Процессы и аппараты урановых производств Курс лекций Ассистент кафедры ХТРЭ Кантаев Александр Сергеевич МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 1

Лекция 9 Ионообменная сорбция урана из растворов 2

Сорбционно-десорбционные каскады 3 Рисунок – 1 Каскад непрерывного действия из пульсационных колонн для очистки РЗЭ (а) и извлечения урана из плотных пульп (6): 1 - колонна отмывки сорбента от исходного раствора; 2, 3 сорбционные колонны; 4 - колонна отмывки сорбента от регенерационного раствора или пульпы; 5 - десорбционно- регенерационная колонна; 6 троммели; 7 - промежуточные емкости; 8, 9 - аэролифты для смолы; 10 – циркуляционный аэролифт для пульпы; 11 - напорный бачок со смолой

Классификация ионообменного оборудования 4 Ионообменные аппараты подразделяются на группы по двум основным признакам: 1) режиму работы (периодический, непрерывный, полунепрерьшный); 2) гидродинамическому режиму (аппараты сосплошным или взвешенным слоем сорбента). По способу организации взаимного движения фаз: - прямоточным; - противоточным; - перекрестным движением фаз. По способу организации движения сорбента - аппараты с движением сорбента под действием гравитационных сил - аппараты с принудительным движением сорбента.

Сорбционные фильтры 5 Рисунок – 2 Сорбционные фильтры: 1 - корпус; 2 - сорбент; 3 - распределительное устройство для подачи элюирующего раствора; 4 - воздушник; 5 - распределительное устройство; 6 7 и 8 - линии подачи промывного, исходного и обедненного (из предыдущего аппарата) растворов; 9 - линия вывода раствора после взрыхления смолы; 10 и 11 - линии подачи свежего и оборотного элюирующих растворов; 12 - гравий; 13 - дренажное устройство; 14 - линия подачи воды; 15 и 16 - линии вывода сбросного и богатого растворов; 17, 18 и 19 - линии вывода исходного, оборотного элюирующего и товарного растворов; 20 - линия передачи бедного раствора в последующий аппарат; 21 - коллектор дренажного устройства; 22 - щелевые трубы; 23 - дренажные колпачки; 24 - смотровое окно

Сорбционные фильтры 6 Рисунок – 3 Работа сорбционных фильтров, различной конструкции: а - сорбция при подаче раствора сверху вниз; б - при подаче раствора снизу вверх; в - с подачей блокирующего раствора (с гидротараном); г - с перфорированной тарелкой и слоем осушенного сорбента; д - при подаче раствора снизу вверх с большой скоростью; е - с двумя секциями, разделенными дренажным устройством; 1 - корпус; 2 - сорбент; 3 - дренажное устройство; 4 - слив регенерата; 5 - подача исходного раствора; 6 - вывод раствора; 7 - подача регенерирующего раствора; 8 - погружное сборное (дренажное) устройство; 9 - насос; 10 - слой осушенного сорбента; 11 - перфорированная тарелка; 12 - взвешенный слой; 13 - слой инертного материала

Сорбционные фильтры 7 Рисунок – 4 Работа сорбционных фильтров со средствами, предотвращающими расширение и перемешивание слоя сорбента, в про­цессе десорбции: а - с надувными эластичными оболочками над или внутри слоя сорбента; б - с инертными шарами; в - с гидротараном; г -с выносной регенерацией; 1 - корпус; 2 - сорбент; 3 - дренажное устройство; 4 - слив регенерата; 5 - подача исходного раствора; 6 - вывод раствора; 7 - подача регенерирующего раствора; 8 - погружное сборное (дренажное) устройство; 9 - насос; 10 - шарики; 11 - подача воздуха; 12 - надуваемые оболочки; 13 - десорбционная (регенерационная) колонна

Сорбционные фильтры 8 Рисунок – 5 Стандартный фильтр АФИУ-10-10К с защитным кожухом: 1 - корпус; 2 - штуцер для гидрозагрузки ионита; 3 - верхнее распределительное устройство (вход раствора и выход промывной воды); 4 - сдувка; 5 - кожух; 6 - дробь; 7 - гидровыгрузка ионита; 8 - коллектор нижнего распределительного (дренажного) устройства; 9 - выход раствора и вход промывной воды; 10 - сливной штуцер полного опорожнения при дезактивации; 11 -крышка лаза

Сорбционные фильтры 9 Рисунок – 6 Намывной ионитный фильтр: 1 - штуцер подачи сжатого воздуха; 2 – корпус; 3 - фильтрующий элемент; 4 - распределительное устройство; 5 - штуцер вывода отработанной смеси ионитов; 6 - штуцер подачи конденсата и вывода свежей смеси ионитов; 7 - штуцер выхода очищенного конденсата; 8 - слой смеси ионитов; 9 - навитая проволока; 10 - перфорированная труба

Сорбционные аппараты 10 Рисунок – 7 Аппараты со сплошным слоем сорбента: I - загрузка сорбента; II - выгрузка сорбента; а - со смешанным движением фаз; б -с прямоточным движением фаз; в - с противоточным движением фаз: 1 - корпус; 2 – дренажная система; 3 - сорбент

Сорбционные аппараты 11 Рисунок – 8 Конструкции шнекового (в), клапанного (б) и звездчатого (в) питателей: I - загрузка сорбента, II - выгрузка сорбента; 1 - корпус; 2 - сорбент; 3 - шнек; 4 - клапаны; 5 - вращающийся сектор питателя

Сорбционные аппараты 12 Рисунок – 9 Аппараты со сплошным слоем и принудительным движением фаз с напорным слоем сорбента (в), с гидротараном (б) и вращающимся шнеком (в): 1 - корпус; 2 - дренажная система; 3 - сорбент; 4 - подача раствора; 5 - вывод сорбента; б – вывод раствора; 7 - подача сорбента; 5 - шнек; 9 - насос

Сорбционные аппараты 13 Рисунок – 10 Пульсационные аппараты с принудительным движением сплошного слоя сорбента снизу вверх: а - колонна с поршневым пульсатором; б – колонна КНСПР с пневмогидравлической разгрузкой; 1 и 5 - выход и подача раствора; 2 - дренажное устройство; 3 и 6 - выгрузка и загрузка сорбента; 7 – загрузочная труба; 8 - сорбент; 9 - корпус; 10 - поршневой пульсатор; 4 и 11 - распределительное устройство для раствора; 12 - конусная напорная труба; 13 - система пневматической пульсации

Сорбционные аппараты 14 Рисунок – 11 Колонна для проведения непрерывного противоточного ионообменного разделения циркония и гафния: штуцеры для подачи исходного раствора (I), раствора десорбирующего Zr (0,7М H 2 SО 4 ) (III), десорбирующе-регенерирующего раствора (0,8 - 0,9 М H 2 SО 4 ) (IV) и вывода растворов Zr (II) и Hf (V): 1 - напорный дренаж для ввода регенерирующего раствора; 2 - дренаж для вывода раствора Hf; 3 - напорный дренаж для ввода раствора, десорбирующего Zr; 4 - напорный дренаж для ввода исходного раствора; 5 - аэролифт; 6 – гидрозатвор; 7, 8, 9 - зоны сорбции Hf, десорбции Zr и десорбции Hf (регенерации сорбента), соответственно

Сорбционные аппараты 15 Рисунок – 12 Сорбционные аппараты со взвешенным слоем сорбента: а - колонна с движущимся слоем сорбента; 6 - колонна с ситчатыми тарелками и переточными стаканами; в - колонна с провальными тарелками; г - колонна с мешалками: 1 - корпус; 2 - верхняя зона разделения; 3 - сорбент; 4 - аэролифт; 5 - тарелка; б - переточный стакан; 7 и 8 - подача и вывод сорбента; 9 и 10 - подача и вывод раствора; 11 - подача воздуха в аэролифт; 12 - вал с мешалками

Сорбционные аппараты 16 Рисунок – 13 Пульсационные тарельчатые колонны с псевдоожиженными чередующимися слоями сорбента: а - со слоем металлических шаров; б - с гидрозатворами; 1 и 5 - подача и слив раствора; 2 - пульсационная камера; 3 и 11 - подача и вывод сорбента; 4 - разделительная зона; 6 - корпус; 7 - сорбент; 8 - шары; 9 - переливной карман; 10 - тарелка; 12 -аэролифт; 13 - подача воздуха; 14 - козырек

Сорбционные аппараты 17 Рисунок – 14 Противоточная пульсационная сорбционная колонна ПСК: 1 - корпус; 2 - взвешенный слой сорбента; 3 - аэролифт; 4 - зона распределения сорбента; 5 - тарелка КРИМЗ; 6 - подача пульсации; 7 - пульсационная камера

Сорбционные аппараты 18 Рисунок – 15 Пульсационные сорбционные колонны с транспортной пульсацией: I - загрузка сорбента, II - выгрузка сорбента а - ПСК-Т; б - ПСК-ТР; (1 - корпус; 2 - взвешенный слой сорбента; тарелка КРИМЗ; 4 - аэролифт; 5 - пневмоклапаны; 6 - транспортная пульсационная камера; 7 - распределительная пульсационная камера; 8 и 9 - подача обычной (распределительной) и транспортной пульсаций)

Сорбционные аппараты 19 Рисунок – 16 Схема колонны ПСК для легкого сорбента: I - сорбент, II – промывной раствор, III - пульпа; 1 - зона отмывки; 2 - корпус; 3 - тарелка КРИМЗ; 4 - пульсационная камера; 5 - напорная емкость

Сорбционные аппараты 20 Рисунок – 17 Схема прямоточной пульсационной сорбционной колонны ПСК-П: 1 - корпус; 2 - тарелка КРИМЗ; 3 - пульсационная камера; 4 - отстойник; 5 - напорная емкость