43

СОДЕРЖАНИЕ

ВЫПАРИВАНИЕ 3

ВЫБОР ВЫПАРНОГО АППАРАТА 5

ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ 6

АППАРАТЫ СО СВОБОДНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ РАСТВОРА 7

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ АППАРАТЫ С НАПРАВЛЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ 8

АППАРАТЫ С ВНУТРЕННЕЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ КАМЕРОЙ И ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ТРУБОЙ 8

АППАРАТЫ С ПОДВЕСНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ КАМЕРОЙ 9

АППАРАТЫ С ВЫНОСНЫМИ ЦИРКУЛЯЦИОННЫМИ ТРУБАМИ 11

АППАРАТЫ С ВЫНОСНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ КАМЕРОЙ 11

АППАРАТЫ С ВЫНЕСЕНОЙ ЗОНОЙ КИПЕНИЯ 13

ПРЯМОТОЧНЫЕ (ПЛЕНОЧНЫЕ) АППАРАТЫ 13

ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ 14

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ 15

ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ВЫПАРНОГО АППАРАТА И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ 16

ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРА, ПОСТУПАЮЩЕГО НА УПАРИВАНИЕ 18

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА УПАРИВАНИЯ 20

АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА 21

РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРЫ НА ЗАДАННУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ 23

9. Вычисление количества трубок 30

РАСЧЕТ ЧИСЛА КОЛПАЧКОВО – СИТЧАТЫХ ТАРЕЛОК ДЛЯОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ С МЭД = 0,005 мкр/с.л. 30

2. Построение графика изменения составов жидкости и пара от температуры 32

a. для построения рабочей линии найдем флегмовое число 32

д. найдем точку пересечения рабочих линий верхней и нижней части колонны 33

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 34

ЗАТРАТЫ НА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 34

ЭНЕРГОЗАТРАТЫ 35

ОСНОВНАЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЗАРПЛАТА 35

ОТЧИСЛЕНИЯ НА ФОТ 35

АМОРТИЗАЦИОННЫЕ ОТЧИСЛЕНИЯ 35

КАЛЬКУЛЯЦИЯ ЦЕХОВОЙ И ЗАВОДСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ЗАТРАТ НА ПРОВЕДЕНИЕПРОЦЕССА 36

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 36

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕМОНТА ВЫПАРНОГОАППАРПТА 36

2. ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ В ЕМКОСТЯХ И КАНЬОНАХ 38

З. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ РАДОАКТИВНЫХ РАСТВОРОВ 39

4.ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 40

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРОВЗРЫВО БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ НОРМАЛЬНОМ ХОДЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41

ЛИТЕРАТУРА 42

Рост промышленности и народонаселения земного шара неразрывно связан с увеличением потребности человечества в энергии.

В связи с постоянно увеличивающимися темпами энергопотребления и неизбежностью уменьшения запасов традиционных видов топлива одним из ведущих направлений энергетической политики в расчете на длительную перспективу является переход к атомной энергетике.

Атомная энергетика и ее топливный цикл представляют собой сложный многостадийный комплекс атомных электростанций и разнообразных производств.

На предприятиях атомного топливного цикла образуются жидкие, твердые и газообразные отходы, содержащие большое количество радионуклидов. При этом в отходах предприятий по добыче руды и переработке урана присутствуют в основном естественные радионуклиды (природный уран и продукты его распада), а в отходах атомных электростанций и при регенерации облученных твэлов – искусственные радионуклиды (продукты деления и трансурановые элементы), имеющие высокую активность.

Среди важнейших проблем ядерного топливного цикла наиболее сложная и неотложная – проблема обезвреживания радиоактивных отходов, и их безопасного хранения и удаления.

В процессе эксплуатации атомных электростанций и в процессе работы радиохимических заводов неизбежно образование жидких отходов, содержащих радионуклиды в количествах, не допускающих их сброс в окружающую среду.

Один из источников образования жидких радиоактивных отходов – нейтронная активация охлаждающего агента и содержащихся в нем примесей.

Другой источник образования жидких радиоактивных отходов – промывка контура для удаления отложений продуктов коррозии с его поверхности.

Больший объем жидких радиоактивных отходов образуется при регенерации отработавших твэлов.

В результате регенерации ядерного топлива образуются жидкие радиоактивные отходы различного уровня активности. Свыше 99% продуктов деления попадает в ВАО (высокоактивные отходы, растворы, при хранении которых необходимо охлаждение).

Наряду с ВАО при регенерации образуются отходы САО (среднеактивные отходы) и НАО (низкоактивные отходы). К ним относятся растворы от отмывки экстрагентов, пульпы и регенераты органических сорбентов, пульпы неорганических сорбентов, используемых для очистки вод бассейнов хранилищ твэлов, растворы после дезактивации технологического оборудования и помещений и другие. Эти отходы содержат менее 1% всех радионуклидов, попадающих на регенерационные заводы, однако их объем во много раз превышает объем высокоактивных отходов.

К САО относятся также отработавшие экстрагенты и разбавители. Происхождение САО и НАО определяет большое разнообразие их химического состава. В отличие от высокоактивных такие растворы могут содержать различные органические соединения, используемые для дезактивации [2].

Жидкие радиоактивные отходы должны быть сконцентрированы для обеспечения безопасности обработки и хранения. Это достигается за счет уменьшения их объема методом упаривания, сорбции на осадках малого объема и отвердения. Конечный продукт должен иметь устойчивость к механическим, химическим воздействиям и к собственному ионизирующему облучению, а также хорошо проводить генерируемую в отходах теплоту.

ВАО, образующиеся при экстракции урана и плутония в процессе переработки топлива, концентрируются путем выпаривания, при этом их объем уменьшается в десятки раз [3].

В настоящее время на радиохимических предприятиях схема переработки жидких ВАО предусматривает операцию выпаривания, как эффективный и относительно дешевый способ сокращения объемов жидких ВАО, концентрирование радиоактивных веществ в относительно малом объеме и отгонки основной массы воды в виде неактивного или малоактивного конденсата, обращение с которым намного проще.

Такое упаривание сокращает объем жидких ВАО, подлежащих последующему длительному хранению в емкостях, что имеет большой экономический эффект.

Достоинством процесса упаривания азотнокислых растворов является регенерация азотной кислоты, отгоняемой при упаривании и возвращаемой в цикл.

Выпаривание

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или мало летучих веществ.

Выпариванию подвергаются растворы твёрдых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, – некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и другие. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителей в чистом виде.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объёма раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным.

Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.

Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.

Тепло, необходимое для выпаривания растворов, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование раствора осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.

Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном или атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание одного килограмма растворителя.

При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата, снижает скорость коррозии конструкционных материалов выпарных аппаратов и арматуры. В случае полезной одинаковой разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температура, давление). Вследствие этого выпаривание под вакуумом широко применяют для концентрирования высококипящих растворов, например растворов щелочей, а также для концентрирования растворов с использованием теплоносителя (пара) невысоких параметров.

Применение вакуума даёт возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем, при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройство для создания вакуума (конденсаторы, эжекторы, ловушки, вакуумные насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.

При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд, несвязанных с процессом выпаривания.

При выпаривании под атмосферным давлении вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.

Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус.

В химической промышленности применяется в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия [1].