Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Во время подготовительной обработки данных для конструирования демонстрационного завода тип разделительного элемента и рабочие условия были приняты неизменными и соответствующими современному состоянию разработок (табл. 5.1). Можно, однако, надеяться на значительное улучшение характеристик метода, которое будет достигнуто на основе дальнейшей оптимизации и исследований, относящихся к принципиальным сторонам технологии.
5.4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДА
Интенсивные исследования физических аспектов метода разделительного сопла продолжаются в Карлсруэ. Эти исследования относятся к теоретическому изучению вопросов газодинамики и диффузии, измерениям потоков в увеличенных моделях разделительного сопла и экспериментам по разделению UF6 в лабо-
251
раторном масштабе. В качестве примера рассмотрим подробнее некоторые разработки, касающиеся изображенных на рис. 5.2, в, г конструкций сопл.
Главная идея так называемых систем со встречными струями (см. рис. 5.2, в) заключается в том, чтобы избежать больших градиентов скорости и связанных с ними значительных потерь на внутреннее трение, имеющих место в устройствах, использующих механическое отклонение потока. На рис. 5.25 представлены ре-
4, %
V» И М } { * t i Ч>Лч
* t if t И i Ч
tv
Рис. 5.25. Результаты измерений потоков, выполненных для разделительной системы со встречными пас-ширяющимися струями: Стрелками показано локальное направление потоков тяжелого компонента смеси Не—SF6 с 4 °/о SFe. Коэффициенты расширения легкой и тяжелой фракций равны 2,0 и 1,4 соответственно (F — питание, Р — отбор, W — отвал)
-оа)
/
Ро
Рь
V
7,0 > кВтч
S)
кг ЕРР 2000
юв-2- ^о В)
1,0 1,5 г, о р0/р(
Рис. 5.26. Результаты экспериментов по разделению в системе со встречными струями смеси Н2—UFe. с 4 % UF6. Элементарный эффект разделения изотопов еА (а), коэффициент расширения тяжелой фракции Ро/Р/, для 0„=0,25 (б) и удельная энергия изотермического сжатия при идеальном процессе (в) представлены в зависимости от коэффициента расширения легкой фракции Р0/Р/,
зультаты измерений профиля гидродинамического потока, выполненных с помощью свободномолекулярных зондов [5.17] на смеси Не — SF6. Локальные направления скорости потока показаны стрелками для тяжелого компонента смеси. Очевидно, что в данной конфигурации достигаются большой угол отклонения и однородность кривизны линий тока. На рис. 5.26 приведены некоторые типичные результаты экспериментов по разделению изотопов, выполненных с такими системами [5.13]. В качестве рабочего газа использовали смесь Н2—UF6 с концентрацией UF6 4 %, коэффициент деления потока устанавливали равным 0и = О,25 с помощью регулировки противодавления тяжелой фракции. Экспериментальная кривая свидетельствует об удовлетворительных раз-
252
делительных характеристиках для малых значений коэффициента расширения. Элементарный коэффициент разделения изотопов урана ел превышает 1% при расширении легкой и тяжелой фракций в 1,6 и 1,2 раза соответственно. Удельные энергозатраты Es, которые определяются отношением работы изотермического сжатия к работе разделения, достигают минимального значения — 2500 кВт-ч/кг ЕРР.
Vucjio Рейнольдса
Рис. 5.27. Характеристики разде- Рис. 5.28. Поперечное сечение раз-лительиого сопла, показанного иа делительной системы с двойным от-
рис. 5.2, г. Максимальное значение клонением потока
противодавления тяжелой фракции Р™ах может превышать давление на входе Р0
Несмотря на то что система со встречными струями лентообразной формы характеризуется относительно небольшими потерями на трение в зоне отклонения, потери в каналах, используемых для питания и отбора газа, при разумных геометрических параметрах сравнительно высоки. Более благоприятные результаты можно ожидать для систем с вращательной симметрией (см. рис. 5.2, г). При этом за счет быстрого возрастания размера каналов в радиальном направлении скорости потоков и определяемые ими потери существенно уменьшаются с увеличением расстояния от зоны разделения.
Разделительные характеристики кольцевого сопла обычно не сильно отличаются от соответствующих параметров системы со встречными струйными потоками. Удельные энергозатраты при этом несколько ниже, как и ожидалось, в силу более благоприятной конфигурации каналов питания и отбора. Незначительность потерь на трение в таком устройстве так же, как и эффективное ускорение гексафторида урана в потоке легкого вспомогательного газа, наглядно демонстрируется тем фактом, что максимум противодавления phmax тяжелой фракции, в которой концентрируется UF6, может даже превышать давление на входе ро (рис. 5.27). Исследования показывают, что концепция динамиче-
253
ского отклонения потока может рассматриваться как многообещающий подход к дальнейшему усовершенствованию метода разделительного сопла.
Другое направление в развитии метода разделительного сопла связано с созданием так называемой системы двойного отклонения потока [5.11, 5.28] (рис. 5.28). В этом устройстве тяжелая фракция обычной системы разделяется еще раз с помощью непосредственно связанного с ней второго сопла, в результате чего образуются три фракции. В простейшем случае промежуточная фракция возвращается на всасывание компрессора внутри ступени. Разделительный эффект в такой системе значительно выше, чем в обычной. Оптимальное значение коэффициента деления потока 0„, которое равно lU для обычной системы, возрастает до ]/з в случае устройства с двумя соплами, поскольку часть тяжелой фракции первого сопла рециркулирует внутри разделительной ступени. Это приводит к уменьшению на 35% числа разделительных ступеней, необходимых для достижения заданных значений концентраций продукта в отборе и отвале. Несмотря на то что производительность по UF6 для системы с двойным отклонением потока уменьшается вследствие рециркуляции промежуточной фракции, ее разделительная мощность несколько выше, чем в случае обычного устройства с одним соплом. Это приводит к более благоприятным значениям для удельных энергозатрат и удельного объемного расхода на всасывании.
