Разработка процесса детритизации некондиционной тяжелой воды методом изотопного обмена в системе вода-водород

• Автор: Пак, Юрий Самдорович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Система водаводород, краткая историческая справка

1.2. Изотопное равновесие .

1.3. Гидрофобные катализаторы процесса изотопного обмена

1.4. Типы контактных устройств для осуществления .много

ступенчатого изотопного обмена и их массообменные характеристики.

1.5 Использование изотопного обмена в системе водаводород

для решения задач разделении изотопов водорода.

1.6 Выводы из литературного обзора.

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И МАССО ОБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛОНН ИЗОТОПНОГО
ОБМЕНА.
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2 Методика заполнения колонны катализатором и насадкой
и условия проведения экспериментов.
2.3. Методика проведения эксперимента
2.4. Методика проведения изотопного анализа
2.5. Методики обработки экспериментальных данных.
2.6 Результаты экспериментов
2.6.1 Результаты гидродинамических исследований.
2.6.2 Результаты исследований эффективности массообмена
ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ ПИЛОТНОЙ УСТАНОВКИ
ДЕТРИТИЗАЦИИ ТЯЖЕЛОВОДНЫХ ОТХОДОВ
3.1 Описание и разработка технологической схемы пилотной
установки
3.2 Результаты эксплуатации пилотной установки
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА КОНВЕРТОРА ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ
ГИДРОФОБНОГО КАТАЛИЗАТОРА РХТУЗСМ
4.1. Описание экспериментального стенда
4.2 Результаты испытаний конвертора
ГЛАВА 5. ДЕТРИТИЗАЦИЯ ТЯЖЕЛОВОДНОГО ЗАМЕДЛИТЕЛЯ
РЕАКТОРА ЛФ2
5.1 Результаты расчета основных параметров разделительной
установки
5.2. Анализ изменении содержания трития в теплоносителе реактора ЛФ2 в ходе работы разделительной установки.
5.3 Результаты расчета установки детритизации тяжеловодных отходов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Удачный опыт применения этого катализатора в пилотных и полупромышленных установках концентрирования (депротизации) тяжеловодных отходов позволяет сделать оптимистичный прогноз и в случае разделения тритийсодержащих изотопных смесей. Спецификой детритизации тяжеловодного замедлителя и тяжеловодных отходов является высокая концентрация дейтерия в разделяемых смесях. В литературе практически отсутствуют данные по эффективности каталитического изотопного обмена между водородом и водой в присутствии гидрофобных катализаторов в тройных изотопных смесях при высокой концентрации дейтерия. С учетом вышеизложенного целыо настоящей работы является наработка банка данных, необходимых для разработки технологии детритизации некондиционной —тяжелой воды с использованием гидрофобного катализатора РХТУ-ЗСМ. Научная новизна. Получены данные по эффективности химического изотопного обмена между жидкой водой и водородом в колонне с послойной и смешанной засыпкой гидрофильной спирально-призматической насадки и гидрофобного катализатора РХТУ-ЗСМ в зависимости от различных параметров (температуры, потока водорода, соотношения потоков водорода и жидкой воды) для изотопных смесей протий -тритий (Н-Т) и протий - дейтерий (Н-И), дейтерий - тритий (О-Т). Показана зависимость величин БЭТС от типа разделяемой смеси и концентрации изотопов. Изучены гидродинамические характеристики колонн изотопного обмена в зависимости от температуры, потока водорода, соотношения потоков водорода и жидкой воды. Получены данные по эффективности работы гидрофобного катализатора РХТУ-ЗСМ в каталитическом конверторе водорода. Практический значимость. Разработана технологическая схема пилотной установки для разделения тритийсодержащих смесей с высокой концентрацией дейтерия. Показана необходимость глубокой очистки электролитического кислорода от примеси электролитического водорода и влаги. Впервые в России на основе каталитического изотопного обмена между водородом и водой на гидрофобном катализаторе РХТУ-ЗСМ создана пилотная установка для очистки тяжеловодных отходов от трития. Показана высокая эффективность метода при очистке опытной партии тяжеловодных отходов с исходной концентрацией трития 1*' 3Ки/л до уровня ПДК. Получены необходимые данные для проектирования промышленной установки изотопной очистки тяжеловодного замедлителя реактора «Людмила» на ФГУП «ПО МД>1К». Показаны целесообразность и преимущества использования в качестве верхнего узла обращения потоков (ВУОП) каталитического конвертора водорода катализатора. Предложена конструкция аппарата. Закономерности массообмена между жидкой водой и водородом в зависимости от различных параметров для изотопных смесей протий -тритий (Н-Т), протий-дейтсрий (Н-О) и дейтерий - тритий (О-Т). Результаты, полученные при эксплуатации пилотной установки очистки тяжеловодных отходов от трития. Результаты испытаний каталитического конвертора водорода на гидрофобном катализаторе РХТУ-ЗСМ. Глава 1. Процесс химического изотопного обмена (ХИО) между водородом и водой стал объектом исследования сразу после появления в начале -х годов XX века задачи получения тяжелой воды, связанной с началом работ по созданию ядерного оружия. В период поиска наиболее приемлемых для решения этой проблемы технологий ХИО в системе вода-водород уделялось такое же внимание, как и другим химобменным системам (вода-сероводород, водород - аммиак). Основанием для этого являлся ряд привлекательных свойств этой системы, и, в первую очередь, высокое значение коэффициента разделения и низкая коррозионная активность рабочих веществ. Н(п) + HD(r)~HDO(n) + Н2(г) , (1. VPCE: Vapour Phase Catalytic Exchange). Такой процесс в комбинации с электролизом воды использовался при получении первого заметного количества тяжелой воды в конце -х -начале -х годов в Рыокане (Норвегии), а также для начального концентрирования дейтерия на заводе большей производительности в Трейле (Канада) [6]. Другое применение процесс VPCE нашел при решении задачи удаления протия и трития из замедлителя и теплоносителя тяжеловодных реакторов.