Установка для сушки радиоактивных ионообменных смол Российский патент 2023 года по МПК G21F9/04 

Заявляемое изобретение относится к устройствам обращения с жидкими радиоактивными отходами, в частности, с радиоактивными ионообменными смолами с получением продукта, пригодного для долговременного хранения.

Известна установка для сушки радиоактивных ионообменных смол (Патент на изобретение 2735858 РФ МПК G21F 9/04 (2006.01). Установка для сушки радиоактивных ионообменных смол [Текст] / Мотыженкова Е.А., Пьянкова Е.Н., Соснина Ю.Н.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество "Научно-исследовательское проектно-технологическое бюро "Онега" (АО "НИПТБ "Онега") - №2020118143; заявл. 02.06.2020; опубл. 09.11.2020, Бюл. №31), включающая в себя термореактор, включающий в себя цилиндрическую емкость и герметично закрывающуюся крышку, нагреватель, расположенный на наружной поверхности термореактора, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход - с магистралью для отвода воздуха, термореактор включает в себя мешалку, установленную на герметично закрывающейся крышке внутри термореактора и снабженную побудителем вращения, цилиндрическая емкость термореактора выполнена съемной, а нагреватель выполнен с возможностью разделения на две части и включает в себя нагревательный контур, заполненный хладагентом, и включает в себя теплообменник, соединенный с источником тепла, компрессор, конденсатор, редукционный клапан и инфракрасные нагреватели, причем конденсатор выполнен таким образом, что в собранном положении нагревателя он охватывает цилиндрическую емкость термореактора.

Эта конструкция наиболее близка к заявляемому техническому решению, поэтому принята в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является высокое энергопотребление при выполнении сушки радиоактивных ионообменных смол.

Суть заявляемого технического решения заключается в том, что в известной установке для сушки радиоактивных ионообменных смол, включающей в себя термореактор, включающий в себя цилиндрическую емкость и герметично закрывающуюся крышку, нагреватель, расположенный на наружной поверхности термореактора, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход - с магистралью для отвода воздуха, термореактор включает в себя также мешалку, установленную на герметично закрывающейся крышке внутри термореактора и снабженную побудителем вращения, цилиндрическая емкость термореактора выполнена съемной, а нагреватель выполнен с возможностью разделения на две части и включает в себя нагревательный контур, заполненный хладагентом, и включает в себя теплообменник, соединенный с источником тепла, компрессор, конденсатор, редукционный клапан и инфракрасные нагреватели, причем конденсатор выполнен таким образом, что в собранном положении нагревателя он охватывает цилиндрическую емкость термореактора, к магистрали между термореактором и конденсатором паров воды добавлен паровой эжектор, к нагревательному контуру, заполненному хладагентом, добавлена дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом, и включающая в себя насос подачи хладагента и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды.

Таким образом, заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что к магистрали между термореактором и конденсатором паров воды добавлен паровой эжектор, к нагревательному контуру, заполненному хладагентом, добавлена дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом, и включающая в себя насос подачи хладагента и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды.

Сравнительный анализ данного технического решения с другими показал, что совокупность признаков заявляемого технического решения позволит сократить энергопотребление при выполнении сушки радиоактивных ионообменных смол.

Применение парового эжектора позволит собирать пар, выделяемый при сушке радиоактивных ионообменных смол.

Дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом, и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды производить нагрев хладагента за счет тепловой энергии пара, выделяемого при сушке радиоактивных ионообменных смол.

Насос подачи хладагента позволит прокачивать хладагент через дополнительную отключаемую ветку.

На фиг. 1 изображена схема установки для сушки радиоактивных ионообменных смол при выполнении циклов циркуляции с дополнительной отключаемой веткой в отключенном положении, с подачей низкопотенциального тепла.

На фиг. 2 изображена схема установки для сушки радиоактивных ионообменных смол при выполнении циклов циркуляции с дополнительной отключаемой веткой в подключенном положении, без подачи низкопотенциального тепла.

Устройство включает в себя съемную цилиндрическую емкость 1, установленную на донном основании 2, и нагреватель 3. В герметично закрывающейся крышке цилиндрической емкости 1 размещена мешалка 4, которая приводится в движение побудителем вращения 5. На герметично закрывающейся крышке установлен вакуумный насос 6.

На каждой части нагревателя 3 с внутренней стороны проложен конденсатор 7, выполненный таким образом, что в собранном положении нагревателя он плотно охватывает цилиндрическую емкость 1, входящий в состав контура циркуляции хладагента.

К герметично закрывающейся крышке подведена магистраль вывода конденсата, на которой установлен паровой эжектор 8. Паровой эжектор 8 соединен с конденсатором паров воды 9. Конденсатор паров воды 9 соединен с конденсатоотводчиком 10, который соединен с насосом вывода конденсата 11 и фильтром для очистки от радиоактивных аэрозолей 12. Насос вывода конденсата 11 соединен со специальной емкостью для сбора жидких радиоактивных отходов 13.

Контур циркуляции хладагента состоит из теплообменника 14, соединенного с источником тепла (на схеме не показан), компрессора 15, конденсатора 7, выполненного таким образом, что в собранном положении нагревателя плотно охватывает цилиндрическую емкость термореактора, редукционного клапана 16, насоса подачи хладагента 17.

Заявляемая установка работает следующим образом. Для выполнения сушки радиоактивные ионообменные смолы загружаются в съемную цилиндрическую емкость 1, в качестве которой может быть использована, например, стандартная бочка типа Б31А-216,5. Съемную цилиндрическую емкость 1 устанавливают на донное основание 2 так, чтобы обе части нагревателя 3 охватывали боковые стенки съемной цилиндрической емкости, затем части нагревателя 3 фиксируют между собой, например замком. Со съемной цилиндрической емкости 1 снимают стационарную крышку, если она есть, и закрывают герметично закрывающейся крышкой.

В начале процесса сушки радиоактивных ионообменных смол цикл циркуляции хладагента проходит в контуре, показанном на фиг.1, при этом дополнительная отключаемая ветка находится в отключенном положении. В теплообменник 14 поступает низкопотенциальное тепло, например, удаляемый из помещения вентиляционный воздух, подводимый при помощи компрессора. Теплообменник 14 заполнен хладагентом, например марки R114, который находится в жидком состоянии и имеет низкое давление.

Хладагент, проходя через теплообменник 14, нагревается до температуры кипения, которая, например, для хладагента R114 составляет плюс 3,6°С, переходит из жидкого состояния в газообразное, далее нагревается до температуры теплоносителя, в данном случае до плюс 6°С.

Далее хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор 15, где происходит сжатие хладагента, за счет резкого увеличения давления происходит повышение температуры хладагента до температуры, требуемой для начала парообразования радиоактивных ионообменных смол (плюс 50-60°С).

Затем хладагент в виде горячего газа поступает в конденсатор 7, где хладагент отдает свое тепло стенке съемной цилиндрической емкости 1 и переходит из газообразного состояния в жидкое.

При прохождении охлажденным хладагентом редукционного клапана 16, его давление понижается, хладагент расширяется, вследствие чего его температура падает. Хладагент охлаждается до первоначальной температуры и в жидком состоянии поступает в теплообменник 14.

После срабатывания редукционного клапана 16 циклы циркуляции проходят по контуру, представленному на фиг. 2, при этом дополнительная отключаемая ветка находится в подключенном положении. В теплообменник 14 перестает подаваться низкопотенциальное тепло, жидкий хладагент при помощи насоса подачи хладагента 17 попадает в конденсатор паров воды 9, где получает тепло пара, выделяемого при сушке радиоактивных ионообменных смол, и переходит из жидкого состояния в газообразное. Далее хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор 15, где происходит сжатие хладагента, за счет резкого увеличения давления происходит повышение температуры хладагента до температуры, требуемой для начала парообразования радиоактивных ионообменных смол (плюс 50-60°С).

Хладагент в виде горячего газа попадает в конденсатор 7, где вновь отдает тепло стенке съемной цилиндрической емкости 1, затем хладагент попадает в редукционный клапан 16, где давление хладагента падает, падает его температура и хладагент снова переходит из газообразного состояния в жидкое и попадает в теплообменник 14, затем цикл повторяется до завершения процесса сушки.

Влажный пар из съемной цилиндрической емкости 1 отводится при помощи парового эжектора 7, далее попадает в конденсатор паров воды 9, где отдает часть тепла хладагенту, и попадает в конденсатоотводчик 10. Конденсат собирается с помощью насоса вывода конденсата 11 в специальную емкость для сбора жидких радиоактивных отходов 13, а газообразная фаза проходит через фильтр для очистки от низкоактивных аэрозолей 12 и выбрасывается в атмосферу.

В съемной цилиндрической емкости 1, стенки которой нагреты до температуры, требуемой для выпаривания воды из радиоактивных ионообменных смол (плюс 50-60°С) происходит сушка радиоактивных ионообменных смол, с одновременным вращением мешалки 4, например, рамочного типа, для равномерного нагрева радиоактивных ионообменных смол по всему внутреннему объему съемной цилиндрической емкости 1. Одновременно с этим вакуумный насос 6 создает разрежение внутри съемной цилиндрической емкости 1.

Данный процесс сушки выполняется до тех пор, пока идет парообразование.

Затем выполняют отбор пробы влагосодержания радиоактивных ионообменных смол, находящихся в съемной цилиндрической емкости 1. Если влагосодержание радиоактивных ионообменных смол выше значения, допустимого по нормативу, то проводится досушивание ионообменных смол до требуемого влагосодержания, например, при помощи инфракрасных нагревателей, после чего проба проводится повторно.

Если проба для определения влагосодержания показала влагосодержание радиоактивных ионообменных смол, равное или ниже допустимого значения, то со съемной цилиндрической емкости 1 снимается герметично закрывающаяся крышка вместе с мешалкой, далее съемная цилиндрическая емкость 1 закрывается стационарной крышкой и герметично запечатывается.

Запечатанная съемная цилиндрическая емкость 1 передается на хранение в специализированную организацию.

Заявляемое изобретение позволит уменьшить энергопотребление при проведении сушки радиоактивных ионообменных смол.

Изобретение относится к устройствам обращения с жидкими радиоактивными отходами, в частности с радиоактивными ионообменными смолами с получением продукта, пригодного для долговременного хранения. Установка для сушки радиоактивных ионообменных смол включает в себя съемную цилиндрическую емкость, установленную на донном основании, и нагреватель. В герметично закрывающейся крышке цилиндрической емкости размещена мешалка. Нагреватель плотно охватывает цилиндрическую емкость. К герметично закрывающейся крышке подведена магистраль вывода конденсата, на которой установлен паровой эжектор. Паровой эжектор соединен с конденсатором паров воды. Конденсатор паров воды соединен с конденсатоотводчиком, который соединен с насосом вывода конденсата и фильтром для очистки от радиоактивных аэрозолей. Насос вывода конденсата соединен со специальной емкостью для сбора жидких радиоактивных отходов. Контур циркуляции хладагента состоит из теплообменника, соединенного с источником тепла, компрессора, конденсатора, выполненного таким образом, что в собранном положении нагревателя плотно охватывает цилиндрическую емкость термореактора, редукционного клапана, насоса подачи хладагента. Изобретение позволяет уменьшить энергопотребление при проведении сушки радиоактивных ионообменных смол. 2 ил.

Установка для сушки радиоактивных ионообменных смол, включающая в себя термореактор, включающий в себя цилиндрическую емкость и герметично закрывающуюся крышку, нагреватель, расположенный на наружной поверхности термореактора, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход - с магистралью для отвода воздуха, термореактор включает в себя также мешалку, установленную на герметично закрывающейся крышке внутри термореактора и снабженную побудителем вращения, цилиндрическая емкость термореактора выполнена съемной, а нагреватель выполнен с возможностью разделения на две части и включает в себя нагревательный контур, заполненный хладагентом, и включает в себя теплообменник, соединенный с источником тепла, компрессор, конденсатор, редукционный клапан и инфракрасные нагреватели, причем конденсатор выполнен таким образом, что в собранном положении нагревателя он охватывает цилиндрическую емкость термореактора, отличающаяся тем, что к магистрали между термореактором и конденсатором паров воды добавлен паровой эжектор, к нагревательному контуру, заполненному хладагентом, добавлена дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом и включающая в себя насос подачи хладагента и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды.