Способ обогащения многокомпонентной изотопной смеси промежуточным компонентом Советский патент 1992 года по МПК B01D59/00 

Изобретение относится к разделению изотопных смесей и может быть использовано при производстве изотопов, а также в атомной энергетике, химической промышленности и других областях народного хозяйства.

Для получения изотопного продукта, обогащенного промежуточным компонентом многокомпонентной смеси, в разделительной практике широко используют специальные каскадные установки, состоящие из двух последовательно соединенных

каскадов из разделительных ступеней или колонн.

При этом поток питания исходного состава подают в промежуточную ступень каскада предварительного обогащения. Из первой его ступени отводят поток отвала, обедненный по нулевому компоненту, а из последней - поток отбора, обогащенный по целевому компоненту.

Поток отбора этого каскада используют в качестве потока питания каскада последующего обогащения, подаваемого в промежуточную его ступень. Из первой ступени каскада последующего обогащения отводят поток отбора, а из последней - поток отвала, обогащенные и обедненные по целевому продукту соответствии но.

Высокое обогащение промежуточного компонента требует применения установок, состоящих из большого количества разделительных ступеней, что связано со значи- тельными материальными и энергетическими затратами.

Недостатком каскадных установок с большим количеством ступеней является высокая продолжительность переходных периодов, в течение которых на .ступенях каскадов устанавливается равновесное распределение концентраций компонентов смеси.

При использовании двухфазных методов разделения в колоннах, таких, как ректификация и химический изотопный обмен, продолжительность этого периода может составить от нескольких месяцев до нескольких лет.

Наиболее близким по технической сути является способ, при котором первоначально осуществляют заполнение смесью исходного состава разделительной каскадной установки, содержащей каскад предварительного и последующего обогащения. На следующем этапе в промежуточную ступень каскада предварительного обогащения подают поток питания исходного состава, из первой его ступени отводят поток отвала, обедненной по целевому компоненту, а из последней его ступени - обогащенный по целевому компоненту поток отбора, который в количестве потока питания подают в промежуточную ступень каскада последующего обогащения.

Из первой ступени этого каскада отводят обогащенный по целевому компоненту поток отбора, а из последней ступени - обедненный по целевому компоненту поток отвала.

В переходном режиме работы каскадной установки осуществляют изменение величин потоков отбора и отвала обоих каскадов.

Режим изменения величин потоков в каскадной установке основан на последовательном чередовании состояний с выключенными потокам отбора и отвала каскада последующего обогащения и позволяет добиться сокращения, продолжительности переходного периода на 30-40%,

0 Однако для разделяемых смесей с малыми концентрациями целевого промежуточного компонента указанный способ оказывается малоэффективным за счет медленного концентрирования в каскаде пред5 варительного обогащения и связанного с этим существенного увеличения продолжительности переходного периода в каскаде последующего обогащения и в каскадной установке в целом, которая для двухфазных

0 методов может составлять до 10 сут,

Надежная безаварийная эксплуатация каскадов в течение столь значительного времени сопряжена с большими технологическими трудностями.

5 Целью изобретения является снижение продолжительности переходного периода при обогащении многокомпонентной изотопной смеси промежуточным компонентом.

0 Изменение в течение переходного периода величин потоков отбора и отвала разделительной каскадной установки позволяет обеспечить максимальную скорость накопления промежуточного целевого

5 компонента на ступенях установки с последующим быстрым увеличением его концентрации на отборной ступени.

Способ обогащения многокомпонентной изотопной смеси промежуточным ком0 понентом включает заполнение смесью исходного состава разделитедьной каскадной установки, состоящей из каскада предварительного и каскада окончательного обогащения. В промежуточную ступень кас5 када предварительного обогащения подают поток питания исходного состава, из первой его ступени отводят поток отвала, обедненный по целевому промежуточному компоненту, а из последней его ступени 0 обогащенный по целевому промежуточному компоненту поток отбора, который подают в промежуточную ступень каскада окончательного обогащения. Из первой ступени этого каскада отводят поток отбора, а ия

5 последней ступени - поток отвала. В течение .переходного периода после первона- чального заполнения каскадов в них производят изменение величин потоков отбора и отвала. Изменение величин потоков отбора и отвала в каскадах предварительного и окончательного обогащения осуществляют таким образом, что первоначально отводят поток отвала при выключенном потоке отбора, затем отводят поток отбора при выключенном потоке отвала с последу- ющим его повторным отводом по достижении в потоке отбора номинальной концентрации промежуточного целевого компонента, а для заполнения каскада окончательного обогащения используют по- ток отбора каскада предварительного обогащения после повторного отвода из него потока отвала. Указанная последовательность изменения величин потоков отборов и отвалов позволяет свести к минимуму за- траты времени в переходном режиме работы каждого из каскадов.

Кроме того, поскольку запуск и первоначальное заполнение каскадов осуществляют раздельно - сначала каскад предварительного обогащения, а затем каскад окончательного обогащения, в каскаде окончательного обогащения исходное содержание целевого промежуточного компонента значительно превышает его исходное содержание для каскада предварительного обогащения, что позволяет дополнительна снизить время достижения номинального значения его концентрации в потоке отбора.

Пример. Использована каскадная установка для обогащения природной смеси изотопов кислорода промежуточным изотопом 170 до концентрации 60% методом низкотемпературной ректификации оксида азота.

Параметры каскадов предварительного и окончательного обогащения приведены в таблице.

Продолжительность переходного пери- ода в этой установке в режиме ее эксплуатации без изменения величин потоков отбора и отвала составляет Тпр 1,1 -103 сут, т.е. более чем 3 года.

При использовании известного измене- ния потоков, который включает изменение во времени потоков отбора и отвала каскада окончательного обогащения, переходный период может быть сокращен и составляет время Тпр (7-8) -102 сут.

Продолжительность переходного периода составляет

T ,- (1)

где ti и t2 - время повторного отвода отвала в каскадах предварительного и окончатель- ного обогащения, соответственно;

t - время заполнения каскада оконча- тельного обогащения потоком отбора каскада предварительного обогащения

t Q.N2/P2,

где Q- задержка вещества на ступени каскада окончательного обогащения, равная 7, моль, Na количество теоретических ступеней в каскаде окончательного обогащения,

Периоды времени ц и t2 слагаются из продолжительной стадии работы каскадов в режиме с отводом отвала и выключенным отбором t1 и в режиме с отводом отбора и выключенным отвалом t2 до момента его повторного отвода.

Полная продолжительность переходного периода составляет

T t1 + t12 + t + t21 +t22

Для рассмотренного каскада продолжительности стадий переходного процесса следующие: ti1 ЧП rvr tr 20 сут, t 70 сут, t21 200 сут, t22 110 сут.

Полная продолжительность переходного периода составляет 430 сут, т.е. в 1,6-1,9 раза меньше, чем при использовании известного способа.

Использование предлагаемого способа позволяет снизить продолжительность переходного периода работы каскадной установки, что может быть выражено в экономии энергетических и сырьевых затрат на производство единицы продукта с заданным обо- гащением целевого промежуточного компонента. Применение способа наиболее эффективно при обогащении многокомпонентной изотопной смеси целевым промежуточным компонентом, имеющим малое содержание в исходном составе разделяемой смеси.

Формула изобретения

Способ обогащения многокомпонентной изотопной смеси промежуточным компонентом, включающий заполнение смесью исходного состава разделительной каскадной установки, состоящей из каскада предварительного и каскада окончательного обогащения, подачу в промежуточную ступень каскада предварительного обогащения потока питания исходного состава, отвод из первой его ступени потока отвала и отвод из последней ступени потока отбора, подачу потока отбора каскада предварительного обогащения в промежуточную ступень каскада окончательного обогащения, отвод из первой ступени этого каскада потока отбора и отвод из последней его ступени потока отвала, изменение величин потоков отбора и отвала обоих каскадов в течение переходного периода после заполнения каскадов, отличающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности переходного периода, изменение величин потоков отбора и отвала обоих каскадов осуществляют так, что первоначально отводят поток отвала при выключенном потоке отбора, затем отводят поток отбора при выпотоке отбора номинальной концентрации промежуточного целевого компонента, а для заполнения каскада окончательного обогащения используют поток отбора касключенном потоке отвала с последующим 5 када предварительного обогащения после его повторным отводом по достижении в повторного отвода из него потока отвала,

потоке отбора номинальной концентрации промежуточного целевого компонента, а для заполнения каскада окончательного обогащения используют поток отбора кас

Использование: при производстве изотопов, а также в атомной энергетике, химической промышленности и других областях народного хозяйства. Сущность изобретения: способ обогащения промежуточного компонента при разделении многокомпонентной изотопной смеси включает первоначальное заполнение смесью исходного состава разделительной каскадной установки, содержащей каскад предварительного обогащения и каскад последующего обогащения, подачу в промежуточную ступень каскада предварительного обогащения потока питания исходного состава, отвод из первой его ступени обедненного по целевому компоненту потока отвала и отвод из последней его ступени обогащенного по целевому компоненту потока отбора, подачу потока отбора каскада предварительного обогащения в качестве потока питания в промежуточную ступень каскада последующего обогащения, отвод из первой ступени этого каскада обогащенного по целевому компоненту поток отбора и отвода из последней его ступени обедненного по целевому компоненту потока отвала, изменение величин потоков отбора и отвала обоих каскадов в течение переходного периода после первоначального заполнения каскадов. Изменение величин потоков отбора и отвала обоих каскадов осуществляют таким образом, что первоначально отводят поток отвала при выключенном потоке отбора, затем отводят поток отбора при выключенном потоке отвала с последующим его повторным включением по достижении в потоке отбора номинальной концентрации целевого компонента, а для первоначального заполнения каскада последующего обогащения используют поток отбора каскада предварительного обогащения после повторного включения в нем потока отвала. 1 табл. (Л 2 сл о