Аппаратурное оформление процесса восстановления оксидов урана

Восстановление триоксида урана осуществляется непрерывным методом по технологической схеме, В реакто­ре восстановления порошок триоксида и электролитический водород движутся противотоком, полученная газовая фаза проходит фильтр для удаления пыли, конден­сатор для удаления воды и после этого возвращается в аппарат восстановления.

Для непрерывного про­цесса восстановления триок­сида урана применяются ре­акторы с перемешиваемым слоем и реакторы кипящего слоя. Процесс с перемеши­ваемым слоем основан на механическом перемещении триоксида урана винтовым шнеком через нагретую трубу, в которую противото­ком подают водород. Трубу реактора изготовляют из нержавеющей стали, диаметр аппарата 410 мм, длина 6700 мм, толщина стенки 6 мм. Внутри трубы вращается ленточный шнек с частотой 1-10 мин^-1. Шнек изготовлен из четырех кусков ленты 6,3x40 мм, для перемеще­ния порошка в шнеке предусмотрены небольшие лопатки (рис. 9.7). Вал мешалки представляет трубу диаметром 150 мм из нержавеющей стали или инконеля. Часть трубы реактора (5,45 м) находится в элек­трической печи сопротивления с четырьмя зонами нагрева. Для про­цесса восстановления триоксида урана в рассматриваемом реакторе важное значение имеют температура восстановления, скорость пода­чи триоксида и скорость потока водорода. Если температура ниже оп­тимальной, скорость реакции падает, что приводит к снижению про­изводительности и неполноте восстановления. Если температура выше оптимальной, частицы спекаются, что мешает восстановлению и последующему гидрофторированию.

Реакционная способность исходного триоксида урана также влия­ет на выбор температуры восстановления. Если триоксид обладает высокой активностью, то скорость восстановления при определенной температуре будет значительной, что приведет за счет экзотермичности процесса восстановления к интенсивному тепловыделению. Так как теплопередача в шнековых аппаратах сравнительно мало интенсивна, то может произойти спекание материала. В этом случае помогает снизить интенсивность нагрева печи.

Диоксид урана, предназначенный для производства тетрафторида урана, получают при температуре восстановления 650 °С во всех четырех зонах реактора. Если диоксид готовят для упаковки и хранения, то поддерживают температуру 800 °С, чтобы получить менее химически активный продукт. Частота вращения шнека составляет ~4 ми и время пребывания порошка оксида в аппарате —1,5 ч, расход водоро­да в 1,5 раза больше стехиометрического.

Реактор кипящего слоя состоит из двух вертикальных труб из не­ржавеющей стали, смонтированных рядом (рис. 9.8). Порошок триок­сида урана из бункера 7 вводят сбоку в первую трубу шнековым пита­телем 5. Частично восстановленный продукт из первой трубы «переливается» во вторую, где реакция заканчивается. Водород подается параллельно в обе трубы (иногда он разбавляется азотом). Из второй трубы порошок диоксида урана отводится по трубе 10 в ци­клон 12, где отделяется от газовой фазы и поступает в сборник 13. По­сле дополнительной пылеочистки отходящий газ направляется на сжигание.

Каждая труба реактора имеет систему нагрева и охлаждения. Тру­бы обогревают электропечами сопротивления. Для охлаждения ис­пользуются трубки, спиралью навитые вокруг каждой трубы, через которые пропускается пар или холодный воздух. Температуру восста­новления поддерживают в пределах 540—620 °С, скорость газа 0,24-0,45 м/с.

Реактор кипящего слоя имеет высокую объемную производитель­ность. Так, при суммарной высоте обеих труб 4 м, диаметре 355 мм, объеме реактора 0,49 м³ он обеспечивает получение 250—540 кг/ч ди­оксида урана. Шнековый реактор длиной 6,7 м, диаметром 410 мм, объемом 0,84 м³ дает 91 кг/ч продукта при 593 °С

Рис. 9.8. Реактор кипящего слоя для восстановления триоксида урана:

1 — патрубок для подачи водорода; 2 — газораспределительное устройство; 3 — патрубок для вывода пара; 4 — электронагреватель; 5 — шнековый дозатор; 6 — электродвигатель с редуктором; 7 — бункер с исходным триоксидом урана; 8 — патрубок для ввода пара; 9 — змеевик для охлаждения реактора; 10 — труба для вывода U0₂; 11 — патрубок для вывода газа на пылеочистку; 12 — циклон; 13 — сборник продукта