перемешивания, чтобы порошки можно было отделить от дна смесительного бака и достичь уровней гомогенности, соответствующих требованиям в области ядерной промышленности. Кроме того, как уже было указано выше, они производили бы загрязненные жидкие отходы, которые трудно обрабатывать в промышленном масштабе, а также порождали бы риски критичности и даже радиолиза используемой жидкой фазы с учетом природы используемых порошков (не говоря уже о том, что эти порошки могут химически реагировать с используемой жидкостью).
Существуют также смесители типа газ/твердая фаза. Смеситель этого типа может подходить и не создает риска критичности. Однако смеситель этого типа не годится для порошков, не имеющих достаточных свойств псевдоожижения, традиционно для порошков типа С согласно классификации, описанной в публикации D. Geldart, Powder Technology, Vol.7, 1973. Однако эта характеристика плохого псевдоожижения является присущей когезионным актинидным порошкам, используемым при изготовлении ядерного топлива. Кроме того, помимо трудности псевдоожижения и с учетом плотности порошков, подвергаемых псевдоожижению с целью смешивания, поверхностная скорость газа должна быть высокой и по меньшей мере равной минимальной скорости псевдоожижения. Поэтому смеситель этого типа не представляется вполне подходящим для смешивания когезионных порошков, тем более обладающих высокой плотностью.
Раскрытие изобретения
Таким образом, существует потребность в устройстве нового типа для смешивания порошков с целью получения гранулированных сред и, в частности, для смешивания актинидных порошков.
В частности, существует потребность в обеспечении возможности одновременно:
- производить деагломерацию предназначенных для смешивания порошков, не изменяя при этом их удельной поверхности и не производя мелких частиц,
- смешивать порошки с достаточным уровнем гомогенности, чтобы получать смесь порошков, отвечающую спецификациям, в частности, с точки зрения гомогенности (то есть, позволяющую получить репрезентативный элементарный объем (VER) внутри гранулированной среды порядка от нескольких кубических микрометров до примерно 10 мкм3),
- избегать загрязнения смешиваемых порошков, изменения химии поверхности и образования сложных в обработке жидких отходов,
- избегать специфического риска критичности,
- избегать специфического риска радиолиза,
- избегать нагрева смешиваемых порошков,
- использовать смеситель ограниченного диаметра, чтобы контролировать риск критичности даже в случае ошибки при загрузке смесителя,
- осуществлять операцию смешивания, максимально ограничивая расходуемую энергию, причем в течение относительно короткого времени по сравнению с другими смесителями, то есть примерно около нескольких минут по сравнению с несколькими часами (в других системах смешивания, таких как шаровые мельницы) при одинаковом количестве смешиваемого материала,
- осуществлять непрерывный или почти непрерывный процесс смешения.
Изобретение призвано по меньшей мере частично удовлетворить вышеупомянутые потребности и устранить недостатки известных технических решений.
Согласно одному из аспектов объектом изобретения является устройство для смешивания порошков, в частности, актинидных порошков, при помощи криогенной текучей среды, отличающееся тем, что оно содержит:
- смесительную камеру для смешивания порошков, содержащую криогенную текучую среду и снабженную средствами для формирования псевдоожиженного слоя порошков,
- камеру подачи порошков для обеспечения введения порошков в смесительную камеру,
- камеру подачи криогенной текучей среды для обеспечения введения криогенной текучей среды в смесительную камеру,
- систему генерирования вибраций, в частности, посредством ультразвуковых волн, в псевдоожиженном слое порошков,
- систему управления системой генерирования вибраций.
Предпочтительно, чтобы в смесительной камере порошки подвергались псевдоожижению посредством криогенной текучей среды для получения псевдоожиженного слоя порошков.
Кроме того такой псевдоожиженный слой порошков подвергается вибрациям, производимым системой генерирования вибраций предпочтительно для получения существенной неупорядоченности на уровне суспензии порошков и криогенной текучей среды, при этом указанные вибрации управляются системой управления с целью оптимизации смешивания.
Следует отметить, что обычно криогенной текучей средой в данном случае называют сжиженный газ, поддерживаемый в жидком состоянии при низкой температуре. Этот сжиженный газ химически инертен в условиях осуществления изобретения по отношению к порошкам, подлежащим смешению и деагломерированию.
Кроме того устройство для смешивания порошков согласно изобретению может дополнительно содержать один или несколько из следующих признаков, взятых раздельно или в любых технически возможных комбинациях.
Криогенная текучая среда может содержать слабо гидрированную жидкость, которая представляет собой жидкость, содержащую не более одного атома водорода на молекулу жидкости и имеющую температуру кипения ниже температуры кипения воды.
Устройство может дополнительно содержать аналитическую систему, в частности, систему измерения концентрации твёрдого вещества (т.е. порошков) в суспензии порошков и криогенной текучей среды внутри смесительной камеры, работа которой управляется системой управления.
Смесительная камера может быть выполнена таким образом, что введение криогенной текучей среды в неё обеспечивает псевдоожижение смешиваемых порошков в результате просачивания криогенной текучей среды через псевдоожижаемый слой порошков.
Кроме того, смесительная камера может содержать распределительную систему, в частности, решетку или спечённую деталь, для распределения криогенной текучей среды по псевдоожиженному слою порошков для обеспечения равномерного распределения криогенной текучей среды в псевдоожиженном слое.
Система генерирования вибраций может быть по меньшей мере частично расположена в псевдоожиженном слое порошков. В частности, система генерирования вибраций может содержать сонотроды, введенные в псевдоожиженный слой порошков.
Сонотроды могут независимо управляться системой управления для периодического сдвига фаз между сонотродами звука для создания нестационарных интерференций, способствующих смешиванию внутри псевдоожиженного слоя порошков.
Сонотроды могут быть также выполнены таким образом, чтобы генерировать псевдохаотические колебания, например, посредством генератора колебаний типа осциллятора Ван дер Поля.
Кроме того смесительное устройство может дополнительно содержать средства перемешивания в смесительной камере для содействия смешиванию порошков, суспендированных в криогенной текучей среде, содержащие, в частности, средства измельчения, например, в числе прочего, шары, ролики и пр.
Кроме того смесительное устройство может также содержать систему электростатической зарядки порошков, подлежащих введению в смесительную камеру.
В частности, часть порошков может входить в контакт с одной частью системы электростатической зарядки для положительной электростатической зарядки, а другая часть порошков может входить в контакт с другой частью системы электростатической зарядки для отрицательной электростатической зарядки, чтобы обеспечить дифференциальную локальную агломерацию. В случае смешивания более двух типов порошков некоторые порошки могут заряжаться либо положительно, либо отрицательно, либо не иметь заряда.
Криогенная текучая среда может быть текучей средой любого типа, в частности, сжиженным азотом или аргоном. Следует отметить, что использование азота является предпочтительным в виду его низкой стоимости, а также потому, что защитные перчаточные боксы и процессы, используемые для получения ядерного топлива на основе плутония, функционируют с использованием азота в качестве инертной среды и что жидкий азот используют при некоторых операциях на топливе (измерение методом БЭТ). Следовательно, использование криогенной текучей среды такого типа не создаёт дополнительного риска в процессе производства.
Кроме того, согласно другому аспекту объектом изобретения является способ смешивания порошков, в частности, актинидных порошков, при помощи криогенной текучей среды, отличающийся тем, что его осуществляют при помощи описанного выше устройства и что он включает в себя следующие стадии:
а) введение предназначенных для смешивания порошков в смесительную камеру через камеру подачи порошков,
b) введение криогенной текучей среды, предназначенной для обеспечения псевдоожижения псевдоожиженного слоя порошков в смесительную камеру через камеру подачи криогенной текучей среды,
с) приведение в состояние вибрации суспензии порошков и криогенной текучей среды в смесительной камере посредством системы генерирования вибраций,
d) получение смеси, образованной из порошков, после испарения криогенной текучей среды.
В ходе первой стадии а) предпочтительно порошки могут быть подвергнуты электростатической зарядке по-разному, в частности, противоположно, при наличии по меньшей мере двух типов порошков, чтобы способствовать дифференциальной локальной агломерации.
Способ может также включать в себя стадию управления системой генерирования вибраций посредством управляющей системы, в частности, с учётом концентрации частиц в суспензии.
Устройство и способ смешивания порошков согласно изобретению могут иметь любой из признаков, приведённых в описании, взятых раздельно или в любых технически возможных комбинациях с другими признаками.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более понятно из нижеследующего подробного описания не ограничительных примеров его осуществления, а также со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схема, иллюстрирующая общий принцип устройства для смешивания порошков при помощи криогенной жидкости согласно изобретению;
Фиг. 2 - частичное изображение примера устройства согласно изобретению;
Фиг. 3 - линии интерференций, образованных двумя источниками вибраций с одинаковой частотой пульсации;
Фиг. 4А, 4В - генерирование устойчивых колебаний посредством осциллятора Ван дер Поля после конвергенции;
Фиг. 5А, 5В - генерирование квазихаотических колебаний посредством осциллятора Ван дер Поля после адаптации его управляющих параметров;
Фиг. 6, 7, 8 - фотографии соответственно первого типа порошков перед смешиванием, второго типа порошков перед смешиванием и смеси, полученной из первого и второго типов порошков после смешивания при помощи устройства и способа согласно изобретению.
На всех фигурах идентичные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями.
Кроме того, разные показанные на фигурах части не обязательно выполнены в одном масштабе, чтобы обеспечить лучшую читаемость фигур.
Осуществление изобретения
Следует отметить, что в описываемых ниже примерах осуществления рассматриваемые порошки Р являются актинидными порошками, предназначенными для изготовления таблеток ядерного топлива. Кроме того, рассматриваемая в данном случае криогенная текучая среда является сжиженным азотом. Однако изобретение не ограничивается выбором этих признаков.
На фиг. 1, изображена схема, иллюстрирующая общий принцип устройства 1 для смешивания порошков Р при помощи криогенной текучей среды согласно изобретению.
Согласно этому принципу устройство 1 смешения содержит предпочтительно теплоизолированную смесительную камеру Е1 для смешивания порошков Р, снабжённую средствами для формирования псевдоожиженного слоя Lf порошков, изображённую на описываемой ниже фигуре 2.
Кроме того устройство 1 сдержит камеру А1 подачи порошков Р, предназначенную для обеспечения введения порошков Р в смесительную камеру Е1, и камеру В1 подачи криогенной текучей среды FC, предназначенную для обеспечения введения криогенной текучей среды FC в смесительную камеру Е1. Таким образом возможно получать в смесительной камере Е1 суспензию порошков Р и криогенной текучей среды FC, образующую псевдоожиженный слой Lf.
Камера В1 подачи криогенной текучей среды FC может соответствовать камере для распределения или камере для рециркуляции криогенной текучей среды FC. Камера В1 подачи может обеспечивать распределение и/или рециркуляцию криогенной текучей среды FC. В частности, она может частично основываться на создании давления в резервуаре для подачи сжиженного газа.
Кроме того, предпочтительно устройство 1 также содержит систему Vb генерирования вибраций в псевдоожиженном слое Lf порошков, систему Sp управления этой системой Vb генерирования вибраций и аналитическую систему Ас для анализа концентрации суспензии порошков Р и криогенной текучей среды FC в смесительной камере Е1, работа которой управляется управляющей системой Sp.
Управляющая система Sp может обеспечить, в частности, управление работой устройства 1 и обработкой данных, в частности, в отношении условий подачи порошков Р, криогенной текучей среды FC и/или в отношении амплитуды вибраций.
Предпочтительно, как это более ясно следует из фиг. 2, чтобы смесительная камера Е1 была выполнена таким образом, чтобы введение в неё криогенной текучей среды FC обеспечивало псевдоожижение подлежащих смешиванию порошков Р вследствие просачивания криогенной текучей среды FC через псевдоожижаемый слой Lf порошков.
На фиг. 2 частично и схематично изображён пример смесительного устройства 1 согласно изобретению.
Это смесительное устройство 1 содержит смесительную камеру Е1, образующую ёмкость с главной вертикальной осью, предпочтительно обладающую симметрией вращения, в частности, в форме цилиндра, и предпочтительно являющуюся теплоизолированной для минимизации тепловых потерь, так как её назначение заключается в размещении фазы циркулирующего сжиженного газа.
Предпочтительно криогенная текучая среда FC (сжиженный газ) вводится в нижнюю часть смесительной камеры Е1, на входе в псевдоожиженный слой Lf порошков Р, через распределительную систему Sd, в частности, выполненную в виде решетки или спечённой детали, для обеспечения возможности равномерного распределения криогенной текучей среды FC по проходному сечению псевдоожиженного слоя Lf.
Кроме того, смесительная камера Е1 может быть оборудована расширяющейся зоной для высвобождения наиболее мелких частиц порошков Р и для обеспечения того, чтобы они оставались в зоне псевдоожиженного слоя Lf.
Кроме того, предусмотрена также аналитическая система Ас для анализа концентрации суспензии порошков Р и криогенной текучей среды FC в смесительной камере Е1, причём аналитическая система Ас содержит, в частности, оптический датчик Со, обеспечивающий возможность наблюдения за псевдоожиженным слоем Lf порошков Р через смотровое окно Н. Следовательно, аналитическая система Ас связана таким образом с псевдоожиженным слоем Lf.
Аналитическая система Ас для анализа концентрации, оборудованная оптическим датчиком Со, может обеспечить возможность анализировать концентрацию порошков Р, и даже гранулометрический состав гранулированной среды, образовавшейся в смесительной камере Е1.
Аналитическая система Ас для анализа концентрации может содержать оптическое волокно излучающего типа (источник света для освещения псевдоожиженного слоя Lf) и принимающего типа (датчик). Также она может содержать фото- или видеокамеру. Необходимо отметить, что концентрация частиц зависит от расстояния между излучающим волокном и принимающим волокном, гранулометрического распределения частиц, показателя преломления гранулированной среды и длины волны падающего луча в дисперсионной среде.
Кроме того, устройство 1 содержит систему Vb генерирования вибраций. Предпочтительно эта система содержит сонотроды So.
Как показано на фиг. 2, система Vb генерирования вибраций введена в псевдоожиженный слой Lf настолько близко к месту ввода криогенной текучей среды, насколько это возможно. В частности, сонотроды So могут быть утоплены в псевдоожиженный слой Lf.
Сонотроды So могут независимо управлять управляющей системой Sp (на фиг. 2 не показана) для осуществления периодического сдвига фаз между источниками вибраций для создания нестационарных интерференций таким образом, чтобы улучшалось смешивание внутри псевдоожиженного слоя Lf порошков Р. Для этой цели на фиг. 3 изображены линии интерференций, образуемых двумя источниками S1 и S2 вибраций, обладающими одинаковой частотой пульсации.
Кроме того, предпочтительно, чтобы управление вибрациями посредством управляющей системы Sp могло индуцировать квазихаотические вибрационные сигналы. Это можно достигнуть путём управления сонотродами So, выступающими в качестве осцилляторов Ван дер Поля с нестационарными параметрами регулирования. Для этого на фигурах 4А, 4В и 5А, 5В показаны виды интерференций внутри суспензии порошков Р, вызванных двумя источниками с одинаковой фазой пульсации, при этом эти фазы являются постоянными. Точнее, на фигурах 4А, 4В показано генерирование устойчивых колебаний после конвергенции (выбранные параметры осциллятора : а = 2,16, b = 2,28, w0 = 3 для уравнения движения типа: x” + ax’ . (x2/b2 - 1) + w02 . x = 0), в то время как на фигурах 5А, 5В показано генерирование квазихаотических колебаний осциллятора Ван дер Поля при уравнении типа: x” + ax’ . (x2/b2 - 1) + w02 . x = 0 посредством варьирования времени пульсации w0.
Следует отметить, что при варьировании фаз источников вибраций интерференции могут сместиться на расстояние, эквивалентное величине длины волны вибраций, передаваемых внутрь псевдоожиженного слоя Lf. В таком случае это позволяет получить дополнительную степень смешивания.
Использование вибраций в виде сложных колебаний, в частности, квазихаотических, способствует получению эффекта почти идеального смешивания.
Кроме того, следует также отметить, что камера А1 подачи порошков Р (не показана на фиг. 2) может обеспечивать подачу под действием силы тяжести или даже посредством шнекового устройства или даже, например, посредством вибрирующего слоя.
Кроме того предпочтительно, чтобы порошки Р были электростатически заряжены с противоположенными зарядами для обеспечения возможности получения дифференцированной повторной агломерации при суспендировании.
В приводимой ниже таблице 1 содержится пример параметров устройства 1 согласно изобретению
Таблица 1
Эффективность смешивания, достигаемая с использованием настоящего изобретения может характеризоваться гомогенностью гранулированной среды, полученной после смешивания. На фигурах 6, 7 и 8 приведены соответственно фотографии первого типа порошков до смешивания, второго типа порошков до смешивания и смеси из первого и второго типов порошков после смешивания с использованием устройства 1 и способа согласно изобретению.
В частности, на фиг. 6 показаны агрегаты порошков диоксида церия (СеО2), на фиг. 7 показаны агрегаты порошков оксида алюминия (Al2O3) и на фиг. 8 показана смесь этих порошков, полученная при длительности смешивания около 30 секунд.
Следовательно, отмечается хорошая гомогенность гранулированной среды после смешивания (двух порошков с эквивалентной массой). Действительно, на основе фиг. 8 можно заключить, что при масштабе в несколько десятков микрон агрегаты порошков обоих видов являются относительно равнораспределёнными, размер агрегатов лишь незначительно варьирует (близок к размеру исходных смешиваемых порошков, составлявшему в данном случае около 5 мкм).
Изобретение использует различные технические приёмы, позволяющие, в частности, достигнуть желаемого уровня гомогенизации, такие, как :
- по меньшей мере частично улучшенная деагломерация порошков Р при суспендировании в криогенной текучей среде FC,
- повышение смачиваемости порошков Р при использовании сжиженного газа, образованного из криогенной текучей среды FC, которая является жидкостью со слабым поверхностным натяжением по сравнению с водой, поэтому ее предпочтительно используют без использования какой-либо добавки с трудом поддающейся удалению,
- перемешивание, близкое к режиму реактора идеального перемешивания, осуществляемое движением средств перемешивания, которые могут заставлять или не заставлять вибрировать суспензию, причём эти вибрации предпочтительно являются нестационарными для ограничения гетерогенных зон.
Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается описанными примерами осуществления. Специалистом могут быть привнесены в него разные изменения.
Изобретение относится к области получения гранулированных сред и, в частности, к смешиванию порошков, в частности актинидных порошков, и к их деагломерации/повторной агломерации для получения смеси с высокой гомогенностью при помощи криогенной текучей среды, называемой также криогенной средой. Устройство для смешивания порошков при помощи криогенной текучей среды содержит смесительную камеру для смешивания порошков, содержащую криогенную текучую среду и снабжённую средствами для формирования псевдоожиженного слоя порошков, камеру подачи порошков для обеспечения их введения в смесительную камеру, камеру подачи криогенной текучей среды для обеспечения ее введения в смесительную камеру, систему генерирования вибраций в псевдоожиженном слое порошков и систему управления системой генерирования вибраций. Изобретение обеспечивает оптимизацию процесса смешивания. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.
1. Устройство (1) для смешивания порошков (Р) при помощи криогенной текучей среды, отличающееся тем, что оно содержит:
- смесительную камеру (Е1) для смешивания порошков (Р), содержащую криогенную текучую среду (FC) и снабжённую средствами для формирования псевдоожиженного слоя (Lf) порошков,
- камеру (А1) подачи порошков (Р) для обеспечения введения порошков (Р) в смесительную камеру (Е1),
- камеру (В1) подачи криогенной текучей среды (FC) для обеспечения введения криогенной текучей среды (FC) в смесительную камеру (Е1),
- систему (Vb) генерирования вибраций в псевдоожиженном слое (Lf) порошков,
- систему (Sp) управления системой (Vb) генерирования вибраций.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подлежащие смешиванию порошки (Р) представляют собой актинидные порошки.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что криогенная текучая среда (FC) содержит слабогидрированную жидкость, которая представляет собой жидкость, содержащую не более одного атома водорода на молекулу жидкости и имеющую температуру кипения ниже температуры кипения воды.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит аналитическую систему (Ас) для анализа концентрации суспензии порошков (Р) и криогенной текучей среды (FС) в смесительной камере (Е1), работа которой управляется, в частности, управляющей системой (Sp).
5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что смесительная камера (Е1) выполнена таким образом, что введение в неё криогенной текучей среды (FC) обеспечивает псевдоожижение подлежащих смешиванию порошков (Р) в результате просачивания криогенной текучей среды (FC) через псевдоожижаемый слой (Lf) порошков.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что смесительная камера (Е1) содержит распределительную систему (Sd), в частности решетку или спечённую деталь, для распределения криогенной текучей среды (FC) по псевдоожиженному слою (Lf) порошков (Р) для обеспечения равномерного распределения криогенной текучей среды (FC) в псевдоожиженном слое (Lf).
7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что система (Vb) генерирования вибраций по меньшей мере частично расположена в псевдоожиженном слое (Lf) порошков (Р).
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что система (Vb) генерирования вибраций содержит сонотроды (So), введенные в псевдоожиженный слой (Lf) порошков (Р).
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что сонотроды (So) независимо управляются системой (Sp) управления для обеспечения периодического сдвига фаз между сонотродами (So) для создания нестационарных интерференций, улучшающих смешивание внутри псевдоожиженного слоя (Lf) порошков (Р).
10. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что сонотроды (So) выполнены с возможностью образования псевдохаотических колебаний типа осциллятора Ван дер Поля.
11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средства перемешивания в смесительной камере (Е1) для обеспечения смешивания порошков (Р), суспендированных в криогенной текучей среде (FC), содержащие, в частности, средства измельчения.
12. Устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что оно содержит систему электростатической зарядки порошков (Р), предназначенных для введения в смесительную камеру (Е1).
13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что одна часть порошков (Р) входит в контакт с частью системы электростатической зарядки для положительной электростатической зарядки, а другая часть порошков (Р) входит в контакт с другой частью системы электростатической зарядки для отрицательной электростатической зарядки, чтобы обеспечить дифференциальную локальную агломерацию.
14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что криогенная текучая среда (FC) представляет собой сжиженный азот.
15. Способ смешивания порошков (Р) при помощи криогенной текучей среды, отличающийся тем, что его осуществляют при помощи устройства (1) по любому из пп. 1-14, и тем, что он включает в себя следующие стадии:
а) введение предназначенных для смешивания порошков (Р) в смесительную камеру (Е1) через камеру (А1) подачи порошков (Р),
b) введение криогенной текучей среды (FC), предназначенной для обеспечения псевдоожижения псевдоожиженного слоя (Lf) порошков (Р), в смесительную камеру (Е1) через камеру (В1) подачи криогенной текучей среды (FC),
c) генерирование вибраций в суспензии порошков (Р) и криогенной текучей среды (CF) в смесительной камере (Е1) посредством системы (Vb) генерирования вибраций,
d) получение смеси, образованной из порошков (Р), после испарения криогенной текучей среды (FC).
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что в ходе первой стадии а) порошки подвергают электростатической зарядке по-разному, в частности противоположно, чтобы способствовать дифференциальной локальной агломерации.
17. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что он содержит стадию управления системой (Vb) генерирования вибраций посредством управляющей системы (Sр).
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ КОГЕЗИОННЫХ ПОРОШКОВ | 1995 |
|
RU2140319C1 |
| Смеситель сыпучих материалов | 1990 |
|
SU1713632A1 |
| Вибросмеситель | 1986 |
|
SU1393464A1 |
| СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ | 2007 |
|
RU2353424C1 |
| US 2004031754 A1, 19.02.2004 | |||
| EP 1864710 A1, 12.12.2007 | |||
| Экранированный воздухоподогреватель дутья в вагранке | 1958 |
|
SU117708A1 |
