Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
* Термин «равновесное разделение» характеризует условия, в которых баро-Диффузия уравновешивается обычной диффузией, вызванной градиентом концентрации. Для заданного коэффициента деления потока эффект изотопного разделения не может превышать своего характерного максимального значения даже в случае бесконечно большой скорости потока в силу того, что при увеличении скорости потока UF6 концентрируется во все более узком слое. Теоретическое значение верхнего предела для равновесного разделительного эффекта дается выражением
= mh — ml 1п ди ?А, max гпи Вц — I •
237
в обоих случаях одинаковы. Кривые построены для различных значений диффузионного параметра <paD/Ru- При заданных характерных размерах сопла диффузионный параметр обратно пропорционален давлению на входе и скорости газового потока. Для каждого значения диффузионного параметра элементарный эффект разделения ел при изменении ф' проходит через максимум. Значение этого максимума заметно превосходит равновесный раз-
0 0,5 0 0,5 v'=f/fA
а) 5)
Рис. 5.4. Зависимость элементарного эффекта разделения изотопов урана гАг рассчитанная для возрастающего (а) и убывающего (б) в азимутальном направлении отношений направленной и тепловой скорости StiFe, от угла отклонения ср' = ф/фд, нормированного на положение отсекателя [5.16]
делительный эффект za°° (на рисунке — пунктирная линия). С возрастанием диффузионного параметра положение максимума смещается в сторону больших значений угла ср'. В случае ускоряющегося потока (см. рис. 5.4, а) абсолютный максимум несколько выше и достигается при существенно меньшем диффузионном параметре. Таким образом, ускоряющийся поток способствует развитию более высокой разделительной мощности (в расчете на единицу длины сопла), чем замедляющийся.
5.2.2. Оптимизация рабочих условий
Несмотря на то что важнейшие стороны газодинамических и диффузионных явлений в разделительном сопле могут быть удовлетворительно описаны теоретически, для оптимизации системы разделительных сопл необходимо проводить многочисленные эксперименты по разделению UF6. В этих исследованиях значения параметров, которые не могут быть оптимизированы независимо один от другого, должны варьироваться. При этом геометрические характеристики и условия эксплуатации разделительной системы
238
следует выбирать таким образом, чтобы итоговая стоимость единицы разделительной работы всего завода была, возможно, более низкой.
Рисунок 5.5 иллюстрирует процедуру оптимизации [5.17]. Разделительный эффект получают для различных значений давления на входе и коэффициента расширения; все другие параметры—
остаются неизменными. Из этих результатов получают приближенную формулу, которая очень хорошо описывает зависимость разделительного эффекта от давления на входе и коэффициента расширения. С помощью найденного эмпирического соотношения
Р,
з
' 2
7
А
р,
з
2
1
О 10 20 30 о0,ммрт.ст. О 10 20 30рй,шртвт.
в) г)
Рис. 5.5. Влияние давления на входе Р0 и коэффициента расширения Я о/Л на эффект разделения ел; удельная работа сжатия Es, удельный объемный расход на всасывании и коэффициент стоимости, определенные для разделительной системы лабораторного масштаба (смесь H2/UF6 с 4 % UFe*
6=1/4)
можно вычислить удельные энергетические затраты, удельный объемный расход на всасывании и удельную длину щели разделительного сопла для всего диапазона условий, представляющих интерес. Рассчитанные величины анализируют с точки зрения технологических и экономических аспектов разделительного завода промышленного масштаба и определяют коэффициент стоимости для сравнения затрат, имеющих место в случае исследуемой системы, и затрат на эталонное устройство с фиксированными рабочими условиями. Результаты анализа, который проводится непрерывно во время оптимизации, используют для выбора условий проведения дальнейших экспериментов по определению оптимальных рабочих параметров разделительной системы.
23»
5.2.3. Стабилизация распределения концентрации UF6 вдоль каскада
Как и в других методах обогащения, первичный эффект, реализуемый в каждом из разделительных элементов, должен быть «умножен» посредством каскадирования.
В качестве примера на рис. 5.6 показано шесть разделительных ступеней (с номерами от S до S-5), соединенных в каскад с общим отбором, равным нулю, и действующих при коэффициен-
Рис. 5.6. «Умножение» элементарного эф- Рис. 5.7. Схема деления потоков
фекта разделения в каскаде (Lu — моляр- в каскаде при 0 = 1/4
ный поток UF6; Lz — молярный поток лег- ..
кого вспомогательного газа. Из сообра- ;
жений простоты коэффициент деления по- I
тока 0 принят равным 1/2, а общий отбор — нулю. Из рисунка следует, что, несмотря на высокую степень разделения гексафторида ураиа и вспомогательного газа, все ступени работают при одинаковой концентрации смеси)
те деления потока 0„ = О,5. Очевидно, что, несмотря на высокую степень разделения гексафторида урана и вспомогательного газа, все ступени работают при одной концентрации смеси. Поток вспомогательного газа (20г—1 )LZ вместе с содержащимся в нем UF6 поступает в верхнюю часть каскада и направляется в устройство возврата UF6 в цикл, где гексафторид урана отделяется от вспомогательного газа. В то время как вспомогательный газ переносится в нижнюю часть каскада, гексафторид урана направляется в буферную систему. В дальнейшем он поступает с постоянной скоростью в качестве питания на вход 5-ступени.
